그래스호퍼 알고리즘을 이용한 기초 입체조형 교육 설계

(1)

투고일_2021.04.10 심사기간_2021.05.01-14 게재확정일_2021.06.02 DOI https://doi.org/10.47294/KSBDA.22.3.29

그래스호퍼 알고리즘을 이용한 기초 입체조형 교육 설계

Designing the Basics Three-Dimensional Formation Class through Grasshopper Algorithm

이재호, 서울대학교 대학원

Lee, Jae Ho_Graduate School of Seoul National University

차례 1. 서론

1.1. 배경과 목표 1.2. 대상과 방법

2. 이론적 고찰: 입체조형과 그래스호퍼 알고리즘

2.1. 입체조형의 특성과 입체조형 교육의 방법론에 대한 탐구 2.2. 그래스호퍼의 작동방식과 조형특징

2.3. ‘그래스호퍼’학습을 위한 전문서적과 공식사이트

3. 수업설계

3.1. 입체 조형요소와 조형원리의 구현을 위한 컴포넌트, 알고리즘 3.2. 수업설계

3.3. 결과물 4. 결론 References

(2)

그래스호퍼 알고리즘을 이용한 기초 입체조형 교육 설계

Designing the Basics Three-Dimensional Formation Class through Grasshopper Algorithm

이재호, 서울대학교 대학원

Lee, Jae Ho_Graduate School of Seoul National University

요약

중심어 기초 입체조형 제너러티브 디자인 알고리즘

그래스호퍼

특정한 형태의 구성 단위(Unit)가 일정하게 반복적으로 구현되고 구성 단위들 간의 유기적인 변화를 통해 특정한 규칙성을 보여주는 자기 생성적 디자인(Generative Design)의 특징이 반영된 입체조형작 업에 대한 수요와 관심이 증가하고 있다. 이러한 성격의 조형작업을 학습하기 위한 다양한 교육 과정 들이 운영되고 있지만, 주어진 일정한 사례를 재현하며 디지털 프로그램 툴의 기능과 역할을 학습하는 수준에 머무르고 있는 한계가 있다. 이 연구는 3차원 모델링의 그래픽 알고리즘 편집기인 그래스호퍼 (Grasshopper)의 매개 변수(Parametric)에 기반 한 ‘컴퓨터 프로세싱 알고리즘(Processing Algorithm) 제작과정’과 조형언어에 기반 한 ‘기초 입체조형 과정‘을 접목한 주당 4시간씩 총 15주 과정의 수업을 설계하고 이를 실제 수업에 적용한 과정과 결과를 통해 그 효과를 검증하는 것을 목적으로 한다. 연구 의 방법과 진행 과정은 다음과 같다. 먼저 1)수학적 알고리즘을 구축하기 위한 구성요소들 (Component)의 기본적인 성격과 조형언어들의 관계를 밝히고 2)기초 입체조형 교육의 과정이 추구 하는 목표와 과정에 대한 이해를 바탕으로 3)15주간의 교육 프로그램을 설계했다. 4)이 프로그램을 수업에 적용하여 작업 대상의 선정과 기본 단위가 되는 형태의 추출, 조형요소의 발견과 컨셉의 설정, 알고리즘의 구축, 초안의 수정과 응용, 최종결과물 제작까지 일련의 과정이 수행되도록 했다. 과정별 로 작업내용을 정리하고 그 효과를 기술하였으며, 디지털 알고리즘 구축과정에 대한 학습과 기초 입체 조형 학습과정의 접목을 시도한 이 작업을 통해 다양한 전공의 학생들이 3차원 모델링 프로그램의 학 습에 대한 부담을 줄이고 보다 생산적이며 새로운 조형작업에 대한 가능성을 경험할 수 있게 한다는 데 의의가 있다.

ABSTRACT

Keywords

basic three dimensional model

generative design algorithm

Grasshopper

There is a growing demand and interest in stereomorphic work that reflects the characteristics of a self-generated design(Gernerative Design), in which certain types of compositional units are implemented consistently and repeatedly and show specific regularity through organic changes among compositional units. This paper aims to design a total of 15 weeks of classes, 4 hours per week, incorporating parameters into computer processing algorithmic tasks and basic stereomorphic tasks based on formative languages, using Grasshopper, a graphical algorithm editor for three-dimensional modeling. The methods and processes of the study are as follows;

1)Identify the basic nature of the components to build mathematical algorithms and the relationship between the formative languages. 3)A 15-week education program is designed based on 2)an understanding of the goals and processes pursued by the basic three-dimensional education process. 4)The program was applied to the class to select work objects and extract basic units, to discover and set concepts for formative elements, to build algorithms, to modify and apply drafts, to produce final results. It is meaningful that students from various majors will be able to reduce the burden of learning three-dimensional modeling programs and experience the possibility of more productive and new formations through learning digital algorithms and applying basic stereoscopic learning processes.

(3)

1. 서론 1.1. 배경과 목표

입체조형 교육은 3차원 모델링을 위한 입체감각(Stereognostic Sense)- 형태와 크기, 소재, 구조, 거리, 움직임 등에 대한 다각적인 이해와 인지를 높이는 것을 목표로 한다. 직접 소재를 선정하고 손으로 재료를 다듬으며 형태를 만들어가는 수작업에 기반 한 기초과정의 입체조형 교육은 입체에 대한 기본적인 이론과 함께 크기와 무게, 구조 등 제작 과정의 물리적 제약에도 불구하고 그 과정과 결과를 통해 다양한 입체감각을 체득할 수 있도록 한다. 반면, 컴퓨터를 이용한 3차원 디지털 모델링은 이러한 물리적 제약에서 벗어나 보다 자유로운 환경에서 비정형 적 형태(Atypical Form)와 같이 다양하며 실험적인 형태를 적극적으로 제작할 수 있도록 한다.

