(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2009년08월03일
(11) 등록번호 10-0910589
(24) 등록일자 2009년07월28일
(51) Int. Cl.

A41H 1/02 (2006.01) A41H 1/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2007-0104528
(22) 출원일자 2007년10월17일
심사청구일자 2007년10월17일
(65) 공개번호 10-2009-0039091
(43) 공개일자 2009년04월22일
(56) 선행기술조사문헌
JP09034952 A
JP08044785 A
JP09273017 A
(73) 특허권자
충남대학교산학협력단
대전광역시 유성구 궁동 220번지 충남대학교
안동대학교 산학협력단
경북 안동시 송천동 안동대학교
(72) 발명자
서혜원
대전시 유성구 궁동 220 충남대학교 공과대학
홍경희
대전시 유성구 궁동 220 충남대학교 생활과학대학
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
권오식, 김종관, 박창희
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 이원재
(54) 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법
(57) 요 약
본 발명은 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옷감 데이터를 시뮬레이
터상에서 실린더를 감싸도록 패턴으로 변환하여 실린더의 직경변화에 따라 변화하는 압력을 측정하는 옷감 시뮬
레이터를 이용한 의복압 측정방법에 관한 것이다.
본 발명의 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법은 의복압을 측정하기 위한 물리적인 옷감의 기계적인 파라
미터(parameter)가 물리적인 실험을 통하여 획득되는 파라미터 획득단계; 상기 물리적인 옷감의 기계적인 파라미
터가 옷감 시뮬레이터로 입력되는 옷감데이터 입력단계; 상기 옷감데이터가 물리적인 옷감에 대응하도록 시뮬레
이터 상에서 옷감 패턴이 생성되고, 원형 텍스쳐가 맵핑되는 옷감 패턴 형성단계; 상기 옷감 패턴이 부분적인 크
기의 조각으로 나뉜 뒤 원통형상의 실린더 주위에 가까이 배치되는 시뮬레이션 준비단계; 상기 옷감 패턴 조각이
상호 결합되어, 3차원 옷감을 이루며 상기 실린더의 표면에 밀착되는 초기시뮬레이션단계; 및 상기 실린더의 변
화에 따라 상기 옷감에 작용하는 의복압이 계산되어 출력되는 의복압 계산단계; 를 포함하는 것을 특징으로
한다..
본 발명에 의하면, 옷감의 의복압을 측정하기 위한 물리적인 실험을 본 발명의 옷감 시뮬레이터로 대체함
으로써 시간과 노력, 그리고 비용을 최소화할 수 있으며, 의복압 분포를 고려한 패턴 설계를 돕는 보다 정교한
어플리케이션을 개발하여 움직이는 마네킹이나 다양한 자세에서 압력 측정을 위한 어플리케이션을 개발할 수 있
는 효과가 있다.
대 표 도 - 도2
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등록특허 10-0910589
(72) 발명자
김시조
경북 안동시 송천동 388 안동대학교 공과대학
코디에 프레데릭
대전시 유성구 구성동 373-1 KAIST 문화기술대학원
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등록특허 10-0910589
특허청구의 범위
청구항 1
옷감의 의복압을 측정하기 위한 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법에 있어서,
의복압을 측정하기 위한 물리적인 옷감의 기계적인 파라미터(parameter)가 물리적인 실험을 통하여 획득되는 파
라미터 획득단계(S1);
상기 물리적인 옷감의 기계적인 파라미터가 옷감 시뮬레이터로 입력되는 옷감데이터 입력단계(S2);
상기 옷감데이터가 물리적인 옷감에 대응하도록 시뮬레이터 상에서 옷감 패턴이 생성되고 원형 텍스쳐가 맵핑되
는 옷감 패턴 형성단계(S3);
상기 옷감 패턴이 부분적인 크기의 조각으로 나뉜 뒤 원통형상의 실린더 주위에 가까이 배치되는 시뮬레이션 준
비단계(S4);
상기 옷감 패턴 조각이 상호 결합되어, 3차원 옷감을 이루며 상기 실린더의 표면에 밀착되는 초기시뮬레이션단
계(S5); 및
상기 실린더의 변화에 따라 상기 옷감에 작용하는 의복압이 계산되어 출력되는 의복압 계산단계(S6); 를 포함하
는 것을 특징으로 하는 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이션 준비단계(S4)는 옷감 패턴이 딜러니삼각화(Delaunay Triangulation)를 통해 삼각 메시
(mesh)로 변환되는 딜러니 삼각화단계(S3-1); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복
압 측정방법.
