MIT研究人员发明可根据视角改变其外观的3D打印物体

想象一下，当你转动生日卡并从不同角度观看时，生日卡会在生日蛋糕和鲜花的图像之间闪动。毫无疑问，你可以想到其他例子，例如广告中的这种变形图像。然而，直到现在，这种效果还只限于平面。

麻省理工学院研究人员首次开发了一个系统，用于创建三维物体，当从不同角度看时，其外观会发生变化。同一团队还开发了一个可在网上免费使用的编辑工具，可以让任何人设计和建造这样的3D物体，所有这些都是通过3D打印完成的。

"麻省理工学院电子工程和计算机科学系（EECS）的研究生Yunyi Zhu说："我们的工作开辟了物理对象可以是什么的想法。"这是一个更大的愿景的一部分，即制造能够改变其外观、颜色模式和形状的动态物体。Zhu说："我们解决了外观问题，这是可重复编程物体概念的一个维度，"他是10月份在2021年计算机协会用户界面软件和技术研讨会上发表的关于这项工作的论文的第一作者之一。

Stefanie Mueller是这项工作的领导者，是EECS的助理教授，也是该论文的作者。穆勒也隶属于麻省理工学院的计算机科学和人工智能实验室。

该论文的其他共同第一作者是Jani Zeng（麻省理工学院的研究生，已毕业）和Honghao Deng（哈佛大学的研究生，已毕业）。除了朱、曾、邓和穆勒之外，其他作者还有EECS的博士后助理Michael Wessely和建筑系的访问助理教授Axel Kilian。

"这项令人兴奋的研究从根本上改变了未来产品设计的面貌。作为一名交互设计师，可以想象未来的日常实物如何根据观察角度而有成千上万的不同外观（颜色和图案）。"麻省理工学院媒体实验室的博士后、芝加哥大学的新任助理教授Ken Nakagaki说："我可以想到很多应用，从令人着迷的时装设计到根据不同视角传达不同诗意叙事的美学雕塑。"

平面卡片上不断变化的图像，以及现在的3D物体，都得益于印在卡片或物体上的许多微小镜片。麻省理工学院团队创造的大约六个透镜可以穿过一角钱面积的表面。被称为透镜，每个透镜都覆盖着一个微小的彩色图像点的图案。由于透镜的放大作用，它只显示其中一个彩色图像点的颜色，这只是透镜下整个区域的一小部分。观看者看到的哪个放大的斑点取决于观看者的视角和从该视角"照射到镜头的不同入射角度"。多个镜头一起"形成一个光栅显示，并共同显示一个取决于视角的图像"。

麻省理工学院团队的编辑工具将所需的3D模型或物体以及设计者想要从一个变形到另一个的图像作为输入。然后，它计算出镜头的位置和物体表面的颜色模式，产生所需的效果。然后，设计师可以在向3D打印机发送"指令"之前预览所产生的物体，在那里，物体、颜色模式和镜片都是一次性打印出来的。

一个壶铃可以引导用户在运动时保持正确的位置。它是使用麻省理工学院开发的工具制作的，该工具允许三维物体从不同的视角改变其外观。

该团队继续创建了四个3D物体的例子，其图像根据观看者的视角而改变。这个想法是为了展示创建具有不同几何形状、不同图像复杂性和不同数量变形图像的物体的能力。示范对象，每一个都印有成千上万的镜片，其中包括：

一个用于锻炼的壶铃，可以向用户指示他们是否正确握住了设备。如果设备太低，会出现一个朝上的箭头；如果太高，一个朝下的箭头会取代它。正确的位置会用一个复选标记表示。

一个床头灯罩，根据人是在床上坐着（白天好）还是躺着（晚上好）而显示不同的问候语。

一个耳塞盒，根据用户的操作方式，在几种彩色条纹之间闪烁。

一只印有激励文字信息的鞋子，只有鞋主自己能看到（旁观者或站在附近的人看不到该信息）。

这项工作涉及的主要挑战是确定每个镜头尺寸的"甜蜜点"，镜头越小，分辨率就越高。但是较小的透镜也有更多的缺陷，所以制造质量会更差。Zhu和同事最终发现，一个直径为三毫米的透镜"适合大多数需求"。

该团队还测试了其他参数，包括镜片的方向（例如，朝上或朝下打印）和各种镜片的后期处理技术。镜片朝上并经过绘画清漆处理，结果最为理想。

该项目从概念到创造示范对象大约花了两年时间。