하지만, 수작업으로 진행되는 입체조형은 디지털 모델링에 비해 다양한 방식으로 형태를 실험 하기에 상대적으로 많은 시간과 노력이 요구되며, 3차원 디지털 모델링은 형태를 제작하기 위한 별도의 디지털 프로그램 기능들을 학습하며 익숙해지는 별도의 시간과 노력이 요구되는 어려움이 있다. 더욱이 매개 변수(Parametric)에 기반 한 비정형적 형태 제작을 위해서는 단순 히 3차원 디지털 모델링 툴을 학습하는 것을 넘어 알고리즘(Algorithm) 구축을 위한 별도의 프로그램에 대한 추가적인 학습을 필요로 한다<Figure 1>.

따라서, 본 논문은 디지털 알고리즘 구축을 중심으로 하는 3차원 디지털 모델링 학습과정과 조형언어와 입체감각을 습득을 중심으로 하는 입체조형 학습과정을 접목한 하나의 수업과정을 설계하고 수업에 적용하여 그 과정과 결과, 효과를 소개하여 그 가능성을 확인하며 이를 바탕으 로 수업과정을 수정 · 발전시켜 보다 효과적인 수업과정을 설계/ 보완이 필요한 부분을 확인/점 검하는데 그 목적이 있다. 이 작업을 통해 조형을 다루는 다양한 전공의 학생들이 3차원 디지털 모델링 프로그램의 학습에 대한 부담을 줄이고 보다 생산적이며 새로운 조형작업에 대한 가능 성을 경험할 수 있게 한다는 데 의의가 있다.

1.2. 대상과 방법

본 논문은 1)첫 수업에서부터 중간평가, 최종 결과물의 발표와 제출에 이르기까지 주당 4시간 씩 총 15주에 걸친 한 학기 대학 정규수업 과정과 2)정규과정의 기초 입체조형 수업과 3차원 디지털 모델링 프로그램인 라이노3D(Rhino 3D)의 플러그 인(Plug-in) 프로그램인 그래스호 퍼(Grasshopper)를 대상으로 한다.

먼저, 입체조형 교육의 목표와 학습과정에 필요한 기본적인 내용, 그래스호퍼를 이용한 컴퓨터 프로세싱 알고리즘 구축과 제너러티브 디자인에 대한 선행연구와 사례조사를 조사했다. 1)입 체조형 교육과 관련한 부분은 ‘입체조형’과 ‘조형교육’을 키워드로 검색했고, 2)디지털 모델링 과 관련된 부분은 ‘파라메트릭(패러메트릭)’과 ‘제너러티브’, ‘알고리즘’, ‘그래스호퍼’ 등의 키 워드로 검색했으며, 3)그래스호퍼의 작동방식과 구성요소들의 특징, 알고리즘 구축과정 등은 전문서적과 공식사이트의 내용들로부터 자료들의 특징을 정리하여 각각의 장단점과 교육과정 설계에 필요한 내용을 추출하고자 했다. 마지막으로, 기초 입체조형 교육과 3차원 디지털 모델 링을 위한 알고리즘 구축 교육, 이 두 가지 교육의 특징을 하나로 조합한 새로운 수업과정을 제안하고 이를 정규 수업에 적용하여 그 과정과 결과물, 효과 등을 소개하고 분석했다.

2. 이론적 고찰: 입체조형 교육과 그래스호퍼 알고리즘 2.1. 입체조형의 특성과 입체조형 교육의 방법론에 대한 탐구

입체조형은 특정한 의도와 생각을 여러 가지 재료를 이용하여 구체적인 형태나 형체, 형상을 가진 것으로 표현하는/만들어내는 행위인 조형(造形)의 한 유형이다. 조형은 창조적 표현활동 으로서 실재하는 것들의 존재형식과 그 특징을 분석하고 그 내용을 재해석하여 새로운 작업물 을 만들어내는-계획단계에서부터 제작 과정과 결과물 등을 모두 포함한다.

<Figure 1> Rhino 3D:

Three Dimension Computer Graphics and

Computer-aided Design Software

(4)

특히, 입체조형은 2차원의 평면 안에 표 현되는 것이 아닌 조형요소로서 형태와 크기, 질감 등이 실재하며, 구조와 무게 등 중력과 같은 외부 · 물리적 요인들을 함께 고려해야하는 작업이다.

이와 같은 3차원의 입체물도 이를 구성하 고 있는 조형요소 간의 관계에 의해 ‘반 복’과 ‘리듬’, ‘비례’와 ‘조화’, ‘통일’, 강 조’, ‘대비’ 등의 조형원리를 표현하며 이 를 통해 통일감과 균형감, 율동감 등의 조 형특징과 조형언어의 조형적 메시지를 전달한다<Table 1>.