청구항 3
제 2 항에 있어서,
상기 초기시뮬레이션단계(S5)는 시뮬레이션 과정의 초기에 시스템이 발산(divergence)하는 것을 방지하고, 신속
하게 안정된 상태에 도달되도록 속도를 무시하는 준정적(quasi-static)상태로 유지되는 시뮬레이션 안정화단계
(S4-1); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법.
청구항 4
제 3 항에 있어서,
상기 의복압 계산단계(S6)는 삼각 메시를 구성하는 각 정점에 작용하는 힘들이 모두 합산되어 그 점에서
의 법선벡터와 일치하는 방향 성분만이 추출된 후, 이를 해당 정점을 둘러싼 다각형의 넓이로 나눠 의복압이 계
산되는 것을 특징으로 하는 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법.
청구항 5
제 1 항에 있어서,
상기 의복압 계산단계(S6)에서 출력된 의복압이 물리적인 측정값 및 이론적인 예측값과 비교되는 의복압 검증단
계(S7); 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법.
청구항 6
제 5 항에 있어서,
상기 의복압 검증단계(S7)는 옷감을 긴 실린더형상의 박판튜브(Long Thin walled)로 모델링하여 반경을
변화시킨 후, 변형 전의 옷감의 반경이 변형 후의 반경으로 되기 위해 필요한 내부압력을 계산하여 상기 의복압
계산단계(S6)에서 출력된 의복압과 비교되는 것을 특징으로 하는 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법.
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등록특허 10-0910589
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옷감 데이터를 시뮬레이<1>
터상에서 실린더를 감싸도록 패턴으로 변환하여 실린더의 직경변화에 따라 변화하는 압력을 측정하는 옷감 시뮬
레이터를 이용한 의복압 측정방법에 관한 것이다.
배 경 기 술
의복압이란 의복을 착용했을 때 몸에 가해지는 압력으로 의복 디자인, 의복 착용 방법, 의복 제작 시 사<2>
용한 소재, 의복 착용자의 자세 및 신체적 특성 등에 따라 그 크기가 다르게 나타난다. 적절한 의복압은 인체를
보호하고 운동 효율성을 높이며 심미성을 향상시키는데 유리한 역할을 한다. 특히, 의복 중에서 충격손상으로부
터 엉덩이, 무릎, 팔꿈치, 어깨 등을 보호하는 보호구(protector), 관절염 치료를 도화주는 압력 장갑, 부종 완
화 스타킹, 화상 환자 치료 등 특수한 기능을 요하는 의복들은 그 목적에 알맞은 적절한 의복압을 가지도록 설
계되어야만 효과적으로 그 역할을 수행할 수 있다. 또한 사이클복, 인라인 스케이트복, 수영복, 전문 등산복 등
의 스포츠 의복과, 체형보정을 위한 화운데이션(foundation)류도 의복 내 각 부위의 압력 분포를 이용함으로써
의복의 기능을 배가시킬 수 있게 된다.
따라서, 의복압은 특수 목적에 따라 없어서는 안되는 필수불가결한 요소라 할 수 있으며 의복 각각의 목<3>
적에 따라 압박감의 정도를 조절하는 것이 그 의복의 기능성에 큰 영향을 미치게 된다. 필요에 따라 인체 각 부
분에 적절한 의복압 분포를 갖도록 제작하기 위해서는 일반적으로 밀착의(密着衣; fitted clothing)형태로 구성
하며 이를 위해 주로 신축성 소재가 사용되고 있다. 신축성 소재는 압력을 부여하면서 보다 편안하고 쾌적한 의
복이 되도록 하는데 유리하다.
최근 화학섬유업계에서는 다양한 고품질의 신축성 소재를 출시하고 있다. 예를 들면 뛰어난 세팅<4>
(setting)성과 형태안전성, 빠른 땀 흡수와 신속한 건조, 발수-발유성, 소프트(soft)한 촉감, 항균 기능 등이
보유된 신소재가 개발되고 있는 데 이러한 다양한 신축성 소재가 등장함에 따라 의복 제작 후 원하는 압력이 되
었는지를 판단하기 위한 관련 연구의 필요성이 더욱 증대되고 있는 실정이다.
종래 의복압의 측정방법은 첫째, 의복을 착용한 신체에 직접 압력센서 장치를 부착하여 측정하는 방식<5>
이고, 둘째, 의복과 그 의복 안의 피부 표면이 변형되는 것을 관측하는 방법이다. 최근에 사용되고 있는 에어
센서들이 좋은 성능을 보이고는 있으나 가격이 비싸고, 착용자와의 직접 접촉을 필요로 하는 문제점이 있다.
