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=== 재현 ===
 
=== 재현 ===
[[파일:초입방체.jpg|300픽셀|오른쪽|썸네일|'''초입방체 전개도''']]
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3차원을 2차원에 완벽히 표현할 수 없으나 3차원의 그림자를 2차원에 투영할 수 있는 것과 같이, 시각적으로 재현한 4차원 도형들은 사실 3차원에 투영된 실제 4차원 도형의 그림자를 구현한 것이다. 3차원 공간에 살고 있는 우리는 4차원 도형을 상상하기 힘들며 표현하기는 불가능하기 때문이다. 우리가 알고 있는 4차원 도형들은 실제 모습이 아닌, 모두 3차원 공간에 사는 인간의 상상으로 만들어낸 가상의 도형들이다.<ref name = '4D나무'/> 3차원의 정육면체의 각 면은 정사각형으로 이루어져 있으나 2차원의 평면에 그려내면서 실제 모습과는 다르게 앞면과 뒷면을 제외하고는 평행사변형으로 표현되는 등 왜곡이 일어난다. 2차원 평면에 3차원을 그리려면 한 차원만 확장하면 되기 때문에 약간의 왜곡만이 일어나지만 4차원을 2차원에 그려내는 일은 두 개의 차원을 확장하는 것이기 때문에 더욱 심한 왜곡과 한계가 생긴다.<ref name='4차원 입체도형'/>  이러한 상상의 도형을 만들거나 연구하는 데는 스케치업이나 쓰리디에스 맥스(3DS max) 같은 3차원 프로그램이 어느 정도 도움을 준다. 3차원을 2차원 종이에 그림으로 그려 표현하듯 4차원을 3차원 프로그램에 그려 나타내는 것이다. 하지만 프로그램을 이용해도 사실 4차원을 3차원 프로그램을 나타내는 것을 2차원인 평면 모니터를 통해 보는 것이기 때문에 그리거나 이해하는데 공간지각 능력이 3차원을 넘어 4차원까지 다룰 수 있는 초월적 지각 능력을 갖춰야 한다. x, y, z 세 가지 축에 하나의 축 a를 추가로 가진 포디 그래퍼(4D Grapher)과 같은 4차원 프로그램이 존재하긴 하지만 사실 4차원의 그림을 그린다기보다는 4차원 그래프를 분석하기 위한 용도에 더 적합하다.<ref name = '4D나무'/> 4차원의 도형을 보다 정확하게 재현하는 방법은 바로 전개도를 이용하는 것이다. 정육면체를 전개해서 2차원 면으로 구성된 전개도를 만들고 다시 1차원인 선끼리 붙여 정육면체를 만드는 방법과 같이 4차원 초입방체에서 접힌 부분을 펴내면 모든 각이 직각을 이룬 8개의 정육면체가 맞붙은 십자가 모양의 전개도가 나온다. 이 전개도를 다시 2차원면끼리 맞붙이면 4차원 초입방체가 된다.<ref name='4차원 입체도형'/>
 
