MIT研究人員發(fā)明可根據(jù)視角改變其外觀的3D打印物體

來源：cnbtea

想象一下，當(dāng)你轉(zhuǎn)動生日卡并從不同角度觀看時，生日卡會在生日蛋糕和鮮花的圖像之間閃動。毫無疑問，你可以想到其他例子，例如廣告中的這種變形圖像。然而，直到現(xiàn)在，這種效果還只限于平面。

麻省理工學(xué)院研究人員首次開發(fā)了一個系統(tǒng)，用于創(chuàng)建三維物體，當(dāng)從不同角度看時，其外觀會發(fā)生變化。同一團隊還開發(fā)了一個可在網(wǎng)上免費使用的編輯工具，可以讓任何人設(shè)計和建造這樣的3D物體，所有這些都是通過3D打印完成的。

"麻省理工學(xué)院電子工程和計算機科學(xué)系（EECS）的研究生Yunyi Zhu說："我們的工作開辟了物理對象可以是什么的想法。"這是一個更大的愿景的一部分，即制造能夠改變其外觀、顏色模式和形狀的動態(tài)物體。Zhu說："我們解決了外觀問題，這是可重復(fù)編程物體概念的一個維度，"他是10月份在2021年計算機協(xié)會用戶界面軟件和技術(shù)研討會上發(fā)表的關(guān)于這項工作的論文的第一作者之一。

Stefanie Mueller是這項工作的領(lǐng)導(dǎo)者，是EECS的助理教授，也是該論文的作者。穆勒也隸屬于麻省理工學(xué)院的計算機科學(xué)和人工智能實驗室。

該論文的其他共同第一作者是Jani Zeng（麻省理工學(xué)院的研究生，已畢業(yè)）和Honghao Deng（哈佛大學(xué)的研究生，已畢業(yè)）。除了朱、曾、鄧和穆勒之外，其他作者還有EECS的博士后助理Michael Wessely和建筑系的訪問助理教授Axel Kilian。

"這項令人興奮的研究從根本上改變了未來產(chǎn)品設(shè)計的面貌。作為一名交互設(shè)計師，可以想象未來的日常實物如何根據(jù)觀察角度而有成千上萬的不同外觀（顏色和圖案）。"麻省理工學(xué)院媒體實驗室的博士后、芝加哥大學(xué)的新任助理教授Ken Nakagaki說："我可以想到很多應(yīng)用，從令人著迷的時裝設(shè)計到根據(jù)不同視角傳達(dá)不同詩意敘事的美學(xué)雕塑。"

平面卡片上不斷變化的圖像，以及現(xiàn)在的3D物體，都得益于印在卡片或物體上的許多微小鏡片。麻省理工學(xué)院團隊創(chuàng)造的大約六個透鏡可以穿過一角錢面積的表面。被稱為透鏡，每個透鏡都覆蓋著一個微小的彩色圖像點的圖案。由于透鏡的放大作用，它只顯示其中一個彩色圖像點的顏色，這只是透鏡下整個區(qū)域的一小部分。觀看者看到的哪個放大的斑點取決于觀看者的視角和從該視角"照射到鏡頭的不同入射角度"。多個鏡頭一起"形成一個光柵顯示，并共同顯示一個取決于視角的圖像"。

麻省理工學(xué)院團隊的編輯工具將所需的3D模型或物體以及設(shè)計者想要從一個變形到另一個的圖像作為輸入。然后，它計算出鏡頭的位置和物體表面的顏色模式，產(chǎn)生所需的效果。然后，設(shè)計師可以在向3D打印機發(fā)送"指令"之前預(yù)覽所產(chǎn)生的物體，在那里，物體、顏色模式和鏡片都是一次性打印出來的。

一個壺鈴可以引導(dǎo)用戶在運動時保持正確的位置。它是使用麻省理工學(xué)院開發(fā)的工具制作的，該工具允許三維物體從不同的視角改變其外觀。

該團隊繼續(xù)創(chuàng)建了四個3D物體的例子，其圖像根據(jù)觀看者的視角而改變。這個想法是為了展示創(chuàng)建具有不同幾何形狀、不同圖像復(fù)雜性和不同數(shù)量變形圖像的物體的能力。示范對象，每一個都印有成千上萬的鏡片，其中包括：

一個用于鍛煉的壺鈴，可以向用戶指示他們是否正確握住了設(shè)備。如果設(shè)備太低，會出現(xiàn)一個朝上的箭頭；如果太高，一個朝下的箭頭會取代它。正確的位置會用一個復(fù)選標(biāo)記表示。

一個床頭燈罩，根據(jù)人是在床上坐著（白天好）還是躺著（晚上好）而顯示不同的問候語。

一個耳塞盒，根據(jù)用戶的操作方式，在幾種彩色條紋之間閃爍。

一只印有激勵文字信息的鞋子，只有鞋主自己能看到（旁觀者或站在附近的人看不到該信息）。

這項工作涉及的主要挑戰(zhàn)是確定每個鏡頭尺寸的"甜蜜點"，鏡頭越小，分辨率就越高。但是較小的透鏡也有更多的缺陷，所以制造質(zhì)量會更差。Zhu和同事最終發(fā)現(xiàn)，一個直徑為三毫米的透鏡"適合大多數(shù)需求"。

該團隊還測試了其他參數(shù)，包括鏡片的方向（例如，朝上或朝下打?。┖透鞣N鏡片的后期處理技術(shù)。鏡片朝上并經(jīng)過繪畫清漆處理，結(jié)果最為理想。

該項目從概念到創(chuàng)造示范對象大約花了兩年時間。