Kirt 와 Ibrahim [Kirt and Ibrahim 1996]이 처음 제안한 비접촉 방식은 그 논문을 작성할 당시 옷감 표면상에
찍힌 패턴을 체계적으로 관측하는 기술이 없었기 때문에 실험에 제약이 있었다.
근래에 복잡한 형태의 의복을 처리하는 동시에 기계적인 정밀도를 제공할 수 있는 의복 시뮬레이터들이<6>
점차 현실화되고 있기 때문에 의복 산업 분야에서 의복의 프로토타이핑이나[Volino and Magnenat-Thalmann
2005], 의복 소매를 위한[Cordier et al. 2003] 의복 시뮬레이터에 대한 관심사가 증대되고 있다. 오늘날 의복
의 프로토타이핑을 위해 사용되는 소프트웨어들은 정확한 드래이핑(Draping) 시뮬레이션에 초점을 맞추고 있어,
충돌검사와 같은 단지 기본적인 인체-의복 인터액션만이 지원된다. 앞에서도 언급했듯이, 의복압은 특히 기능복
에 대해 중요하다. 그러나 이 문제에 대해 현재까지 수행된 연구는 매우 미미하다. 최근에 Volino 와 Magnenat-
Thalmann 은 그들의 기계적인 모델의 정확도를 검증하기 위한 과정의 하나로 가상 인장력 테스트에 대해 보고한
바 있다[Volino and Magnenat-Thalmann 2005]. 위 연구는 의복 시뮬레이션에 대해 상당히 의미 있는 성과를 보
고하고 있지만, 인체를 고려하지 않고 옷감만을 대상으로 한 테스트로서 충분하지 않은 문제점이 있었다.
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 옷감의 물<7>
리적인 파라미터를 시뮬레이터에서 옷감 패턴으로 변환한 후 시뮬레이션을 수행하여 의복압을 측정하는 옷감 시
뮬레이터를 개발하는데 있으며, 나아가 의복압 분포를 고려한 패턴 설계를 돕는 보다 정교한 어플리케이션을 개
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등록특허 10-0910589
발하는데 있다.
과제 해결수단
본 발명의 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정방법에 있어서, 의복압을 측정하기 위한 물리적인 옷감의 기계<8>
적인 파라미터(parameter)가 물리적인 실험을 통하여 획득되는 파라미터 획득단계(S1); 상기 물리적인 옷감의
기계적인 파라미터가 옷감 시뮬레이터로 입력되는 옷감데이터 입력단계(S2); 상기 옷감데이터가 물리적인 옷감
에 대응하도록 시뮬레이터 상에서 옷감 패턴이 생성되고, 원형 텍스쳐가 맵핑되는 옷감 패턴 형성단계(S3); 상
기 옷감 패턴이 부분적인 크기의 조각으로 나뉜 뒤 원통형상의 실린더 주위에 가까이 배치되는 시뮬레이션 준비
단계(S4); 상기 옷감 패턴 조각이 상호 결합되어, 3차원 옷감을 이루며 상기 실린더의 표면에 밀착되는 초기시
뮬레이션단계(S5); 및 상기 실린더의 변화에 따라 상기 옷감에 작용하는 의복압이 계산되어 출력되는 의복압 계
산단계(S6); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시뮬레이션 준비단계(S4)는 옷감 패턴이 딜러니삼각화(Delaunay Triangulation)를 통해 삼각 메시<9>
(mesh)로 변환되는 딜러니 삼각화단계(S3-1); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 초기시뮬레이션단계(S5)는 시뮬레이션 과정의 초기에 시스템이 발산(divergence)하는 것을 방지하고, 신속<10>
하게 안정된 상태에 도달되도록 속도를 무시하는 준정적(quasi-static)상태로 유지되는 시뮬레이션 안정화단계
(S4-1); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 의복압 계산단계(S6)는 삼각 메시를 구성하는 각 정점에 작용하는 힘들이 모두 합산되어 그 점에서<11>
의 법선벡터와 일치하는 방향 성분만이 추출된 후, 이를 해당 정점을 둘러싼 다각형의 넓이로 나눠 의복압이 계
산되는 것을 특징으로 한다,
상기 의복압 계산단계(S6)에서 출력된 의복압이 물리적인 측정값 및 이론적인 예측값과 비교되는 의복압 검증단<12>
계(S7); 가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 의복압 검증단계(S7)는 옷감을 긴 실린더형상의 박판튜브(Long Thin walled)로 모델링하여 반경을<13>
변화시킨 후, 변형 전의 옷감의 반경이 변형 후의 반경으로 되기 위해 필요한 내부압력을 계산하여 상기 의복압
계산단계(S6)에서 출력된 의복압과 비교되는 것을 특징으로 한다.