입체조형 교육은 창의적인 디자인 활동을 위한 관찰력과 상상력, 형태구성력 등을 함양하기 위한 핵심적 교육이며(Jang and Kim, 2016), 입체에 대한 이론적 이해과정에서부터 기초과정 과 탐구과정, 심화과정으로 구성 · 진행된다. 이 중 기초과정은 ‘입체’에 대한 이론적 지식의 습득과 이해를 바탕으로 제작 · 실습과정을 거쳐 개념을 체득하고 시각적으로 조형적인 아름다 움을 익혀 기초적 사고 능력과 분석 등 종합적인 능력을 발전시키는 것을 목적으로 한다(Jang and Kim, 2016). ‘입체조형’의 교육에 대한 연구들은 일정한 주제나 재료와 같은 제약을 통해 기초과정의 조형교육이 추구하는 목표와 가치에 대한 효과를 실험하고 추가적인 활용 가능성 을 확인하는 데 중점을 두고 있다. 권태훈(2017)은 ‘움직임’이라는 주제의 틀 안에서 이를 입체 형식으로 표현하기 위한 조형요소들과 조형원리들을 이해하고 학습할 수 있는 과정을 제안했 으며, 서혁준(2017)은 기존에 운송기기디자인 교육과정에 대한 어려움, 특히 디지털 툴에 대 한 학습과정의 어려움을 해결하고자 기초 조형원리에 기반한 학습과정과 디지털 툴 학습과정 을 접목한 방식을 제안했다. 특히, 이길순(2017)은 ‘이쑤시개’의 재료적 특성을 이용하여 기초 조형원리를 습득하고 응용하게 하는 본 연구에 앞서 국내외 산업디자인학과에서의 운영 중인

‘입체조형’ 교육에 대한 실태조사와 수업의 의미와 가치를 파악했으며 ‘입체조형’과 관련된 연 구실태를 조사하여 ‘입체조형 교육’에서 추구하는 목표와 ‘조형원리’의 학습을 위해 필요한 과 정, 디지털 시대에 ‘입체조형 교육’의 필요성과 가능성을 짚고 있다<Table 2>. 서혁준(2020) 은 산업디자인 전공의 특성을 고려한 조형문법과 원리를 밝히고 이를 학습할 수 있도록 하는 입체조형 교육과정과 그 방향성을 제안하고 있다.

순번 저자 논문(연구)명(등재일) / 주요내용과 특징

1 서혁준

제목 산업디자인을 위하여 심화된 입체조형 교육 사례 연구(2020.6)

특징 입체조형의 개념과 조형원리를 소개하고 산업디자인측면에서 효과적인 입체조형 교육이 진행될 수 있도록 산업디자인 문법에 맞는 조형요소와 원리를 다시 정리하고 이를 위한 교육과정을 제안.

2 권태훈

제목 움직임 요소를 이용한 입체조형 교육에 관한 연구(2017.11)

특징 기초 입체조형 교육에 시간의 개념을 가지는 ‘움직임’을 접목하여, 움직임을 표현하기 위해 고려해야하는 요소들, 이를 통해 보여지는 새로운 조형 이미지와 원리에 대한 연구와 실험.

3 서혁준

제목 디지털 제작 과정을 활용한 기초 조형 교육 프로그램에 관한 연구-운송기기디자인의 스피드 폼 중심으로(2017.9)

특징

운송기기디자인에서의 기초 조형원리에 대한 이해를 바탕으로 입체물인 스피드 폼의 디지털 제작하기 위한 디지털 툴 학습방법을 제안,

이에 대한 가능성과 효과를 실험.

4 이길순 제목 ‘입체조형’수업의 활용재료로서 이쑤시개의 유용성 연구-산업디자인학과 수업사례를 중심으로(2017.2)

특징 재료를 제한하여 재료의 특성 탐구를 바탕으로 한 입체조형 수업의 가능성을 실험하고 제안.

<Table 2> Studis Relevant to Education of Three Dimension (개재일 순)

이러한 연구들은 기초 입체조형 교육에서 요구되는 소재와 대상에 대한 관찰력과 이를 활용한 상상력과 형태구성력에 초점을 맞춰 새로운 방법론을 실험하고 제안하고 있지만 형태를 제작 하는 데 있어서 물리적인 제약에 대한 근본적인 한계를 벗어나지 못하는 아쉬움이 있다.

3차원 입체물

조형요소 조형원리 조형특징 조형언어

(메세지) 형태(점,선,면)

크기, 부피 질감(소재)

색채

반복 리듬 비례 조화 통일 강조 대비 ...등

통일감 균형감 방향감 율동감 ...등

안정감 긴장감

정적/폐쇄성 동적/개방성

선형/비선형 평창/수축 구조

무게 공간 빛/명암

<Table 1> Formative Elements and Principle

(5)

2.2. 그래스호퍼의 작동방식과 조형특징

그래스호퍼는 넙스(Nurbs)기반의 3차원 모델링 프로그램인 라이노3D(Rhino3D)와 밀접하게 연동되는 플러그 인(Plug-in)프로그램이며, 프로세스 구성의 최소 단위인 컴포넌트(Component) 간 연결을 통해 특정한 형태/모델을 생성할 수 있는 일련의 규칙 세트를 만드는 그래픽 알고리 즘 편집기(Graphical Algorithm Editor)다<Figure 2>. 그래스호퍼는 데이터의 입출 및 연산

기능을 가진 최소 단위의 컴포 넌트와 컴포넌트들의 연결로 만들어지는 일정한 규칙 세트 (명령어들의 관계를 통한 논리 적 문제 해결 절차와 방법)인 알고리즘을 통해 특정한 형태 를 발생시키는 조형작업을 수 행한다<Table 3>. 개별적인 컴포넌트에 입력되는 데이터 에 따라 각각의 컴포넌트와 컴 포넌트들로 구성된 세트, 즉 알 고리즘의 연산을 통해 출력되 는 데이터의 값이 달라지며, 이처럼 매개 변수(Parametric)를 이용한 디지털 패브리케이션 (Digital Fabrication)은 입력 값의 변화, 매개 변수의 변화에 의해 다양한 형태를 새롭게 구현/

생성해내는 알고리즘 기반의 형태 발생(Morphogenesis), 생성적(Generative)디자인의 특성 을 가진다. 이러한 특성은 다양한 형태를 보다 수월하게 실험할 수 있는 시뮬레이션 (Simulation)을 가능하게 하는 유연성과 확장성을 가지며, 수작업 및 일반 3D 디지털 모델링 프로그램에서 구현하기 어려운 – 개체들 간의 유기적인 상호관계를 가지는 복잡한 형태를 만들 어 낼 수 있는 복잡성 등의 특징을 가진다.

