공상 독자 여러분, 조선해양공학하면 무엇이 떠오르시나요? 아마 대부분 커다란 배나 크레인처럼 거대한 선박을 조선소에서 건조¹하고 있는 모습이 생각나실 겁니다. 하지만 이제는 조선업에서도 IT 기술을 활용한 다양한 혁신이 일어나고 있다는 사실! 조금만 들여다보아도 조선해양공학이 시대의 흐름에 따라 발전하고 있음을 쉽게 확인할 수 있답니다. 코딩을 활용한 선박설계 기법이 도입되었고, 선박 건조 시스템의 자동화가 그 예이죠. 그중 이번 전공수업소개 코너에서는 코딩을 이용하여 선박을 설계하는 방식을 배우는 '컴퓨터이용선박설계' 수업을 소개하고자 합니다.

수업 소개에 앞서, 먼저 선박이 어떤 과정을 거쳐 설계되는지 알아야 하겠죠? 선박은 무작정 멋있게 도면을 그린다고 완성되는 것이 아닙니다. 안전성과 경제적 효율성을 고려하여 외형을 결정해야 합니다. 그래서 선박의 외형은 유체의 저항을 줄이기 위한 최적의 곡면 형태로 이루어집니다. 곡면의 설계는 공간상에 선박의 전체적인 형태를 이루는 점을 표시하는 것부터 시작됩니다. 이와 같이 미리 정한 표면상의 점을 적절히 연결하여 3차원의 곡면을 추정해내는 것이 가장 핵심이 되는 작업이라고 할 수 있습니다. 그렇게 추정한 곡면을 바탕으로 철판을 가공하고, 이를 용접하여 배의 외부가 완성되는 것이죠.

컴퓨터이용선박설계 수업에서는 이 중 곡면설계를 중점적으로 다루게 됩니다. 컴퓨터 프로그래밍을 이용해 곡선이나 곡면으로 결정하고 3D 공간상에 구현하는 방법들을 배웁니다. 따라서 곡면을 계산할 때 필요한 선형대수학 지식과, 컴퓨터를 이용해 이를 구현할 수 있게 하는 알고리즘을 단계적으로 공부합니다. 그럼 수업에서 실제로 어떤 것을 배우는지 선박의 설계과정을 따라가며 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

선박 외형 설계는 선박의 정보를 불러와 외형을 파악하는 것으로 시작됩니다. 선박은 크기가 매우 크고, 각 부분마다 상이한 모양의 복잡한 3차원 형상으로 되어 있어 설계도에 모든 정보를 한 번에 표현하기 어렵습니다. 우리가 보는 그대로의 3차원 형상을 설계도에 옮기게 되면 오히려 정보가 왜곡될 수 있지요. 그렇기에 중심선으로부터 배의 겉면까지의 거리와 높이를 정확하게 숫자로 기입한 표, 오프셋 테이블(Offset Table)을 설계도처럼 사용하는데요. 오프셋 테이블을 이용하려면 먼저 유효하지 않은 값을 제거해주어야 합니다. 0의 값을 갖는 데이터들은 유효하지 않기 때문에 그림 1과 같이 유효한 값만 남겨줍니다. 그리고 표 형태의 배열은 원하는 정보를 한 번에 검색하기 어렵기 때문에 정보의 접근성을 높이기 위해 형태를 변경합니다.

그림 1. 선박의 정보가 담긴 Offset table

유효한 점들을 이어 그림 2와 같이 점과 선으로 이루어진 topology structure²로 변환합니다. 이렇게 단순한 기하학 형태로 변환하면 해당 점이 곡면의 경계를 이루는지, 아니면 곡면 내부의 점인지를 한눈에 파악할 수 있게 됩니다.