효 과
본 발명에 의하면, 옷감의 의복압을 측정하기 위한 물리적인 실험을 본 발명의 옷감 시뮬레이터로 대체<14>
함으로써 시간과 노력, 그리고 비용을 최소화할 수 있으며, 의복압 분포를 고려한 패턴 설계를 돕는 보다 정교
한 어플리케이션을 개발하여 움직이는 마네킹이나 다양한 자세에서 압력 측정을 위한 어플리케이션을 개발할
수 있는 효과가 있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 이론적 배경과 구성을 상세히 설명한다.<15>
본 발명에서 사용한 의복 시뮬레이터는 mass-spring 시스템[Volino 와 Magnenat-Thalmann 2000]에 기반을 두고<16>
있다. mass-spring 시스템에서 옷감은 스프링들과 상호 연결된 점질량(정점)들로 구성된 얇은 표면으로 근사화
되며, 평면 내 탄성력이나 곡률 탄성력과 같은 기계적 행동을 모델링할 때에는 다양한 타입의 스프링들이 사용
된다. 복곡면 탄성력을 시뮬레이션하기 위해 각 삼각형에 대응하는 세 개의 입자들 사이의 동시 상호 작용을 정
확하게 모델링함으로써 강신도(strain-stress) 관계가 합쳐지게 된다. 곡률 탄성력은 인접 삼각형들 사이의 모
든 에지들에 위치한 앵귤러(angular) 스프링들로 계산되고, 이 기계적 모델은 대각 스프링과 립프로그
(leapfrog) 스프링을 가진 일정간격의 격자에 기반한 질량-용수철(mass-spring) 시스템보다 훨씬 정확한 것으로
여겨지며, 더욱이 이 모델은 일정 간격의 격자를 요구하는 것이 아니라 임의의 삼각 메시(mesh)가 허용된다. 본
발명에서는 통합을 위해, 시뮬레이션 타임 스텝이 충분히 작은 경우, 매우 정확한 결과를 얻을 수 있는 4차
Runge-Kutta 방법을 사용하였다.
도 2는 하나의 점질량에 적용되는 압력을 나타낸 것으로, 매 시뮬레이션 루프에서 각 점질량에 대한 압력<17>
계산이 이루어진다. 정점 v에 걸리는 압력(단위면적 당 걸리는 힘)을 측정하기 위해서, 점 v의 법선 벡터의 방
향을 따라 모든 힘들을 더한 후( ), v에 인접한 모든 삼각형들의 넓이의 합으로 나누었다.
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등록특허 10-0910589
Kirk와 Ibrahim은 직물의 구부러짐과 그것에 가해지는 응력(stress) 사이에 밀접한 관계가 있다는 점에 주<18>
목했다. 얇은 구 표면에 작용하는 압력은 다음과 같다.
(1)<19>
여기에서 P는 압력(gf/cm
2
), σ는 단위면적 당 인장력(또는 인장력)(gf/cm
2
), t는 얇은 구면의 두께(cm),<20>
r은 구의 반지름(cm) 이다. 이 예측식은 인체와 같이 복잡하지만 국부적으로는 타원체인 표면에 대해서도 사용
할 수 있도록 수정될 수 있다. 즉, 식(1)에서 정의된 의복압을 수직, 수평 방향으로 나눌 수 있다.
(2)<21>
여기에서 σ는 인장력(gf/cm
2
), r은 곡면의 반지름(cm), H와 V는 각각 수평, 수직 방향을 나타낸다.<22>
Lee[Lee 2005]는 위 식을 수정하여 두 직교 방향의 응력 대신 주응력(principal stress)과 주방향(principal
direction)을 사용하였다. 즉, 인장력과 곡률 반경들을 최대 및 최소 주방향을 따라 측정하였다.
(3)<23>
외부 힘에 의해 변형이 일어나는 어떤 물체가 있다고 간주하면, 주방향은 그 물체가 힘을 받아 변형을 일<24>
으키고 그 힘과 변형이 평형을 이루었을 때 최대 및 최소의 수직 응력이 나타나는 방향을 의미한다. 도 3에 도
시된 바와 같이, 주방향들은 서로 수직이 아닐 수도 있다.
