想象一下，如果可以自己在家利用 3D 打印機(jī)，制作一款能與 AR/VR 頭顯一起使用的帶有追蹤功能的輸入設(shè)備玩游戲，將會(huì)是多么有趣的一件事？而這一切可以通過(guò)一枚 " 隱形 " 的 AR 標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)。
來(lái)自 meta（Facebook）Reality Labs 和麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種 3D 打印物體的方法，這些物體可以印上人們?nèi)庋劭床灰?jiàn)的 AR 標(biāo)簽。
該研究團(tuán)隊(duì)近日發(fā)布了一篇題為 "InfraredTags: 使用低成本、基于紅外線的 3D 打印和成像工具嵌入不可見(jiàn)的 AR 標(biāo)簽和條形碼 " 的研究論文，其在論文中指出，通過(guò)設(shè)計(jì)具有內(nèi)置間隙的部件，可將圖案轉(zhuǎn)化為二維碼，然后用紅外（IR）發(fā)射燈絲將 AR 標(biāo)簽 3D 打印到物體間隙中，從而可以創(chuàng)建出與 AR 設(shè)備對(duì)接的物體。
工程師們說(shuō)，這樣做就可以追蹤這些物品的運(yùn)動(dòng)，甚至可以將它們用作游戲控制器，這可以讓用戶在家里自己利用 3D 打印機(jī)制造多種多樣的游戲輸入設(shè)備。
使用這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)他們能夠打印一個(gè)方向盤控制器來(lái)玩賽車游戲
圖源：MIT/Facebook Reality Labs
讓 AR 標(biāo)簽整合變得更容易
現(xiàn)在，AR 技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于如醫(yī)療外科、培訓(xùn)、元宇宙等多個(gè)方面，開始真正地成為主流。而 3D 打印也是一種前沿技術(shù)，經(jīng)常被譽(yù)為是傳統(tǒng)方法的顛覆者，研究人員也看到了兩種技術(shù)的適配性，并開始嘗試將兩者結(jié)合起來(lái)探索它們的潛力。
雖然已經(jīng)開發(fā)了一些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但麻省理工學(xué)院以及 Facebook 團(tuán)隊(duì)表示，想要這項(xiàng)技術(shù)被廣泛采用仍然存在著局限性。例如，關(guān)于該團(tuán)隊(duì) 2017 年推出的 AirCode 和 InfraStructs 程序，研究人員認(rèn)為它們只是取得了有限的成功，因?yàn)橄胍獙?shí)現(xiàn)它們的功能必須以復(fù)雜的、昂貴的硬件設(shè)置為代價(jià)。
為了解決這些問(wèn)題，工程師們建議用紅外燈絲對(duì)物體進(jìn)行 3D 打印，并利用空氣間隙來(lái)印上 AR 標(biāo)簽，還可以用低成本的相機(jī)進(jìn)行掃描。雖然他們承認(rèn)這項(xiàng)技術(shù)在 2019 年的 LayerCode 項(xiàng)目中已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，但當(dāng)時(shí)需要提前將樹脂材料浸泡在紅外染料中，并通過(guò)昂貴的改裝打印機(jī)進(jìn)行沉積，因此該團(tuán)隊(duì)后續(xù)圍繞現(xiàn)成的材料開展了研究。
"（在我們的方法中）物體的主要幾何形狀是使用紅外燈絲 3D 打印而成的，而標(biāo)簽本身是通過(guò)留出空氣間隙來(lái)創(chuàng)建的，" 該團(tuán)隊(duì)在他們的論文中解釋道。" 因?yàn)橹饕膸缀涡螤钤诩t外區(qū)域是半透明的，近紅外相機(jī)可以看穿它并捕捉到空氣間隙，即標(biāo)簽，它能夠以不同的強(qiáng)度顯示出來(lái)。"
研究人員的 InfraredTag 嵌入界面
用打印的控制器進(jìn)行游戲
為了將他們的無(wú)障礙 AR 標(biāo)簽整合印刷的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，研究人員最初用一個(gè)日常的 FDM 系統(tǒng)，使用帶紅外發(fā)射的 PLA（聚乳酸，一種新型生物降解材料）將標(biāo)簽嵌入到一個(gè)物體中。雖然這能夠制作出一個(gè)可讀的標(biāo)簽，但該團(tuán)隊(duì)后來(lái)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將他們的材料與常規(guī)的 PLA 混合，他們能夠改善間隙和填充區(qū)域之間的對(duì)比度，從而產(chǎn)生更清晰的標(biāo)簽。
