대리석 분수

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프로젝트 개요

Marble Fountain은 절차적 생성 기법을 이용해 3D 프린터로 출력한 복잡한 예술 구조물
- Formlabs 입사 후 고성능 프린터를 사용하게 되면서 대형 알고리듬 구조물 제작 시도
- “가장 복잡한 예술 작품”을 목표로 설계된 구조물임
3D 프린팅에서는 복잡성이 비용에 영향을 주지 않으며, 설계의 한계는 CAD 작업 시간에 의해 결정됨

초기 시스템은 무작위 점 배치 → 스플라인 연결 → 일정 경사 부여 방식으로 구성
- 첫 버전은 단순히 고체 구조에서 튜브를 빼는 형태였으나, 기능 확장을 위해 경로 해결 알고리듬(path solver) 추가
경로 해결기는 상단과 하단을 연결하는 무작위 선분 시리즈로 시작
- 초기 조건이 구조 형태에 큰 영향을 미치며, 다양한 알고리듬 변형을 실험
경로 점들은 다음 규칙을 따름
- 경계 상자 내부 유지
- 균등 간격 유지
- 일정 높이로 끌어당겨 고정 경사 유지
- 최소·최대 회전 반경 제한
- 다른 트랙 및 자기 트랙의 먼 구간과 상호 반발
- 경사 변화 완화 및 경사 증가 방지
속도 제어 문제는 예상보다 복잡
- 구슬이 점 질량처럼 움직이지 않으며, 트랙의 뱅킹 변화가 회전 관성과 마찰에 영향을 줌
- 직선 구간에서는 속도가 과도하게 증가하고, 급회전에서는 감속으로 정지 위험 발생
- 해결책으로 최소 회전 반경 설정과 과도한 뱅킹 적용을 통해 속도 소모 유도
리프트 구조는 볼 스크루(ball screw) 처럼 작동
- 구슬이 나사축을 사방에서 제약해 상단 베어링 없이 회전 가능
- 한쪽에만 구슬이 있을 경우 심한 진동으로 모든 구슬이 트랙에서 이탈하는 실패 모드 발생

지지대 생성은 입자 시스템 기반 상향식(top-down) 반복 처리로 구현
- 구조적 충돌보다 미적 형태 조정에 더 많은 시간 투입
- 프린터의 오버행 허용 범위를 적극 활용
각 지지대의 동작 규칙
- 거리와 크기 유사도에 따라 다른 지지대에 끌림
- 다른 지지대와의 반발
- 경계 상자 내부 유지
- 구조 중심으로부터 일정 반경 유지
지지대는 관성(inertia) 을 가지며, 이로 인해 아치형 곡선 구조가 형성됨

최종 모델 내보내기 시간은 5~20분 소요
- OpenSCAD의 한계로 인해 최적화 여지 있음
- 향후 SDF 라이브러리 기반 재작성 고려
현재 시스템은 속도 추정 기능 부재, 단순 휴리스틱에 의존
- 카메라 기반 속도 측정으로 가속도 모델 구축 시 시간 절약 가능성
- 일정 경사 유지가 충돌 방지에는 불리하지만 속도 제어에는 필수
- 표면이 미끄러지기 시작하는 임계점(response curve) 탐색 계획

2024년 2월부터 9월까지 약 7개월간 진행된 가장 큰 개인 프로젝트
- 전시회(New Alliance Gallery, Somerville) 출품 준비로 막판 집중 작업
- 전시 중 시간당 2~3개의 구슬 손실, 모터 과열로 몇 시간만 가동 가능
- 과로로 프로젝트를 중단하고 1년 후 공개
동료 Alex의 조언과 피드백, 그리고 수많은 구슬 실험에 대한 감사 언급