그래스호퍼에 의한 파라메트릭(패러매트릭) 디자인, 제너러티브 디자인 속성을 이용한 조형탐 구 이슈를 다루고 있는 연구들은 대부분 특정한 조형개념을 구현하기 위해 구축한 알고리즘을 소개하며 그 특징을 분석하고 있다<Table 4>.

순번 저자 논문(연구)명/등재일 특징

1 정성원

파라메트릭디자인을 이용한 제품의 홀 패턴 디자인 방법

파라메트릭 디자인을 위한 프로그램들과 홀 패턴에 대한 자료들을 소개하고 그래스호퍼의 알고리즘을 통해

생성된 7가지 패턴사례와 응용 가능성을 제시.

2019.12

2 임준성, 안성모

패러매트릭 디자인에서의 집합적 구축방식을 통한 디지털 조형 연구

자연계에서 생성된 조형의 집합적 구축 특징을 정리하고 이를 파라메트릭 디자인으로 재현. 재현과정에서 집합적 구축을 가능하게 하는 알고리즘의 특성을 정의하고 관련

사례와 함께 새로운 조형의 발견 가능성을 제시.

2019.12

3 이성종, 안성모

테셀레이션을 통한 패러메트릭 패턴의 생성적 특성 연구

패턴 생성 원리인 ‘테셀레이션(Tesselation, 쪽맞추기)’의 조형 원리 특성들을 분석하고, 이를 파라메트릭 디자인- 생성 알고리즘의 구축을 통해 재현하고 특징을 분석.

2018.10

4 박찬웅, 안성모

자동차 디자인에서의 패러매트릭 디자인 적용특성 연구- EV컨셉카를 중심으로

자동차의 플랫폼 변화에 따른 디자인의 역할 변화를 고민하고, 파라메트릭 디자인이 적용된 사례를 알고리즘을 통해 재현, 그 특징을 분석하고 의미를 도출.

2018.10

5 유재원, 안성모

디지털 패브리케이션을 통한 평면적 재입체화의 전략 및 조형특성 연구

평면요소로 분해한 입체를 다시 평면요소들을 통해 재입체화하는 과정에 대한 연구. 제작방식을 고려하여

해체와 추출의 방식들을 소개하고 그 특징을 분석.

2018.04

6 서혁준

자동차 그릴 패턴 디자인을 위한 파라메트릭 알고리즘 기초 연구

기본 단위형상을 제작하고 알고리즘을 통해 재구성-구현한 파라메트릭 디자인 결과물들을 자동차

그릴에 적용한 실험.

2016.12

<Table 4> Studies Relevant to Grasshopper Works (개재일 순)

<Figure 2> Grasshopper Interface

데이터

(Data) → 알고리즘

(Algorithm) → 생성된 형태 (Form) 입력

(Input)

→

연산 (Calculation)

→

출력/결과 (Output)

기본형태, 숫자 등 연산요소들, 범주의 정의, 형태의 방향

등

컴포넌트 01 (Component 01)

...

형태를 정의하는 데이터

<Table 3> The Flow of Grasshopper Algorithm

(6)

임준성과 안성모(2019), 이성종과 안성모(2018), 유재원과 안성모(2018)은 ‘자연계의 집합 적 구축특징’과 ‘테셀레이션’, ‘평면적 재입체화’ 등 특정한 조형 개념을 알고리즘 구축을 통해 그 특징들을 분석하고 그 의미와 활용 가능성을 도출하여 기초와 탐구단계의 조형탐구와 특정 컨셉의 재현의 도구로서 그래스 호퍼의 활용성을 보여준다. 다만, 특정한 대상과 부위(점검구 (홀)과 자동차 그릴, 자동차의 외부요소 등)에 적용할 형태와 패턴들을 실험한 정성원(2019), 박찬웅과 안성모(2018), 서혁준(2016)은 물리적 제약과 기능적 요구를 고려한- 보다 심화된 조형작업의 과정과 결과물을 보여주고 있다.

2.3. ‘그래스호퍼’학습을 위한 전문서적과 공식사이트

라이노3D 학습 과정 중 한 부분으로 소개된 경우를 제외하고 그래스호퍼 만을 전문적으로 다루 고 있는 IT전문서적은 2014년부터 지금까지 약 9~10여권 정도가 있다<Table 5>.

순번 저자 도서명 출판사 출판일

1 김영아 그라스호퍼 지오메트리:

100개 알고리즘 예제로 배우는 파라메트릭 디자인 대가 2020.01

2 한기준, 백승원 그래스호퍼 시크릿노트:

37가지 팁과 함께하는 디자이너를 위한 안내서 대가 2019.05 3 성우제 파라메트릭 디자인(Parametric Design):

파라메트릭 디자인의 이해 및 적용 성우제 2018.09

4 천장환, 이다원 건축을 위한 그래스하퍼: 파라메트릭 디자인 우리북 2018.01

5 김민석, 최현철

그래스하퍼를 활용한 파라메트릭 디자인 grasshopper++:

그래스하퍼 고급사용자가 되기 위해 두루두루 알아야 할 것들을 다룬 책

대가 2017.02

6 권경범 꿈돌이의 라이노 5(Rhino 3D 파라메트릭 모델링 기법) 청담북스 2017.01

7 한기준 그래스호퍼(Grasshopper):

