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,。

"麻省理工學院電子工程和計算機科學系（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院的計算機科學和人工智能實驗室,。

該論文的其他共同第一作者是Jani Zeng（麻省理工學院的研究生,，已畢業(yè)）和Honghao Deng（哈佛大學的研究生，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)品設計的面貌。作為一名交互設計師,，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）,。"麻省理工學院媒體實驗室的博士后、芝加哥大學的新任助理教授Ken Nakagaki說："我可以想到很多應用,，從令人著迷的時裝設計到根據(jù)不同視角傳達不同詩意敘事的美學雕塑,。"

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",。

麻省理工學院團隊的編輯工具將所需的3D模型或物體以及設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，設計師可以在向3D打印機發(fā)送"指令"之前預覽所產(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,。

一個壺鈴可以引導用戶在運動時保持正確的位置,。它是使用麻省理工學院開發(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備。如果設備太低,，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選標記表示,。

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,，朝上或朝下打印）和各種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,。