最近，一段“酷炫”的网络视频火了：一个刚刚3D打印出的白色猎豹模型，缓缓浸入飘着彩色薄膜的水池，当它再次浮出水面，身上竟“长”出色彩逼真的皮毛、眼睛、耳朵、尾巴。如今，视频的网络点击量已经超过50万次，“围观”的科技媒体纷纷“点赞”，称这是一项“疯狂的”、“不可思议的”发明。
这个奇幻的发明出自浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室。据介绍，视频中展示的是一种新型印刷术—点对点“瞄准”三维物体精确上色。
给三维物体穿“彩衣”
主持该项研究的浙江大学周昆教授说，面向个性化定制的3D打印，在花纹、颜色实现方面始终“个性”不起来。尽管一些工业级3D打印机能够支持彩色打印，但设备价格昂贵，打印成本高、速度慢，而且只限于极少的材料。
与美国哥伦比亚大学的一项合作课题中，周昆教授主持的团队对传统水转印技术进行了革新，提出了全新的计算水转印刷技术，解决了为三维物体进行精确上色的难题。
“水转印是当前在工业上被广泛应用的曲面上色技术，但只能用于对精确性没有要求的上色任务。我们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’。”周昆说。
这一技术的核心是通过计算机将三维设计稿“降维”成一个二维的“展开图”。为此，课题组在国际上首次对水转印过程中水转印薄膜的形变进行了物理建模，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。
精确计算完美“贴膜”
课题组成员、博士生张译中对打印全程做了演示：设计师在电脑上完成一张人脸的3D纹样设计后，课题组开发的软件会快速计算生成一个二维“展开图”。之后，喷墨打印机打出一张印有“展开图”的水转印薄膜。将薄膜放在静止的水面上，将需要上色的人脸模型浸入水中，神奇的现象发生了：薄膜逐渐包裹住了人脸模型，颜料完美附着、丝毫不差。
“这是一种完美精确的自动‘贴膜’。”周昆说，对于更为复杂的物体，课题组还设计了多次上色方法，保证物体表面上每一处都被着色，避免叠色现象。
浙大机械与工程学院贺永副教授认为，3D“造物”，必须同时解决好“形”与“色”的问题。有了颜色和纹理，它的表现力才会增强，这项发明的重大价值就是解决了图像的精准对应。
各种材料一概“通吃”
斑马、茶杯、汽车、地球仪……在实验室，记者看到了许多经计算水转印技术上色的3D模型。据了解，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、橡胶等一概“通吃”。
虽说这项发明的出发点是解决3D打印“黯然无色”的难题 ，但它的应用范围实际上超越了3D打印的范畴，可以面向任意的三维物体，即使不是3D打印出来的。
据悉，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录用。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。“着色，也许只是其中的一项应用。” |