건축인 및 디자이너를 위한 파라메트릭 디자인 입문 대가 2015.08

8 권경범 라이노 그래스호퍼 테크닉 청담북스 2014.05

9 조태용, 고완석

Grasshopper for Rhino Reality:

건축인테리어의 새로운 형태 패턴 디자인을 위한 알고리즘 기반의 파라메트릭 3D CG TOOL

디지털북스 2012.11

<Table 5> Specialized Book of Grasshopper (출판일 순)

이들 도서는 공통적으로 그래스호퍼의 작동방식과 역할, 기본적인 기능의 개념들을 예제와 함 께 소개하고 있다. 각각의 콤포넌트들이 수행하는 기능, 역할, 작동방식을 소개하고 콤포넌트들 로 구성한 특정 알고리즘이 어떤 형태를 만들 수 있는지 안내하고 있지만, 각각의 콤포넌트와 알고리즘을 이해하기 위한 사례로서 특정한 사물(Object)- 건물의 파사드, 계단과 창문, 난간 등 동일한 형태와 반복적 형태가 필요한 건축 요소들이 중심이 되어 일방적으로 제시되고 있다 는 아쉬움이 있다. 프로그램 학습서적의 특성상, 실제로 학습자가 자발적 탐구로부터 특정한 형태를 상상하고 이를 구현하기 위한- 학습동기를 유발하는 과정이 결여되어 있다.

그래스호퍼는 그래스호퍼를 소개하고 이를 이용하는 사용자들 간의 소통과 강좌 소개를 위한 공식사이트를 운영하고 있다<Figure 3>. 이미지와 동영상을 업로드하며 서로의 작업과정과 결과물을 공유하고 있으며, 워크숍과 강연을 통해 그래스호퍼의 활용방안에 대한 의견을 나누 는 등 학습과 활용과정에서 부족한 부분에 대한 배움과 개선의 기회를 제공하고 있다. 하지만, 입문과 응용 등 다양한 사용 지침서(Tutorial)을 제공하고 있음에도 입문단계의 학습자에게는 학습전문서적의 내용과 다를 바 없이 특정한 사례를 재현하도록 하는 수준에 머무르고 있는 한계가 있다.

3. 수업설계

본 연구의 수업은 1)‘형태생성에 필요한 그래스호퍼의 알고리즘 구축을 위한 디지털 툴의 학습’

과 2)‘기초 입체조형 교육을 위한 학습’을 효과적으로 연동하여 진행하기 위해 주차별로 순차적 으로 구성했다.

<Figure 3> Grasshopper Website,

(7)

3.1. 입체 조형요소와 조형원리의 구현을 위한 컴포넌트, 알고리즘

그래스호퍼 알고리즘을 학습하기 위한 과정은 기본적으로 데이터를 관리하고 운영하는 방법과 각각의 연산 또는 형태발생의 기능을 가진 컴포넌트에 대한 이해, 데이터와 컴포넌트들의 관계를 통해 새로운 형태가 발생되도록 논리적인 구조를 구축하는 방법 등으로 진행된다<Table 6>.

순차 내용

1 개념 및 구성요소, 기능, 작동원리 : Interface, Tree Structure, Fancy Wire 등 구조와 작동을 위한 기본개념 2 데이터(Data)와 컴포넌트(Component)의 구성 : Number Slider와 Panel 등 데이터를 생성하는 방식 3 기본 형태(Geometry)의 제작 : 라이노와의 동기화, 좌표와 양 등 데이터를 이용한 형태제작

4 함수(Function)와 연산(Calculation) : 형태생성/변화를 위한 다양한 데이터 값을 추출하기 위한 특정한 규칙 5 데이터매칭(Data Matching) : 특정한 값의 데이터가 다음 함수나 연산에 흘러가는 방식, 혹은 다른 데이터들과

연동/대응하는 방식

6 데이터리스트(Data List) : Series, List Item, Point List 등

<Table 6> First Half

후반후에서는 Attractor와 Graph Mapper, Waffle Structure, Box Morph 등 심화된 알고리즘 을 통해 유기적인 변화를 보여주는 조형작업을 위한 그래스호퍼의 활용가능성 등을 학습, 이해 하도록 했다<Table 7>.

순차 내용

7 복합연산 : 여러 가지 함수를 복합적으로 연결하는 방식, Data Tree.

8 Attractor : 특정 지점을 기준으로 상대적인 거리 값에 따라 모델링 값이 변하는 기법.

9 Graph Mapper : 점차적/점진적 변화를 위한 수치 데이터조작 방식

10 계산적 알고리즘 : 입체의 용적, 부피, 크기 등을 계산하고 데이터와 하는 방식, Evaluate.

11 Waffle Structure : 실제 구조물을 제작할 수 있도록 입체를 구조적 관점에서 분해/결합할 수 있도록 하는 방식.

12 증식적 알고리즘 : 특정한 틀 안에서 일정한 패턴의 변화를 생성, Box Morph.

<Table 7> Second Half

기초 입체조형의 학습과정은 선정한 대상에 대한 관찰력과 새로운 형태를 위한 상상력, 그리고 알고리즘 제작과 연계한 형태구성력을 순차적으로 진행할 수 있도록 했다.

