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給三維物體穿“彩衣” 新型印刷術讓3D打印活起來
作者:未知    來源:中國新聞網     日期:2015-06-23

  

  最近,一段“酷炫”的網絡視頻火了:一個剛剛3D打印出的白色獵豹模型,緩緩浸入飄著彩色薄膜的水池,當它再次浮出水面,身上竟“長”出色彩逼真的皮毛、眼睛、耳朵、尾巴。如今,視頻的網絡點擊量已經超過50萬次,“圍觀”的科技媒體紛紛“點贊”,稱這是一項“瘋狂的”、“不可思議的”發明。

  這個奇幻的發明出自浙江大學計算機輔助設計與圖形學國家重點實驗室。據介紹,視頻中展示的是一種新型印刷術——點對點“瞄準”三維物體精確上色。

  給三維物體穿“彩衣”

  主持該項研究的浙江大學周昆教授說,面向個性化定制的3D打印,在花紋、顏色實現方面始終“個性”不起來。盡管一些工業級3D打印機能夠支持彩色打印,但設備價格昂貴,打印成本高、速度慢,而且只限于極少的材料。

  與美國哥倫比亞大學的一項合作課題中,周昆教授主持的團隊對傳統水轉印技術進行了革新,提出了全新的計算水轉印刷技術,解決了為三維物體進行精確上色的難題。

  “水轉印是當前在工業上被廣泛應用的曲面上色技術,但只能用于對精確性沒有要求的上色任務。我們通過計算機圖形學和計算機視覺技術,讓水轉印能夠‘瞄準’,為三維物體穿上任意設計的彩色‘外衣’。”周昆說。

  這一技術的核心是通過計算機將三維設計稿“降維”成一個二維的“展開圖”。為此,課題組在國際上首次對水轉印過程中水轉印薄膜的形變進行了物理建模,從而得到三維設計圖與膜上的每一個點的映射關系。在這一理論基礎上,課題組開發出一套用于實際著色的自動原理樣機。

  精確計算完美“貼膜”

  課題組成員、博士生張譯中對打印全程做了演示:設計師在電腦上完成一張人臉的3D紋樣設計后,課題組開發的軟件會快速計算生成一個二維“展開圖”。之后,噴墨打印機打出一張印有“展開圖”的水轉印薄膜。將薄膜放在靜止的水面上,將需要上色的人臉模型浸入水中,神奇的現象發生了:薄膜逐漸包裹住了人臉模型,顏料完美附著、絲毫不差。

  “這是一種完美精確的自動‘貼膜’。”周昆說,對于更為復雜的物體,課題組還設計了多次上色方法,保證物體表面上每一處都被著色,避免疊色現象。

  浙大機械與工程學院賀永副教授認為,3D“造物”,必須同時解決好“形”與“色”的問題。有了顏色和紋理,它的表現力才會增強,這項發明的重大價值就是解決了圖像的精準對應。

  各種材料一概“通吃”

  斑馬、茶杯、汽車、地球儀……在實驗室,記者看到了許多經計算羽毛球冠军唐国平技術上色的3D模型。據了解,這項計算水轉印技術的適用材料范圍極廣:金屬、塑料、木頭、陶瓷、橡膠等一概“通吃”。

  雖說這項發明的出發點是解決3D打印“黯然無色”的難題 ,但它的應用范圍實際上超越了3D打印的范疇,可以面向任意的三維物體,即使不是3D打印出來的。

 

  據悉,這項研究成果的相關論文已被國際計算機圖形學界的頂級會議錄用。周昆認為,有了這種從虛擬世界到物理世界的對應關系,未來的技術開發將有更大的想象空間。“著色,也許只是其中的一項應用。”