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대리석 분수

 (willmorrison.net)
1P by GN⁺ 5시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 3D 프린팅과 절차적 생성을 결합해 복잡한 구조의 예술 작품을 제작한 프로젝트
  • 무작위로 배치된 점을 스플라인으로 연결하고 경사와 회전 반경을 제어하는 경로 생성 알고리듬으로 구성
  • 속도 제어와 마찰 문제를 해결하기 위해 최소 회전 반경과 과도한 뱅킹을 적용, 트랙의 안정성 확보
  • 지지대는 입자 시스템 기반으로 생성되어 미적 형태와 구조적 안정성을 동시에 고려
  • 프로젝트는 OpenSCAD 한계를 넘어섰으며, 향후 SDF 기반 재작성과 속도 모델링 개선 계획

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

트랙(Tracks)

  • 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(Supports)

  • 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

향후 계획(Looking forward)

  • 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

회고(Looking back)

  • 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

기술 요약

  • 사용 기술: Procedural Generation, 3D Printing, Python, OpenSCAD
  • 구조적 특징: 경로 해결 알고리듬 + 입자 기반 지지대 시스템
  • 예술적 목표: 기계적 복잡성과 미적 곡선의 결합
  • 원문에 추가 정보 없음
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GN⁺ 5시간전  [-]
Hacker News 의견

  • 입자 시뮬레이션을 이용해 유기적인 나무 형태의 지지 구조물을 만든 접근이 정말 창의적임
    내가 이해한 바로는, 물리 법칙을 정의하고 ‘시간’ 축을 z축으로 매핑해 시뮬레이션을 돌린 것 같음
    이게 알려진 방식인지, 아니면 직접 고안한 것인지 궁금함. 어쨌든 결과물의 미적 완성도가 훌륭해서 직접 실험해보고 싶음

  • 대리석 분수 설계자들이 컴퓨터를 사용하지 않으면 종종 구슬 탈선 문제를 겪음
    구슬이 트랙에서 튀어나오거나 막히는 걸 관찰하며 원인을 추측하고 수동으로 조정해야 함
    그런데 이 작품은 몇 시간 동안 구슬이 튀어나오지 않는다는 점이 인상적임
    트랙이 두 개의 레일로 구성되어 있어서 구슬이 항상 두 지점에서 접촉함
    완벽한 뱅킹(기울기) 을 유지해 중력과 원심력이 균형을 이루게 하는 게 핵심 같음

    • 실제로는 더 복잡함. 뱅킹이 회전축을 바꿔서 회전 관성을 줄임
      트랙이 매우 공격적으로 기울어져 있어서 구슬이 과속하거나 튀어나오지 않게 함
      그래서 모든 구슬이 거의 같은 속도로 부드럽게 내려옴
      다만 30분마다 한 개 정도는 탈선함. 나는 영상을 찍어 문제 구간을 찾아내고, 수동 조정보다는 제너레이터 코드를 수정해 다시 출력하는 식으로 개선했음
      카메라 피드백 루프를 붙이는 것도 고려 중이지만, 그건 또 다른 프로젝트가 될 듯함

  • 이 작품이 정말 아름다움. 트랙을 이용해 오디오를 인코딩/디코딩할 수 있다면 멋질 것 같음
    구슬의 움직임으로 서로 다른 주파수를 만들어내는 식으로 말임

    • 나도 실제로 시도해봤음. Python 스크립트로 MIDI 트랙을 marble run으로 변환하는 아이디어가 너무 좋아서 해봤는데, 구슬이 너무 튀어서 음정을 만들 수 없었음
      좀 더 유연한 재질이나 큰 베어링을 쓰면 가능할지도 모르지만, 일단은 일반 버전을 완성하는 데 집중했음
    • Tom Scott이 캘리포니아의 뮤지컬 로드를 다룬 영상이 있음
      YouTube 링크

  • 3D 프린터의 이상적인 활용 사례를 보여주는 예시라고 생각함
    이렇게 매끄럽게 움직이는 구슬 트랙과 유기적인 형태를 다른 방식으로 제작하려면 엄청난 수고가 필요했을 것임

    • 하지만 개인적으로는 3D 프린터의 진짜 장점은 이런 조형물보다는 작고 맞춤형 생활용품을 만들어 삶의 질을 높이는 데 있다고 생각함

  • 영상이 정말 잘 만들어졌음. 단순한 보이스오버와 음악 싱크, 그리고 작품 자체가 모든 걸 설명해줌. 훌륭함

  • 이 작품이 너무 마음에 듦. ‘이상하게 만족스러운’ 요소들이 가득함
    나도 아이들에게 확률을 설명하기 위해 구슬 트랙을 활용하고 있었는데, 이걸 HN에서 보니 마치 내 생각을 읽은 것 같았음

  • 단순하면서도 최면적이고 아름다운 움직임이 인상적임

    • ‘최면적’이라는 표현이 정말 맞음. 사람들은 불규칙하게 변화하는 시각 자극에 본능적으로 끌림
      불이 타오르는 모습, 파도, 강물의 흐름, TV 화면 등 모두 같은 이유로 오래 바라보게 됨
      이 구슬 트랙은 사실 예측 가능한 시스템인데도 계속 보게 되는 게 신기함
    • 사운드를 켜면 몰입감이 훨씬 커짐

  • 흰색이나 투명 소재에 LED를 넣은 버전도 보고 싶음. 마치 무지개 도로 같을 듯함

  • 나도 비슷한 프로젝트를 진행 중임
    Python과 Build123D, 3D 프린터를 이용해 절차적 생성 기반의 구슬 트랙을 만들고 있음

  • 이 기술이 확장되면 어떤 스케일의 창의성이 가능할지 궁금함
    블록 단위로 조립되는 건물, 현실판 Minecraft 같은 세상 말임

    • 절차적으로 생성된 롤러코스터도 존재할까 궁금함
    • 실제로 3D 프린팅 주택은 이미 시도되고 있음. 며칠 만에 집을 짓는 프로토타입도 있고, 건설 효율이 매우 높음
    • 만화 *Blame!*에서는 인간이 사라진 뒤 로봇이 절차적으로 건축을 계속해 지구에서 목성까지 이어지는 거대 구조물(Megastructure) 을 만든다는 설정이 있음
      또 영화 Fracture에도 멋진 구슬 장치가 등장함
      YouTube 링크
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