1) 대상탐구와 선정, 특징의 추출과 정의 2) 스케치를 통한 시각화, 구체화 3) 조형요소의 추출과 컨셉의 도출

4) 컨셉에 맞는 컴포넌트의 선택과 알고리즘의 구상 5) 알고리즘의 구축계획 및 제작

6) 생성된 형태점검 및 수정, 보완 7) 최종결과물 출력, 조형원리와 언어정리

첫 번째, ‘대상선정’에서는 모티브(Motive)가 되는 구체적인 대상(Object)이나 자연현상 (Phenomenon), 추상적인 개념(Abstract Concept)을 선정하고 그 특징을 분석한다. 두 번째,

‘스케치’과정에서 선정한 대상으로부터 분석한 내용을 시각화(Visualization)하고 구체화하여 형태적 특징을 발견할 수 있도록 한다. 세 번째, 시각화한 결과물에서 조형요소와 원리를 추출 하고 컨셉을 도출한다. 네 번째, 컨셉에 맞는 컴포넌트를 선택하고 알고리즘을 구상한다. 다섯 번째, 구체적인 형태생성을 위한 알고리즘을 제작하고 생성된 형태들을 확인하면서 컨셉에 적 합하도록 수정과 보완작업을 진행한다.

3.2. 수업 설계

전체과정은 ‘6주간의 전반부’와 ‘중간평가’, 다시 ‘6주간의 후반부’와 ‘기말 최종평가’로 총 15주 간의 과정을 구성했으며, ‘6주간의 전반부’에서는 라이노와 그래스호퍼의 기본적인 기능들을 학습하면서 입체조형을 제작하기 위한 탐구과정을 병행하도록 했다. 중간발표 이후, 후반부에 서는 그래스호퍼의 컴포넌트를 이용한 응용/연산을 학습하면서 새로운 입체조형의 주제를 선 정하거나 기존의 형태를 수정, 보완, 발전시킬 수 있도록 진행했다<Table 8>.

(8)

일정(주차) 주요내용 및 목표 그래스호퍼 알고리즘 기초 입체조형

전반부 (6주간)

1

입체조형에 대한 이론,

라이노/그래스호퍼의 기본작동법 등 기본적인 내용들을 학습

세팅, 기본개념, 작동방식 대상탐구

2 데이터(Data)의 입력과 관리 대상선정과 특징분석

3 기본 형태(Geometry)의 제작 시각화(스케치)

4 기본 함수, 연산(Calculation) 컨셉과 조형요소 추출

5 데이터매칭(Matching) 조형원리, 알로리즘 구상

6 데이터리스트의 제어 알고리즘 구축계획

중간평가 (7주,8주)

기본적인 툴의 활용능력/이해도 평가 학습내용을 바탕으로 한 조형작업

7주 : 중간작업 컨셉과 작업방향 점검, 지도 8주 : 중간작업 발표 및 피드백

후반부 (6주간)

9

새로운 기능들을 학습하며 다양한 알고 리즘 구축을 실험

새로운 작업을 진행하거나 기존 작업을 수정, 보완

순차적으로 연계된 복합 연산 대상탐구

10 Attractor 대상탐구와 선정

11 Graph Mapper 대상분석

12 계산적 알고리즘 시각화(스케치)

13 Waffle Structure 컨셉과 조형원리

14 증식적 알고리즘 Box Morph 알고리즘 구축계획

최종결과물 (15주)

알고리즘의 속성을 이해하고 활용하여 본인이 의도한 복잡하고 유기적인 형태 를 입체로 구현한 작업의 완성도

15주 : 최종결과물 발표 및 제출

<Table 8> Curriculum

3.3. 결과물

수업은 금속공예와 도예, 디자인, 건축, 조형예술전공의 2학년 학생들로 구성됐으며 다음의 수업 결과물은 기본적인 내용을 습득하는 연습단계의 전반부를 제외하고 9주차부터 14주차까 지 후반부 6주간의 작업 내용을 바탕으로 정리했다. 자연현상이나 식물의 특성을 대상으로 한 작업들과 동물의 움직이나 관계를 대상으로 한 작업으로 구분할 수 있으며, 전자의 경우, 특정한 순간이나 상황의 모습을 분석하고 구성요소들을 분해하여 다시 조형적 특징을 중심으 로 재해석했으며, 후자의 경우, 해부학적인 접근 또는 생태계에서 동물들 간의 관계, 변화가 있는 순간들을 정의하고 이를 조형적으로 재해석하여 표현했다.

1)자연현상과 식물을 대상으로 한 작업

<Table 9>은 파도가 땅에 부딪히는 순간의 모습과 움직임을 단순화하고 이를 다시 반복적으 로 확장하면서 그 안에서 크기변화 흐름의 변화를 유도했다. 그리고 서로 다른 유형의 패턴을 제작하고 겹침으로써 다층적인 파도의 느낌을 표현하고자 했다.

과정 1)모티브 대상(이미지) 4)알고리즘 5)최종결과물

파도

2)시각화(스케치)

3)특성과 컨셉 부서지는 파도

큰 파도가 밀려와 땅에 닿아 부서지는 장면을 표현 큰 곡선을 이용해 파도를 표현하고, 평면적인 판에

홈과 돌출을 이용해 물이 튀는 모습을 형상화

6)조형원리와 언어

1) 파도의 리듬감을 표현하기 위해 반원 형태를 반복시켜 점이되는 형태를 표현 :

반복과 점이, 리듬

2) 어디로 튈지 모르는 물의 속성을 표현:

변화와 대비 Move/ Series/ Scale/ Rotate

<Table 9> Case 01 : Wave

(9)

<Table 10>은 나팔꼿과 넝쿨의 모습을 분석하고 그 특징을 정의하여 다시 조형적으로 재해석했다.

줄기가 지주대를 타고 올라가는 모습을 서로 다른 성격의 물체를 하나로 묶어서 회전하여 표현했 으며, 최종적으로 보르노이(Vornoi)를 이용하여 자연발생적인 형태를 표현할 수 있도록 했다.

