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

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想象一下，當(dāng)你轉(zhuǎn)動(dòng)生日卡并從不同角度觀看時(shí)，生日卡會(huì)在生日蛋糕和鮮花的圖像之間閃動(dòng)。毫無(wú)疑問(wèn)，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(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，用于創(chuàng)建三維物體，當(dāng)從不同角度看時(shí)，其外觀會(huì)發(fā)生變化。同一團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一個(gè)可在網(wǎng)上免費(fèi)使用的編輯工具，可以讓任何人設(shè)計(jì)和建造這樣的3D物體，所有這些都是通過(guò)3D打印完成的。

"麻省理工學(xué)院電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系（EECS）的研究生Yunyi Zhu說(shuō)："我們的工作開(kāi)辟了物理對(duì)象可以是什么的想法。"這是一個(gè)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(dòng)態(tài)物體。Zhu說(shuō)："我們解決了外觀問(wèn)題，這是可重復(fù)編程物體概念的一個(gè)維度，"他是10月份在2021年計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)用戶界面軟件和技術(shù)研討會(huì)上發(fā)表的關(guān)于這項(xiàng)工作的論文的第一作者之一。

Stefanie Mueller是這項(xiàng)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(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)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(wèn)助理教授Axel Kilian。

"這項(xiàng)令人興奮的研究從根本上改變了未來(lái)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的面貌。作為一名交互設(shè)計(jì)師，可以想象未來(lái)的日常實(shí)物如何根據(jù)觀察角度而有成千上萬(wàn)的不同外觀（顏色和圖案）。"麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的博士后、芝加哥大學(xué)的新任助理教授Ken Nakagaki說(shuō)："我可以想到很多應(yīng)用，從令人著迷的時(shí)裝設(shè)計(jì)到根據(jù)不同視角傳達(dá)不同詩(shī)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的大約六個(gè)透鏡可以穿過(guò)一角錢(qián)面積的表面。被稱為透鏡，每個(gè)透鏡都覆蓋著一個(gè)微小的彩色圖像點(diǎn)的圖案。由于透鏡的放大作用，它只顯示其中一個(gè)彩色圖像點(diǎn)的顏色，這只是透鏡下整個(gè)區(qū)域的一小部分。觀看者看到的哪個(gè)放大的斑點(diǎn)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(gè)鏡頭一起"形成一個(gè)光柵顯示，并共同顯示一個(gè)取決于視角的圖像"。

麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)的編輯工具將所需的3D模型或物體以及設(shè)計(jì)者想要從一個(gè)變形到另一個(gè)的圖像作為輸入。然后，它計(jì)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(jì)師可以在向3D打印機(jī)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(lái)的。

一個(gè)壺鈴可以引導(dǎo)用戶在運(yùn)動(dòng)時(shí)保持正確的位置。它是使用麻省理工學(xué)院開(kāi)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(tuán)隊(duì)繼續(xù)創(chuàng)建了四個(gè)3D物體的例子，其圖像根據(jù)觀看者的視角而改變。這個(gè)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(duì)象，每一個(gè)都印有成千上萬(wàn)的鏡片，其中包括：

一個(gè)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(huì)出現(xiàn)一個(gè)朝上的箭頭；如果太高，一個(gè)朝下的箭頭會(huì)取代它。正確的位置會(huì)用一個(gè)復(fù)選標(biāo)記表示。

一個(gè)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(wèn)候語(yǔ)。

一個(gè)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(lì)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(xiàng)工作涉及的主要挑戰(zhàn)是確定每個(gè)鏡頭尺寸的"甜蜜點(diǎn)"，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(huì)更差。Zhu和同事最終發(fā)現(xiàn)，一個(gè)直徑為三毫米的透鏡"適合大多數(shù)需求"。

該團(tuán)隊(duì)還測(cè)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(guò)繪畫(huà)清漆處理，結(jié)果最為理想。

該項(xiàng)目從概念到創(chuàng)造示范對(duì)象大約花了兩年時(shí)間。