본 발명의 첫 번째 실험은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 간단한 실린더를 옷감으로 감싸 이루어진다.<25>
실린더가 선택된 주된 이유는 실제 물체와 시뮬레이션 설정 모두 동일한 실험을 수행할 수 있도록 형체가 간단
하며, 또한 실린더에 대해서는 이론적인 계산으로 해를 검증하는 것도 가능하기 때문이다. 중력의 영향을 무시
한다면, 실린더 표면의 의복압은 균일하다고 기대할 수 있으며, 옷감의 크기와 실린더의 반지름은 다양하게 변
화시킬 수 있다.
본 발명에서는 에어팩 타입의 압력 센서를 사용하여 실린더의 여러 위치에서 압력을 측정하였다. 압력 센<26>
서의 사양은 표 1에 요약되어 있다.
<표 1><27>
<28>
옷감에는 양 끝을 꿰매어 잇기 전에 바깥쪽 반지름이 2cm 인 원모양의 텍스쳐를 인쇄하였고, 각 원들을 도<29>
4에 도시된 바와 같이, 직교하는 두 선을 따라 나열하고, 실린더의 축 방향으로 텍스쳐 라인 한 줄이 정렬되도
록 실린더에 옷감을 씌운 후, 11개의 각 텍스쳐 중심부분에서 의복압을 측정하였다. 본 발명에서는 두 개의 다
른 크기의 옷감(큰 옷감은 '4_5T', 작은 옷감은 'T'라고 칭함)을 사용하였고, 각 옷감에 대해 다른 변형량
(strain)을 적용하기 위해 반지름이 다른 실린더를 대상으로 반복실험하였다. 이와 같은 각 실험을 시뮬레이션
환경에서 같은 방식으로 재구성하였다. 압력값은 앞에서 기술한 방법을 사용하여 계산하였고, 의복압은 실린더
반지름이 증가함에 따라, 그리고 옷감의 크기가 축소함에 따라 증가한다고 가정하였다.
도 15는 본 발명의 옷감 시뮬레이터를 이용한 의복압 측정 및 검증방법을 나타낸 순서도로, 의복압을<30>
측정하기 위한 물리적인 옷감의 기계적인 파라미터(parameter)가 물리적인 실험을 통하여 획득되는 파라미터
획득단계(S1); 상기 물리적인 옷감의 기계적인 파라미터가 옷감 시뮬레이터로 입력되는 옷감데이터 입력단계
(S2); 상기 옷감데이터가 물리적인 옷감에 대응하도록 시뮬레이터 상에서 옷감 패턴을 생성하고, 원형 텍스쳐가
맵핑되는 옷감 패턴 형성단계(S3); 상기 옷감 패턴이 부분적인 크기의 조각으로 나뉜 뒤 원통형상의 실린더 주
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등록특허 10-0910589
위에 가까이 배치되는 시뮬레이션 준비단계(S4); 상기 옷감 패턴 조각이 상호 결합되어, 3차원 옷감을 이루며
상기 실린더의 표면에 밀착되는 초기시뮬레이션단계(S5); 및 상기 실린더의 변화에 따라 상기 옷감에 작용하는
의복압이 계산되어 출력되는 의복압 계산단계(S6); 로 이루어진다.
상기 시뮬레이션 준비단계(S4)는 옷감 패턴이 딜러니삼각화(Delaunay Triangulation)를 통해 삼각 메시<31>
(mesh)로 변환되는 딜러니 삼각화단계(S3-1); 를 포함하며, 상기 초기시뮬레이션단계(S5)는 시뮬레이션 과정의
초기에 시스템이 발산(divergence)하는 것을 방지하고, 신속하게 안정된 상태에 도달되도록 속도를 무시하는 준
정적(quasi-static)상태로 유지되는 시뮬레이션 안정화단계(S4-1); 를 포함하고, 상기 의복압 계산단계(S6)에서
삼각 메시를 구성하는 각 정점에 작용하는 힘들이 모두 합산되어 그 점에서의 법선벡터와 일치하는 방향 성분만
이 추출된 후, 이를 해당 정점을 둘러싼 다각형의 넓이로 나눠 의복압이 계산된다.
상기의 시뮬레이션 과정에 대해 자세히 설명하면, 의복 시뮬레이터는 사용자가 시뮬레이션에 필요한 기<32>
계적인 파라미터들을 입력하도록 요구하며, 본 발명의 경우 일련의 물리적인 실험을 통해 파라미터들을 획득하
였다. [Ziegert and Keil 1988]에서 제안한 modified ASTM D2594를 이용하여 옷감의 기계적(mechanical) 특성
을 측정하였고, 옷감의 치수도 신중히 재현하였다. 직물의 인장력과 탄성계수(Young's modulus)는 인장시험기
(R

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