<Table 11>은 꽈리를 대상으로 톡특한 유선형 형태의 모습을 분석했으며, 두 개 이상의 기벽 (외벽과 내벽)이 노출되어 형태를 이루는 이중기 화병형태를 모티브로 하여 성격이 서로 다른 두 개의 물체가 하나의 형태 안에 어울어지며 부피감을 형성하고 이렇게 중첩된 상황으로 인해 시점에 따라 다양한 형태를 느낄 수 있도록 한다. 외부의 선적인 요소들과 내부의 면적인 요소 들이 서로 다른 성격으로 인해 대비를 이룬다.

과정 1)모티브 대상(이미지) 4)구성 알고리즘 및 주요 컴포넌트 5)최종결과물

꽈리

3)특성과 컨셉

①단순하면서도 반복되는 선들이 겹쳐지면서 망 구조 처럼 보이도록 함

②형태의 왜곡을 통해 시점에 따라 다른 형태를 느끼도록 함.

Move/ Series/ Scale/ Rotate 꽈리의 독특한 유선형 형태를 변형한 화병

물방울 모양의 형태를 기본형으로하고 단순히 선만을 연결하는 것이 아닌,

부피감을 느낄 수 있도록 함.

이중기화병처럼 부피감과 다채로움이 함께 느껴지도록 함.

중첩된 표면의 망과 내부물체을 통해 대비를 강조함.

나팔꽃 덩쿨

지주대의 기본 베이스면도 뻗어나가며 자라나는 식물의 조형에 맞게 변형

임의의 점들을 생성하고 연결한 보르노이 곡선을 이용 Move/ Series/ Scale/ Rotate Rotate/ Range/ Graph Mapper

Divide Curve/ Flip Martix Populate Geometry/ Vornoi Cell

1) 규칙적이고 정형적인 형상과 2) 불규칙적이고 비정형적인 형상의

성장 곡선을 함께 표현 반복, 점층 3)특성과 컨셉

식물의 뻗어나가는 조형성을 사용한 Vase(꽃병) 나팔꽃, 잔디, 나무 등의

줄기가 뻗어나가며 성장하는 형상을 표현

<Table 10> Case 02 : Japanese Morning Glory (Pharbitis Nil)

(10)

2)동물의 움직임과 관계를 대상으로 한 작업

공룡의 골격을 해부학적으로 분석한 작업과 나비가 번데기로부터 탈피하는 순간의 관찰, 자연 환경 속에서 포식자와 사냥감이 보여주는 관계 등의 작업이 있다.

<Table 12>은 공룡을 해부학적 관점으로 접근하여 골격, 뼈대의 구성을 분석하고 그 특징을 역동성과 생동감, 그리고 규모에서 느껴지는 장엄함으로 재해석하여 표현하고자 했다. 척추를 따라 골격을 이루는 뼈대들이 유사한 형태로 반복되며 반복되는 과정에서 크기와 축의 변화가 함께 진행되어 역동성을 느낄 수 있도록 했다.

<Table 13>은 나비가 번데기에서 탈피하는 순간을 포착하여 두 개의 서로 다른 속성을 조형 적으로 재해석했다. 단단하고 견고한 물성을 가지는 번데기와 가볍고 부드러운 나비의 모습을 조형적으로 재현하면서 제작방식에서 서로의 차이점, 대비되는 부분이 부각되도록 했다.

번데기 와 나비

단단한 번데기와 그에서 새로 태어나오는 부드러운 나비의 형태.

넓고 얇으며 부드러운 나비의 날개와 뭉툭하며 단단한 번데기 껍질이 대비 됨.

대비, 점층, 반복. 율동 3)특성과 컨셉 번데기는 단단함과 안정감을 주기위해 Waffle Structure의

형태로 제작.

화려함을 위해 곡면형태에 Box Morph를 이용하여 패턴적용.

나비 날개의 비늘을 표현하기 위해 Vornoi를 이용.

Move/ Series/ Scale/ Rotate/ Vornoi 힘든 번데기 시절에서 탈피하여 빛을

낸다.

단단한 번데기에서 우화하는 나비의 모습을 포착하여, 얇고 약해보이는 나비이지만 단단한 번데기를 깨고

나오는 순간의 이미지를 표현.

<Table 13> Case 05 : Butterfly

과정 1)모티브 대상(이미지) 2)시각화(스케치) 4)구성 알고리즘 및 주요 컴포넌트 5)최종결과물

공룡

3)특성과 컨셉

공룡의 골격이 주는 생동감을 추상적으로 표현

공룡의 골격은 뼈 사이의 간격과, 뼈들이 중첩되면서 생기는 공간들이 이상적인 면비례를 보여주며, 전체적인 흐름은 역동성, 생돔감 있는 모습을 보여줌.

위로 올라갈수록 좁아지는 형태로 위쪽으로 시선을 유도하여 장엄함을 표현

기본 골격을 제작한 후, 반복되면서 크기에 변화를 주고 회전시키면서 동일한 형태가

나열되면서도 시점에 따라 다이나믹하게 변화하도록 함. Pipe를 이용하여 전체적인

흐름을 보여주면서도 두께에 변화를 줌.

Move/ Series/ Scale/ Rotate

공룡의 골격은 뼈 사이의 간격과, 뼈들이 중첩되면서 생기는 공간들이 이상적인 면비례를 보여주며, 전체적인 흐름은 역동성,

생돔감 있는 모습을 보여줌.