3차원을 2차원에 완벽히 표현할 수 없으나 3차원의 그림자를 2차원에 투영할 수 있는 것과 같이, 시각적으로 재현한 4차원 도형들은 사실 3차원에 투영된 실제 4차원 도형의 그림자를 구현한 것이다. 3차원 공간에 살고 있는 우리는 4차원 도형을 상상하기 힘들며 표현하기는 불가능하기 때문이다. 우리가 알고 있는 4차원 도형들은 실제 모습이 아닌, 모두 3차원 공간에 사는 인간의 상상으로 만들어낸 가상의 도형들이다.<ref name = '4D나무'/> 3차원의 정육면체의 각 면은 정사각형으로 이루어져 있으나 2차원의 평면에 그려내면서 실제 모습과는 다르게 앞면과 뒷면을 제외하고는 평행사변형으로 표현되는 등 왜곡이 일어난다. 2차원 평면에 3차원을 그리려면 한 차원만 확장하면 되기 때문에 약간의 왜곡만이 일어나지만 4차원을 2차원에 그려내는 일은 두 개의 차원을 확장하는 것이기 때문에 더욱 심한 왜곡과 한계가 생긴다.<ref name='4차원 입체도형'/>  이러한 상상의 도형을 만들거나 연구하는 데는 스케치업이나 쓰리디에스 맥스(3DS max) 같은 3차원 프로그램이 어느 정도 도움을 준다. 3차원을 2차원 종이에 그림으로 그려 표현하듯 4차원을 3차원 프로그램에 그려 나타내는 것이다. 하지만 프로그램을 이용해도 사실 4차원을 3차원 프로그램을 나타내는 것을 2차원인 평면 모니터를 통해 보는 것이기 때문에 그리거나 이해하는데 공간지각 능력이 3차원을 넘어 4차원까지 다룰 수 있는 초월적 지각 능력을 갖춰야 한다. x, y, z 세 가지 축에 하나의 축 a를 추가로 가진 포디 그래퍼(4D Grapher)과 같은 4차원 프로그램이 존재하긴 하지만 사실 4차원의 그림을 그린다기보다는 4차원 그래프를 분석하기 위한 용도에 더 적합하다.<ref name = '4D나무'/> 4차원의 도형을 보다 정확하게 재현하는 방법은 바로 전개도를 이용하는 것이다. 정육면체를 전개해서 2차원 면으로 구성된 전개도를 만들고 다시 1차원인 선끼리 붙여 정육면체를 만드는 방법과 같이 4차원 초입방체에서 접힌 부분을 펴내면 모든 각이 직각을 이룬 8개의 정육면체가 맞붙은 십자가 모양의 전개도가 나온다. 이 전개도를 다시 2차원면끼리 맞붙이면 4차원 초입방체가 된다.<ref name='4차원 입체도형'/>
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==활용==
 
==활용==
 
=== 4D 프린팅===
 
=== 4D 프린팅===
[[파일:자가 변형 물질.jpg|300픽셀|오른쪽|썸네일|'''자가 변형 물질''']]
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[[파일:자가 변형 물질.jpg|300픽셀|오른쪽|썸네일|자가 변형 물질]]
  
 
4D 프린팅이라는 용어는 지난 2013년 미국 [[매사추세츠 공과대학교]](MIT)의 스카일러 티비츠(Skylar Tibbits) 박사가 처음 사용한 것으로, 3D로 프린팅한 물체가 스스로 자가조립 과정을 거쳐 변형하여 사용자가 바라는 결과물이 되는 기술을 말한다. 3차원에 기반을 둔 [[3D 프린팅]]에 변화할 수 있다는 한 차원의 특성을 더한 것이다. 4D 프린팅을 이용해 원하는 결과물을 출력하려면 외부환경 요인에 따라 모양이 변하거나 스스로 조립되는 스마트 소재인 자가변형물질(self-transformable materials)가 필요하다. 스마트 소재를 3D 프린터로 출력하면 사람의 힘을 빌리지 않고도 온도나 수분, 바람, 빛, 물, 중력, 공기, 시간 등의 외부 요인의 영향을 받아 지정된 조건에 맞게 형태가 달라지게 할 수 있다. 스마트 소재에는 형상기억합금이나 형상기업폴리머섬유 같은 첨단 소재와 더불어 나무나 종이 같은 소재도 부분적 변형이 가능해 포함될 수 있다. 실제로 매사추세츠 공과대학교는 물과 만나면 팽창하는 물성을 가진 나무 소재를 이용하여 코끼리 밑그림을 출력한 뒤  물에 담가 코끼리 모형을 만들거나 같은 물성을 가진 종이로 만든 밑그림이 스스로 변형하여 축구공으로 만들어지는 4D 프린팅 연구 결과를 발표했다. 4D 프린팅 기술은 장난감, [[게임]], [[자동차]], [[로봇]], 의료, 제조, 건설 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능하다. 따라서 각국의 유명 대학이나 연구소, 기업 등은 4D 프린팅 기술의 핵심인 스마트 소재 개발에 열을 올리고 있다. 2020년 기준 4D 프린팅 시장의 중심은 미국이며, 2025년에는 4D 프린팅 시장규모가 약 6,000억 원으로 확대될 것으로 전망하고 있다. 다음은 4D 프린팅 기술의 활용 분야 및 사례이다.
 
