3d打印可以復(fù)制一個任意比例的、單色維度的“你”，而一項新技術(shù)則提高了“你”的“色彩分辨率”，甚至連發(fā)梢的燙染色也能區(qū)分。今天，記者從浙江大學(xué)cad&cg(計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué))國家重點實驗室獲悉，在一項與美國哥倫比亞大學(xué)合作的課題中，浙江大學(xué)長江學(xué)者周昆教授主持的課題組對傳統(tǒng)水轉(zhuǎn)印技術(shù)進行了革新，用計算的手段對這項傳統(tǒng)技術(shù)進行了“升級換代”，提出了全新的計算水轉(zhuǎn)印技術(shù)，在國際上首次解決了為三維物體進行精確上色的難題。
3d打印被視為引領(lǐng)工業(yè)4.0的新技術(shù)，近年來雖有較大進展，但要打印生產(chǎn)出具有復(fù)雜圖案、有個性化特征的全彩色三維物體仍然相當(dāng)困難。盡管目前一些工業(yè)級3d打印機能夠支持彩色打印，但設(shè)備價格非常昂貴，打印成本高，速度慢，且只限于塑料和石膏等極少的材料。“我們希望能通過計算的手段，去解決三維打印生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的瓶頸問題。讓原來很困難的事情變得簡單。”周昆教授說。
簡單地說，這是一種新型印刷術(shù)—點對點“瞄準”三維物體精確上色。據(jù)了解，當(dāng)前在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用的曲面上色方式為水轉(zhuǎn)印技術(shù)，但只能用于對精確性沒有要求的上色任務(wù)，比如迷彩、大理石等紋理。課題組通過計算機圖形學(xué)和計算機視覺技術(shù)，讓水轉(zhuǎn)印能夠“瞄準”，為三維物體穿上任意設(shè)計的彩色“外衣”。同時，這項計算水轉(zhuǎn)印技術(shù)的適用材料范圍極廣：金屬、塑料、木頭、陶瓷、橡膠可以“通吃”。
怎么實現(xiàn)?一個核心的科學(xué)問題是，需要計算機將三維設(shè)計“降維”成一個二維的“展開圖”。課題組在國際上第一次對水轉(zhuǎn)印過程中水轉(zhuǎn)印薄膜的形變進行了物理建模，這個物理模型可以精確模擬計算水轉(zhuǎn)印膜的形變，從而得到三維設(shè)計圖與膜上的每一個點的映射關(guān)系。在這一理論基礎(chǔ)上，課題組開發(fā)出一套用于實際著色的自動原理樣機。
課題組成員，博士研究生張譯中向我們演示了整個過程：設(shè)計師在電腦上完成一張人臉的3d紋樣設(shè)計后，課題組開發(fā)的軟件通過快速計算生成一個二維“展開圖”。之后，普通噴墨打印機就打印出一張印有“展開圖”的水轉(zhuǎn)印薄膜，這種水轉(zhuǎn)印薄膜的造價低，也很常見。將薄膜放在靜止的水面上，將需要上色的人臉模型緩緩浸入水中，神奇的現(xiàn)象發(fā)生了：薄膜靈巧地逐漸包裹住了人臉模型，沒有一處發(fā)生皺裂。顏料完美附著，每一個圖案細節(jié)都和設(shè)計圖一一對應(yīng)，絲毫不差，就像是一次完美精確的自動“貼膜”。整個過程用時不超過10分鐘。對于更為復(fù)雜的物體，課題組還設(shè)計了巧妙的多次上色方法來保證物體表面的每一處都被著色，同時不會發(fā)生疊色現(xiàn)象。
據(jù)了解，這項研究成果的相關(guān)論文已被國際計算機圖形學(xué)界的頂級會議acm siggraph錄用，8月初課題組將赴美國洛杉磯作大會論文報告。該會議每年只錄用100余篇來自世界各國的論文，這些論文代表了計算機圖形學(xué)和交互技術(shù)的最前沿和最高水平成果。今年，浙江大學(xué)有4篇論文被該會議錄用。
相關(guān)視頻在youtube上線后，立刻引起美國《連線》雜志、《每日科學(xué)》等國際權(quán)威專業(yè)媒體的報道，僅一個月點擊量已超過50萬次。三維打印機廠商、摩托車制造商、體育用品制造商等在內(nèi)的多家國際知名企業(yè)上門尋求合作，他們認為通過這項技術(shù)開發(fā)出個性化的、可定制的產(chǎn)品有望贏得更大市場。據(jù)了解，目前這項新技術(shù)已被南京一家陶瓷定制企業(yè)獲得授權(quán)，將小范圍應(yīng)用于定制陶器產(chǎn)品中。
“這將是信息化和工業(yè)化深度融合，實現(xiàn)智能制造的一個范例。” 周昆認為，這項發(fā)明的出發(fā)點是解決3d打印中“黯然失色”的難題 ，但實際上它的應(yīng)用范圍超越了3d打印的范疇，可以面向任意三維物體。“從更深層次說，這項技術(shù)的本質(zhì)，是如何將三維數(shù)字化模型表面上的一個點，精確對應(yīng)到其物理模型表面上的點。”周昆認為，有了這種從虛擬世界到物理世界的對應(yīng)關(guān)系，未來的技術(shù)開發(fā)將有更大的想象空間。


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