율동, 반복, 역동, 대비

(11)

<Table 14>은 사자와 토끼를 예로 들어 생태계에서 포식자와 사냥감의 관계를 표현하고자 했다. 포식자가 사냥감을 포위하듯 압박해가는 순간과 날카롭고 예리한 이빨과 발톱을 가진 포식자의 특성을 상대적으로 왜소하고 위축된, 그리고 부드러운 느낌을 가지는 사냥감의 특성 과 대비되도록 했다.

포식자 와 사냥감

사냥감을 둘러싼 포식자의 모습에서 반복, 균형, 점이

사냥감이 경직되어 사라지는 순간의 모습에서 반복, 점층

포식자와 사냥감의 관계에서 대비 3)특성과 컨셉

포식자의 발톱을 형상화한 이미지를 반복하면서 사냥감을 중심으로 회전하고 동시에 크기에 변화를

주면서 둘러싸는 모습을 연출.

경직되어 사라지는 사냥감의 모습을 표현.

Move/ Series/ Scale/ Rotate/ Vornoi 맹수의 이빨과 발톱을 형상화하여

기본형태로 이용.

토끼의 귀, 둥근 이미지를 이용하여 사낭감을 표현.

맹수가 사냥 탐색전에서 흐르는 고요함과 긴장감을 표현.

포식자가 사냥감을 둘러싸고 있는 모습.

<Table 14> Case 06 : Predator and Prey

수업결과물로 소개된 6개의 작업들 중, <Tabel 9>은 금속공예전공학생, <Table 11>은 도예 전공학생 작업이며, <Table 10>과 <Table 12>, <Table 13>, <Table 14>는 디자인학생의 작업으로 기초 입체조형 학습과정에 대한 내용의 이해와 디지털 툴을 이용한 작업진행에서 유사한 수준의 결과물을 보여주고 있다.

마지막으로, 강의평가에서 본 수업의 설계와 학습내용에 관련한 내용을 추출한 것을 보면, 1)

‘단순 툴 교육에만 그치지 않고 왜 이 툴이 필요한지, 언제 필요한지도 매번 알려주셔서 유용했 다.’, ２)‘처음 해보는 학생들이 많은 수업에서 기초를 알려주면서도 다양한 기능을 알려주려는 적정선을 잘 찾으신 것 같아 좋았다.’, 3)‘해당 강의가 한 한기가 아닌 1년 짜리 강의였다면 더욱 깊게 파고들 수 있었을 것이라 생각되어 아쉽다.’, 4)‘중반부에 갑자기 진도가 빨라지는 느낌이다.’ 와 같다. 이 내용들로부터 수업설계의 효과와 문제를 정리하면, 디지털 툴에 대한 기초가 없는 학생들에게도 단순히 툴을 학습하는 수준에 머무르는 것이 아니라, 기초 입체조형 작업에 적용할 수 있는 관계성이 높고, 툴 학습의 난해함과 어려움을 넘어 추가적인 학습과 제작에 대한 자발적 동기를 부여했다고 볼 수 있다. 하지만, 한 한기 수업으로서 적절한 진행속 도를 파악하고 각 과정별 이해도를 점검하는 등 아직까지 다듬어지지 않은 수업과정의 설계에 서 미숙한 부분들이 과제로 남았다.

4. 결론

본 논문은 3차원 모델링의 그래픽 알고리즘 편집기인 그래스호퍼(Grasshopper)를 이용하여 매개 변수(Parametric)를 이용한 디지털 패브리케이션(Digital Fabrication)이 가능한 컴퓨터 프로세싱 알고리즘(Processing Algorithm) 작업과 조형언어에 기반 한 기초 입체조형 작업을 접목한 15주 과정의 수업을 설계하고 이를 실제 수업에 적용한 과정과 결과를 통해 그 효과와 가능성을 살펴보고자 했다. 본 수업의 결과물을 바탕으로 그 효과와 가능성을 정리하면 다음과 같다.

(12)

첫 번째, 입체조형 작업과정과의 연계를 통해 수리적 연산에 대한 능력을 요구하는 알고리즘 학습에 대한 거부감을 줄일 수 있었다. 단순히 컴포넌트의 기능과 역할을 정해진 예제를 따라 학습하는 것이 아니라, 학습자가 생각하는 형태에 맞춰 즉각적으로 응용할 수 있도록 하며, 수학적, 논리적 연산에 대한 거부감을 완전히 없앨 수는 없지만, 작업물과의 밀접도를 높이면서 단계적으로 익혀갈 수 있는 기회를 부여하고자 했다. 두 번째, 중력과 무게 등 물리적인 제약으 로부터 벗어나 보다 창의적인 형태를 상상할 수 있도록 한다. 입체가 구조적 안정감을 가질 수 있도록 고려해야하는 물리적 제약에 대한 고려에서 잠시 벗어나 구현하고자 하는 형태 그 자체에 대해 집중할 수 있도록 했다. 세 번째, 다양한 형태에 대한 효율적인 실험을 가능하게 한다. 기존의 입체조형작업에서 많은 시간과 노력이 필요해서 진행하지 못했던 대안적 형태작 업들을 다양하게 구현해볼 수 있으며 의도에 보다 적합한 형태를 이전에 비해 상대적으로 적은 시간과 노력- 즉각적으로 만들어 볼 수 있는 것이 가능하도록 했다.

본 논문은 실험적으로 제안된 수업 과정을 한 차례의 수업에 적용한 결과물을 바탕으로 하고 있다는 점에서 한계를 가지고 있지만, 디지털 3D 모델링을 위한 알고리즘 구축기법과 기초 입체조형 학습의 서로 다른 성격을 가지는 두 학습 과정을 하나로 통합하여 보다 효율적인 학습과정에 대한 가능성을 시도했다는 점에 의미를 가진다.

(4), 85-96.

(2), 315-328.