4D 프린팅이라는 용어는 지난 2013년 미국 [[매사추세츠 공과대학교]](MIT)의 스카일러 티비츠(Skylar Tibbits) 박사가 처음 사용한 것으로, 3D로 프린팅한 물체가 스스로 자가조립 과정을 거쳐 변형하여 사용자가 바라는 결과물이 되는 기술을 말한다. 3차원에 기반을 둔 [[3D 프린팅]]에 변화할 수 있다는 한 차원의 특성을 더한 것이다. 4D 프린팅을 이용해 원하는 결과물을 출력하려면 외부환경 요인에 따라 모양이 변하거나 스스로 조립되는 스마트 소재인 자가변형물질(self-transformable materials)가 필요하다. 스마트 소재를 3D 프린터로 출력하면 사람의 힘을 빌리지 않고도 온도나 수분, 바람, 빛, 물, 중력, 공기, 시간 등의 외부 요인의 영향을 받아 지정된 조건에 맞게 형태가 달라지게 할 수 있다. 스마트 소재에는 형상기억합금이나 형상기업폴리머섬유 같은 첨단 소재와 더불어 나무나 종이 같은 소재도 부분적 변형이 가능해 포함될 수 있다. 실제로 매사추세츠 공과대학교는 물과 만나면 팽창하는 물성을 가진 나무 소재를 이용하여 코끼리 밑그림을 출력한 뒤  물에 담가 코끼리 모형을 만들거나 같은 물성을 가진 종이로 만든 밑그림이 스스로 변형하여 축구공으로 만들어지는 4D 프린팅 연구 결과를 발표했다. 4D 프린팅 기술은 장난감, [[게임]], [[자동차]], [[로봇]], 의료, 제조, 건설 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능하다. 따라서 각국의 유명 대학이나 연구소, 기업 등은 4D 프린팅 기술의 핵심인 스마트 소재 개발에 열을 올리고 있다. 2020년 기준 4D 프린팅 시장의 중심은 미국이며, 2025년에는 4D 프린팅 시장규모가 약 6,000억 원으로 확대될 것으로 전망하고 있다. 다음은 4D 프린팅 기술의 활용 분야 및 사례이다.
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=== 4D 프레임 ===
 
=== 4D 프레임 ===
[[파일:4D프레임.jpg|300픽셀|오른쪽|썸네일|'''4D 메카트로닉스'''(4D Mechatronics)]]
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[[파일:4D프레임.jpg|300픽셀|오른쪽|썸네일|4D 메카트로닉스(4D Mechatronics)]]
  
