想象一下，如果可以自己在家利用 3D 打印機，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，將會是多么有趣的一件事？而這一切可以通過一枚 " 隱形 " 的 AR 標(biāo)簽實現(xiàn)。

來自 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)庋劭床灰姷?AR 標(biāo)簽。

該研究團隊近日發(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的 AR 標(biāo)簽和條形碼 " 的研究論文，其在論文中指出，通過設(shè)計具有內(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)備對接的物體。

工程師們說，這樣做就可以追蹤這些物品的運動，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)他們能夠打印一個方向盤控制器來玩賽車游戲

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)合起來探索它們的潛力。

雖然已經(jīng)開發(fā)了一些方法來實現(xiàn)這一目標(biāo)，但麻省理工學(xué)院以及 Facebook 團隊表示，想要這項技術(shù)被廣泛采用仍然存在著局限性。例如，關(guān)于該團隊 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，因為想要實現(xiàn)它們的功能必須以復(fù)雜的、昂貴的硬件設(shè)置為代價。

為了解決這些問題，工程師們建議用紅外燈絲對物體進行 3D 打印，并利用空氣間隙來印上 AR 標(biāo)簽，還可以用低成本的相機進行掃描。雖然他們承認(rèn)這項技術(shù)在 2019 年的 LayerCode 項目中已經(jīng)進行了試驗，但當(dāng)時需要提前將樹脂材料浸泡在紅外染料中，并通過昂貴的改裝打印機進行沉積，因此該團隊后續(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)簽本身是通過留出空氣間隙來創(chuàng)建的，" 該團隊在他們的論文中解釋道。" 因為主要的幾何形狀在紅外區(qū)域是半透明的，近紅外相機可以看穿它并捕捉到空氣間隙，即標(biāo)簽，它能夠以不同的強度顯示出來。"

研究人員的 InfraredTag 嵌入界面

用打印的控制器進行游戲

為了將他們的無障礙 AR 標(biāo)簽整合印刷的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實，研究人員最初用一個日常的 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)簽嵌入到一個物體中。雖然這能夠制作出一個可讀的標(biāo)簽，但該團隊后來發(fā)現(xiàn)，通過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)備的對接上。雖然研究人員堅持認(rèn)為他們的標(biāo)簽可以通過許多智能手機的紅外相機讀取，但該團隊也承認(rèn)這是一個高級功能，可能有許多智能手機并沒有搭載紅外相機。所以為了確保他們的方法可以使用，他們還開發(fā)了一個定制的成像模塊和應(yīng)用程序。

研究人員設(shè)計的這款適配器由一個紅外攝像頭和可見光截止過濾器以及兩個紅外 LED 組成，用于在黑暗中照亮物體，它們被安裝在一個 TPU 3D 打印的外殼上，據(jù)說可以與任何現(xiàn)代智能手機一起使用。更重要的是，在使用過程中，這個附加裝置會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。在 AR 應(yīng)用中使用時，還可以在上面疊加更多信息。

這項技術(shù)被研究團隊命名為 "InfraredTag"，為了進行現(xiàn)場測試，該團隊將其用于 3D 打印一個嵌入標(biāo)簽的輪子，這使得輪子的運動可以被追蹤，并能夠作為游戲的轉(zhuǎn)向輸入設(shè)備使用。該團隊建議，在未來，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，" 該團隊總結(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行 3D 打印。"

該團隊為沒有配備紅外裝備的智能手機設(shè)計的適配器

AR 在 3D 打印領(lǐng)域中的影響越來越大

盡管結(jié)合 3D 打印和 AR 技術(shù)的實驗仍處于早期階段，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，他們將其描述為對人們隱私的 " 日益增長的威脅 "。然而，InfraTrac 的首席執(zhí)行官 Sharon Flank 后來給這些說法潑了冷水，說她不認(rèn)為追蹤 3D 打印設(shè)計文件是制造商面臨的 " 大危險之一 "。

meta 公司本身也投入了大量精力來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 團隊與康奈爾大學(xué)的研究人員共同開發(fā)的，當(dāng)它們被披露時，人們認(rèn)為這些支持觸覺反饋的可穿戴設(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)計為既可用于視力矯正，又可用于 AR，同時保留了常規(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