在優(yōu)化了他們的 3D 打印方法后，工程師們又將注意力轉(zhuǎn)移到了二維碼與數(shù)字設(shè)備的對(duì)接上。雖然研究人員堅(jiān)持認(rèn)為他們的標(biāo)簽可以通過(guò)許多智能手機(jī)的紅外相機(jī)讀取，但該團(tuán)隊(duì)也承認(rèn)這是一個(gè)高級(jí)功能，可能有許多智能手機(jī)并沒(méi)有搭載紅外相機(jī)。所以為了確保他們的方法可以使用，他們還開發(fā)了一個(gè)定制的成像模塊和應(yīng)用程序。
研究人員設(shè)計(jì)的這款適配器由一個(gè)紅外攝像頭和可見(jiàn)光截止過(guò)濾器以及兩個(gè)紅外 LED 組成，用于在黑暗中照亮物體，它們被安裝在一個(gè) TPU 3D 打印的外殼上，據(jù)說(shuō)可以與任何現(xiàn)代智能手機(jī)一起使用。更重要的是，在使用過(guò)程中，這個(gè)附加裝置會(huì)向用戶顯示他們能看到的東西，而不是僅僅向他們提供紅外信號(hào)。在 AR 應(yīng)用中使用時(shí)，還可以在上面疊加更多信息。
這項(xiàng)技術(shù)被研究團(tuán)隊(duì)命名為 "InfraredTag"，為了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)將其用于 3D 打印一個(gè)嵌入標(biāo)簽的輪子，這使得輪子的運(yùn)動(dòng)可以被追蹤，并能夠作為游戲的轉(zhuǎn)向輸入設(shè)備使用。該團(tuán)隊(duì)建議，在未來(lái)，像這樣的物體可以理想地用于適配帶有紅外功能的 AR 頭顯，如微軟的 HoloLens 2，同時(shí)也非常適合于數(shù)據(jù)共享。
" 在物體本身的空間嵌入元數(shù)據(jù)或文檔信息，可以提供更豐富的環(huán)境信息，并允許信息共享，" 該團(tuán)隊(duì)總結(jié)道。" 例如，我們可以將物體的制造 / 原產(chǎn)地鏈接（如縮短的 Thingiverse URL）嵌入到 InfraredTag 中，供用戶查詢，以備他們想從創(chuàng)作者那里獲得更多信息或自己進(jìn)行 3D 打印。"
該團(tuán)隊(duì)為沒(méi)有配備紅外裝備的智能手機(jī)設(shè)計(jì)的適配器
AR 在 3D 打印領(lǐng)域中的影響越來(lái)越大
盡管結(jié)合 3D 打印和 AR 技術(shù)的實(shí)驗(yàn)仍處于早期階段，但 AR 正日益吸引著增材制造行業(yè)的目光。
在過(guò)去，將水印集成到 3D 打印部件中的技術(shù)引起了埃克塞特大學(xué)和杜倫大學(xué)研究人員的關(guān)注，他們將其描述為對(duì)人們隱私的 " 日益增長(zhǎng)的威脅 "。然而，InfraTrac 的首席執(zhí)行官 Sharon Flank 后來(lái)給這些說(shuō)法潑了冷水，說(shuō)她不認(rèn)為追蹤 3D 打印設(shè)計(jì)文件是制造商面臨的 " 大危險(xiǎn)之一 "。
meta 公司本身也投入了大量精力來(lái)研究利用增材制造技術(shù)開發(fā)游戲控制器的潛力，其在之前已經(jīng)制造了 3D 打印的 AR 手套。這些手套也是由該公司的 Reality Labs 團(tuán)隊(duì)與康奈爾大學(xué)的研究人員共同開發(fā)的，當(dāng)它們被披露時(shí)，人們認(rèn)為這些支持觸覺(jué)反饋的可穿戴設(shè)備可以配合 Oculus Rift 使用。
除了 meta 外，Luxexcel 也與波導(dǎo)制造商 WaveOptics 合作，使用 3D 打印技術(shù)打印了具有 AR 功能的智能眼鏡。這兩家公司的鏡片模塊被設(shè)計(jì)為既可用于視力矯正，又可用于 AR，同時(shí)保留了常規(guī)的外形尺寸，使它們能夠被整合到傳統(tǒng)的眼鏡框中。
原文鏈接：https://3dprintingindustry.com/news/facebook-develops-new-invisible-3d-printed-ar-tags-transforming-objects-into-gaming-controllers-205018/
該論文由 Mustafa Doga Dogan、Ahmad Taka、Michael Lu、Yunyi Zhu、Akshat Kumar、Aakar Gupta 和 Stefanie Mueller 共同撰寫。
完整論文可查看：https://arxiv.org/pdf/2202.06165.pdf
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