 
4D 프레임의 사전적 의미는 4차원과 구조‧뼈대‧틀이란 의미인 프레임(frame)의 합성어이며, 실제로는 별다른 의미를 지니지 못하는 한 개체인 0차원의 점이 또 다른 개체와 만남으로써 1차원인 선, 2차원인 면, 그리고 3차원인 면을 통해 표현하고자 하는 생각과 내면 의식까지 나타낸다는 4차원 시공간의 의미를 담은 창조적 작품을 만들어내는 창의 교구를 지칭한다.<ref name='4D프레임사이트'>〈[http://m.4dframe.com/page/page35 4D프레임]〉, 《4D프레임》</ref>  모든 도형을 이루는 가장 기본 단위를 결합, 연결하여 골격을 이뤄 점차적으로 다양한 다면체와 창조적 작품을 만들 수 있다. 4D 프레임은 연결봉과 연결대로 이루어진 크고 작은 빨대 모양의 도구로 이뤄져 있는데, 이를 통해 기계‧전기‧전자‧정보통신‧소프트웨어 등을 상상 속의 4차원 모형물로 만들어낸다.<ref name ='사이언스 타임즈'> 이강봉 객원기자, 〈[https://www.sciencetimes.co.kr/news/4d%ED%94%84%EB%A0%88%EC%9E%84-%EC%9D%B8%EC%9E%AC-%ED%95%9C%EA%B5%AD%EC%97%90-%EB%8B%A4-%EB%AA%A8%EC%98%80%EB%8B%A4/ 4D 프레임 인재, 한국에 다 모였다]〉, 《사이언스 타임즈》, 2019-10-21 </ref> 각도를 0°~360°까지 자유롭게 조정할 수 있으며, 가위만 있으면 연결봉과 연결대를 원하는 길이와 모양으로 자르고 이어서 무엇이든 만들어낼 수 있다. 4차원 도형 중 하나인 클라인의 병도 3차원에서 존재할 수 없는 도형이지만, 4D 프레임을 이용해 옆면에 구멍을 뚫어 그 모습을 재현해 볼 수 있다.<ref name='4D프레임사이트'/> 한국과학창의재단이 2018 우수과학문화상품으로 선정한 ㈜포디랜드·포디수리과학창의연구소의 4D 메커트로닉스(4D Mechatronics)를 이용하면 [[소프트웨어]] [[코딩]]을 연계한 다양한 융합 프로젝트를 진행할 수도 있다.<ref>  김청한 객원기자, 〈[https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%9C%B5%ED%95%A9%EC%9D%B8%EC%9E%AC-%EC%96%91%EC%84%B1%EC%9D%98-%EB%B9%84%EA%B2%B0-4d-%ED%94%84%EB%A0%88%EC%9E%84/ 융합인재 양성의 비결 ‘4D 프레임’]〉, 《사이언스 타임즈》, 2019-10-21</ref> 4D 프레임의 교육적 효과는 기본적인 도형의 원리와 입체표현 등 기하학적 성질을 이해하고, 수학적인 추론능력과 공간지각능력 향상에 도움을 준다는 것인데,<ref name='4D프레임사이트'/> 실제로 4D 프레임을 통해 학습하면 공간 감각과 수학적 창의성 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 연구 결과도 있다.<ref> 이주용, 최재호, 〈[https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201317664651665&dbt=NART 4D 프레임 활용 학습이 초등 수학영재학생의 공간감각 및 수학적 창의성에 미치는 영향]〉, 《사이언스온》</ref>
 
4D 프레임의 사전적 의미는 4차원과 구조‧뼈대‧틀이란 의미인 프레임(frame)의 합성어이며, 실제로는 별다른 의미를 지니지 못하는 한 개체인 0차원의 점이 또 다른 개체와 만남으로써 1차원인 선, 2차원인 면, 그리고 3차원인 면을 통해 표현하고자 하는 생각과 내면 의식까지 나타낸다는 4차원 시공간의 의미를 담은 창조적 작품을 만들어내는 창의 교구를 지칭한다.<ref name='4D프레임사이트'>〈[http://m.4dframe.com/page/page35 4D프레임]〉, 《4D프레임》</ref>  모든 도형을 이루는 가장 기본 단위를 결합, 연결하여 골격을 이뤄 점차적으로 다양한 다면체와 창조적 작품을 만들 수 있다. 4D 프레임은 연결봉과 연결대로 이루어진 크고 작은 빨대 모양의 도구로 이뤄져 있는데, 이를 통해 기계‧전기‧전자‧정보통신‧소프트웨어 등을 상상 속의 4차원 모형물로 만들어낸다.<ref name ='사이언스 타임즈'> 이강봉 객원기자, 〈[https://www.sciencetimes.co.kr/news/4d%ED%94%84%EB%A0%88%EC%9E%84-%EC%9D%B8%EC%9E%AC-%ED%95%9C%EA%B5%AD%EC%97%90-%EB%8B%A4-%EB%AA%A8%EC%98%80%EB%8B%A4/ 4D 프레임 인재, 한국에 다 모였다]〉, 《사이언스 타임즈》, 2019-10-21 </ref> 각도를 0°~360°까지 자유롭게 조정할 수 있으며, 가위만 있으면 연결봉과 연결대를 원하는 길이와 모양으로 자르고 이어서 무엇이든 만들어낼 수 있다. 4차원 도형 중 하나인 클라인의 병도 3차원에서 존재할 수 없는 도형이지만, 4D 프레임을 이용해 옆면에 구멍을 뚫어 그 모습을 재현해 볼 수 있다.<ref name='4D프레임사이트'/> 한국과학창의재단이 2018 우수과학문화상품으로 선정한 ㈜포디랜드·포디수리과학창의연구소의 4D 메커트로닉스(4D Mechatronics)를 이용하면 [[소프트웨어]] [[코딩]]을 연계한 다양한 융합 프로젝트를 진행할 수도 있다.<ref>  김청한 객원기자, 〈[https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%9C%B5%ED%95%A9%EC%9D%B8%EC%9E%AC-%EC%96%91%EC%84%B1%EC%9D%98-%EB%B9%84%EA%B2%B0-4d-%ED%94%84%EB%A0%88%EC%9E%84/ 융합인재 양성의 비결 ‘4D 프레임’]〉, 《사이언스 타임즈》, 2019-10-21</ref> 4D 프레임의 교육적 효과는 기본적인 도형의 원리와 입체표현 등 기하학적 성질을 이해하고, 수학적인 추론능력과 공간지각능력 향상에 도움을 준다는 것인데,<ref name='4D프레임사이트'/> 실제로 4D 프레임을 통해 학습하면 공간 감각과 수학적 창의성 향상에 긍정적인 영향을 미친다는 연구 결과도 있다.<ref> 이주용, 최재호, 〈[https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201317664651665&dbt=NART 4D 프레임 활용 학습이 초등 수학영재학생의 공간감각 및 수학적 창의성에 미치는 영향]〉, 《사이언스온》</ref>
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=== 그림 ===
 
