浙大发明精准着色术 破解3D打印难题(图)

浙大发明精准着色术 破解3D打印难题(图)

6月18日，浙江大学周昆教授团队研发出计算机“水转印”技术，解决了为三维物体精准上色的难题，可“点对点”瞄准三维物体实现精确上色。这种着色技术可以解决3D彩色打印设备成本高、速度慢、精度低等缺点。图为浙江大学周昆教授团队的博士生张译中在展示精准着色前和着色后的三维头像模型。

3D打印可以复制一个任意比例的、单色维度的“你”，而一项新技术则提高了“你”的“色彩分辨率”，甚至连发梢的烫染色也能区分。今天，记者从浙江大学CAD&CG（计算机辅助设计与图形学）国家重点实验室获悉，在一项与美国哥伦比亚大学合作的课题中，浙江大学长江学者周昆教授主持的课题组对传统水转印技术进行了革新，用计算的手段对这项传统技术进行了“升级换代”，提出了全新的计算水转印技术，在国际上首次解决了为三维物体进行精确上色的难题。

3D打印被视为引领工业4.0的新技术，近年来虽有较大进展，但要打印生产出具有复杂图案、有个性化特征的全彩色三维物体仍然相当困难。尽管目前一些工业级3D打印机能够支持彩色打印，但设备价格非常昂贵，打印成本高，速度慢，且只限于塑料和石膏等极少的材料。“我们希望能通过计算的手段，去解决三维打印生产环节中的瓶颈问题。让原来很困难的事情变得简单。”周昆教授说。

简单地说，这是一种新型印刷术—点对点“瞄准”三维物体精确上色。据了解，当前在工业上被广泛应用的曲面上色方式为水转印技术，但只能用于对精确性没有要求的上色任务，比如迷彩、大理石等纹理。课题组通过计算机图形学和计算机视觉技术，让水转印能够“瞄准”，为三维物体穿上任意设计的彩色“外衣”。同时，这项计算水转印技术的适用材料范围极广：金属、塑料、木头、陶瓷、橡胶可以“通吃”。

怎么实现？一个核心的科学问题是，需要计算机将三维设计“降维”成一个二维的“展开图”。课题组在国际上第一次对水转印过程中水转印薄膜的形变进行了物理建模，这个物理模型可以精确模拟计算水转印膜的形变，从而得到三维设计图与膜上的每一个点的映射关系。在这一理论基础上，课题组开发出一套用于实际着色的自动原理样机。

课题组成员，博士研究生张译中向我们演示了整个过程：设计师在电脑上完成一张人脸的3D纹样设计后，课题组开发的软件通过快速计算生成一个二维“展开图”。之后，普通喷墨打印机就打印出一张印有“展开图”的水转印薄膜，这种水转印薄膜的造价低，也很常见。将薄膜放在静止的水面上，将需要上色的人脸模型缓缓浸入水中，神奇的现象发生了：薄膜灵巧地逐渐包裹住了人脸模型，没有一处发生皱裂。颜料完美附着，每一个图案细节都和设计图一一对应，丝毫不差，就像是一次完美精确的自动“贴膜”。整个过程用时不超过10分钟。对于更为复杂的物体，课题组还设计了巧妙的多次上色方法来保证物体表面的每一处都被着色，同时不会发生叠色现象。

据了解，这项研究成果的相关论文已被国际计算机图形学界的顶级会议ACM SIGGRAPH录用，8月初课题组将赴美国洛杉矶作大会论文报告。该会议每年只录用100余篇来自世界各国的论文，这些论文代表了计算机图形学和交互技术的最前沿和最高水平成果。今年，浙江大学有4篇论文被该会议录用。


相关视频在Youtube上线后，立刻引起美国《连线》杂志、《每日科学》等国际权威专业媒体的报道，仅一个月点击量已超过50万次。三维打印机厂商、摩托车制造商、体育用品制造商等在内的多家国际知名企业上门寻求合作，他们认为通过这项技术开发出个性化的、可定制的产品有望赢得更大市场。据了解，目前这项新技术已被南京一家陶瓷定制企业获得授权，将小范围应用于定制陶器产品中。

“这将是信息化和工业化深度融合，实现智能制造的一个范例。” 周昆认为，这项发明的出发点是解决3D打印中“黯然失色”的难题 ，但实际上它的应用范围超越了3D打印的范畴，可以面向任意三维物体。“从更深层次说，这项技术的本质，是如何将三维数字化模型表面上的一个点，精确对应到其物理模型表面上的点。”周昆认为，有了这种从虚拟世界到物理世界的对应关系，未来的技术开发将有更大的想象空间。

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