Команда создает 3D-объекты, которые меняют свой внешний вид с разных точек зрения

Прочитано: 104 раз(а)


Представьте поздравительную открытку, которая мелькает между изображениями праздничного торта и цветов, когда вы переворачиваете открытку и рассматриваете ее под разными углами. Несомненно, вы можете вспомнить и другие примеры таких трансформирующихся изображений, скажем, в рекламных объявлениях. Однако, до сих пор эффект ограничивался плоскими поверхностями.

Войдите в работу исследователей Массачусетского технологического института, которые впервые разработали систему для создания 3D-объектов, которые меняют свой внешний вид, если смотреть на них с разных точек зрения. Та же команда также разработала инструмент редактирования, доступный бесплатно в Интернете, который может позволить любому проектировать и создавать такие 3D-объекты посредством 3D-печати.

«Наша работа открывает представление о том, каким может быть физический объект », — говорит Юньи Чжу, аспирант факультета электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института (EECS). «Это часть более широкой концепции создания динамических объектов, которые меняют свой внешний вид, цвет и форму. Мы обращаемся к внешнему виду, который является одним из аспектов концепции перепрограммируемых объектов», — говорит Чжу, один из первых авторов документ о работе, представленный в октябре на симпозиуме Ассоциации вычислительной техники 2021 года по программному обеспечению и технологиям пользовательского интерфейса.

Стефани Мюллер является руководителем работы, доцентом EECS и факультета машиностроения, а также автором статьи. Мюллер также работает в Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института.

Другими соавторами статьи являются Цзяни Цзэн (аспирант Массачусетского технологического института, который уже закончил учебу) и Хунхао Дэн (аспирант Гарварда, который с тех пор закончил учебу). Помимо Чжу, Цзэна, Дэна и Мюллера, другими авторами являются Майкл Вессели, научный сотрудник EECS, и Аксель Килиан, приглашенный доцент кафедры архитектуры.

«Это захватывающее исследование радикально меняет то, как [будет] выглядеть будущее дизайна продукта. Как дизайнер взаимодействия, я был побужден представить, как в будущем повседневные физические объекты могут иметь тысячи различных видов (цветов и узоров) в зависимости от просмотра. ракурсов. Я могу придумать множество применений, от завораживающих модных дизайнов до эстетических скульптур, которые передают разные поэтические повествования в зависимости от точки зрения», — говорит Кен Накагаки, научный сотрудник Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института, который в настоящее время является доцентом Чикагского университета. Накагаки не участвовал в работе.

Как это работает

Меняющиеся изображения на плоской карте — а теперь и 3D-объекты — происходят благодаря множеству крошечных линз, напечатанных на карте или объекте. Около шести линз, созданных командой Массачусетского технологического института, могут поместиться на поверхности десятицентовой монеты. Известные как двояковыпуклые линзы, каждая линза покрывает узор из крошечных цветных пятен изображения.

«Из-за увеличительного эффекта линзы он отображает цвет только одного из цветных пятен изображения, что составляет лишь небольшую часть всей площади под линзой», — пишут авторы. Какое увеличенное пятно увидит зритель, зависит от точки зрения зрителя и «разных углов падения света на объектив» с этой точки зрения. Несколько линз вместе «формируют двояковыпуклый дисплей и вместе показывают изображение, которое меняется в зависимости от точки зрения».

Инструмент редактирования команды Массачусетского технологического института принимает в качестве входных данных желаемую 3D-модель или объект, а также изображения, которые дизайнер хочет преобразовать из одного в другое. Затем он рассчитывает расположение линз и цветовой узор на поверхности объекта, которые приведут к желаемому эффекту. Затем дизайнер может просмотреть полученный объект перед отправкой «направлений» на 3D-принтер, где объект, цветовые узоры и линзы печатаются за один проход.

Многие приложения

Затем команда создала четыре примера 3D-объектов с изображениями, которые меняются в зависимости от точки зрения зрителя. Идея заключалась в том, чтобы продемонстрировать способность создавать объекты с различной геометрией, разной сложностью изображения и разным количеством трансформируемых изображений. Демонстрационные объекты, каждый из которых напечатан тысячами линз, включают в себя:

— гиря для упражнений, которая может указать пользователю, правильно ли он держит устройство. Если устройство расположено слишком низко, появится стрелка, указывающая вверх; если слишком высоко, его место занимает стрелка, указывающая вниз. Правильная позиция отмечена галочкой.

— Абажур прикроватной лампы, отображающий различные приветствия в зависимости от того, сидит ли человек в постели (Добрый день) или лежит (Спокойной ночи).

— Чехол для наушников, который мерцает между несколькими цветными полосками в зависимости от того, как с ним обращается пользователь.

— Обувь, напечатанная с мотивационным сообщением, которое может видеть только пользователь (сообщение невидимо для прохожего или того, кто стоит рядом).

Сладкое место

Чжу говорит, что основной задачей в работе было определение оптимального размера каждой линзы. «Чем меньше объектив, тем лучше разрешение, — говорит она. «Но объективы меньшего размера также имеют больше дефектов, поэтому качество изготовления будет хуже». Чжу и его коллеги в конце концов обнаружили, что объектив диаметром три миллиметра «соответствует большинству потребностей».

Команда также проверила другие параметры, в том числе ориентацию линзы (например, отпечаток вверх или вбок) и различные методы постобработки линз. Линзы, направленные вверх и обработанные красящим лаком, дали наилучшие результаты.

На переход проекта от концепта к созданию демонстрационных объектов ушло около двух лет. Лучшей частью работы для Чжу было «видеть, что процесс действительно работает, и держать объект в руке. Это было чрезвычайно приятно».

Команда создает 3D-объекты, которые меняют свой внешний вид с разных точек зрения



Новости партнеров