=== 그림 ===
[[파일:아비뇽의 처녀들.jpg|오른쪽|280픽셀|썸네일|'''아비뇽의 처녀들''']]
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[[파일:아비뇽의 처녀들.jpg|오른쪽|280픽셀|썸네일|아비뇽의 처녀들]]
[[파일:기차 속의 슬픈 젊은 남자.jpg|오른쪽|280픽셀|썸네일|'''기차 속의 슬픈 젊은 남자''']]
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[[파일:기차 속의 슬픈 젊은 남자.jpg|오른쪽|280픽셀|썸네일|기차 속의 슬픈 젊은 남자]]
  
 
널리 알려진 화가 중 많은 이들이 수학을 활용해 자신의 예술세계를 보여준다. 20세기 초의 입체파, 미래파, 초현실주의의 예술가들은 3차원의 현실적인 표현을 넘어 4차원의 시각적 해석으로 이동하며 2차원 작품에서 4차원을 전달하려고 시도했다. 이를 통해 예술가들은 어떠한 대상을 현실 세계에서는 일반적으로 동시에 볼 수 없었던 다른 관점으로 작품에 표현해냈다. 주로 4차원 도형을 3차원에 사영하는 방식을 이용했다.<ref name='greenlane'> 〈[https://www.greelane.com/ko/%ec%9d%b8%eb%ac%b8%ed%95%99/%ec%8b%9c%ea%b0%81-%ec%98%88%ec%88%a0/art-history-definition-the-fourth-dimension-183205/ 예술가들이 4 차원을 묘사 한 방법]〉, 《개인블로그》, 2018-01-15</ref> 그중 4차원을 대표적인 사람으로는 피카소, 마르셀 뒤샹, 살바도르 달리, 맥스 웨버가 있다.
 
널리 알려진 화가 중 많은 이들이 수학을 활용해 자신의 예술세계를 보여준다. 20세기 초의 입체파, 미래파, 초현실주의의 예술가들은 3차원의 현실적인 표현을 넘어 4차원의 시각적 해석으로 이동하며 2차원 작품에서 4차원을 전달하려고 시도했다. 이를 통해 예술가들은 어떠한 대상을 현실 세계에서는 일반적으로 동시에 볼 수 없었던 다른 관점으로 작품에 표현해냈다. 주로 4차원 도형을 3차원에 사영하는 방식을 이용했다.<ref name='greenlane'> 〈[https://www.greelane.com/ko/%ec%9d%b8%eb%ac%b8%ed%95%99/%ec%8b%9c%ea%b0%81-%ec%98%88%ec%88%a0/art-history-definition-the-fourth-dimension-183205/ 예술가들이 4 차원을 묘사 한 방법]〉, 《개인블로그》, 2018-01-15</ref> 그중 4차원을 대표적인 사람으로는 피카소, 마르셀 뒤샹, 살바도르 달리, 맥스 웨버가 있다.

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