浙江大学は3Dプリントの問題を解決するために精密着色技術を発明した（写真）

この投稿は Taiji Bear によって 2015-6-19 09:31 に最後に編集されました。

6月18日、浙江大学の周坤教授のチームはコンピューターによる「水転写」技術を開発し、立体物に正確に着色するという問題を解決し、立体物を「点から点へ」狙うことで精密な着色を実現できるようになった。この着色技術は、高コスト、低速、低精度などの 3D カラー印刷装置の欠点を解決できます。写真は浙江大学の周坤教授チームの博士課程学生である張一中さんが、精密な着色の前後の立体肖像モデルを見せているところ。

3D プリントは、あらゆる比率とモノクロの寸法で「あなた」を複製することができ、新しいテクノロジーは「あなた」の「色の解像度」を向上させ、パーマをかけたり染めたりした毛先を区別することさえ可能になります。本日、記者は浙江大学CAD&CG（コンピュータ支援設計・グラフィックス）国家重点実験室から、浙江大学長江学者の周坤教授率いる研究チームが米国コロンビア大学と共同で実施したプロジェクトにおいて、伝統的な水転写技術を革新し、この伝統的な技術を計算手段で「アップグレード」し、新たな計算水転写技術を提案し、世界で初めて3次元物体の正確な着色の問題を解決したことを知りました。

3D プリントは、インダストリー 4.0 をリードする新しいテクノロジーとみなされています。近年大きな進歩を遂げていますが、複雑なパターンやパーソナライズされた機能を備えたフルカラーの 3D オブジェクトを印刷して製造することは、依然として非常に困難です。現在、一部の産業用 3D プリンターはカラー印刷に対応していますが、機器が非常に高価で、印刷コストが高く、速度が遅く、プラスチックや石膏などのごく限られた材料に限定されています。「私たちは、3Dプリント生産プロセスのボトルネック問題を計算手段で解決したいと考えています。もともと難しかったことを簡単にします」と周坤教授は語った。

簡単に言えば、これは新しいタイプの印刷技術であり、3次元のオブジェクトをポイントごとに「ターゲット」にして正確な色付けを行うものです。現在業界で広く使用されている表面着色方法は水転写技術であることがわかっていますが、迷彩や大理石などのテクスチャなど、精度を必要としない着色作業にしか使用できません。研究チームは、コンピューターグラフィックスとコンピュータービジョン技術を通じて、水転写印刷を「狙って」、3次元の物体にあらゆるデザインのカラフルな「コート」を着せることを可能にした。同時に、この計算水転写印刷技術は、金属、プラスチック、木材、セラミック、ゴムなど、幅広い材料に適用できます。

どうやってそれを達成するのでしょうか?科学的な問題の核心は、3 次元の設計を 2 次元の「展開図」に「縮小」するにはコンピューターが必要であるということです。研究チームは世界で初めて、水転写プロセス中の水転写フィルムの変形の物理モデル化を行いました。この物理モデルは、水転写フィルムの変形を正確にシミュレートして計算し、3次元設計図とフィルム上の各点とのマッピング関係を得ることができます。研究チームはこの理論に基づいて、実際の着色のための自動プロトタイプを開発しました。

チームメンバーで博士課程の学生でもある張一中さんが、プロセス全体を実演してくれました。デザイナーがコンピューター上で人間の顔の3Dパターン設計を完成すると、チームが開発したソフトウェアが高速計算によって2次元の「展開画像」を生成します。その後、通常のインクジェットプリンターで「拡大画像」が印刷された水転写フィルムを出力します。このタイプの水転写フィルムはコストが低く、非常に一般的です。フィルムを静かな水面に置き、着色する顔のモデルをゆっくりと水に浸します。すると、不思議な現象が起こります。フィルムが徐々に巧みに顔のモデルを包み込み、しわやひび割れが生じることはありません。塗料は完璧に付着し、パターンの細部までデザインに一つ一つ正確に一致し、まるで完璧に正確な自動「フィルム塗布」のようです。全体のプロセスには 10 分もかかりません。研究チームは、より複雑な物体については、物体の表面のあらゆる部分が色の重なりを起こさずに色付けされるようにする巧妙な多重着色法も設計した。

この研究成果の関連論文は、国際コンピュータグラフィックスコミュニティのトップカンファレンスであるACM SIGGRAPHに採択されたとみられており、8月上旬には研究チームが米国ロサンゼルスに赴き、カンファレンス論文報告を行う予定である。この会議では、毎年世界中から 100 件を超える論文のみが受け入れられ、コンピュータグラフィックスとインタラクティブテクノロジーの最先端の最高レベルの成果が発表されます。今年は浙江大学からの論文4本が会議に採択されました。

当該動画がYouTubeにアップロードされると、すぐにWired誌やScience Dailyなど国際的に権威のある専門メディアで報道され、わずか1ヶ月でクリック数が50万回を超えた。 3Dプリンターメーカー、バイクメーカー、スポーツ用品メーカーなど、世界的に有名な多くの企業が協力を求めてきました。彼らは、この技術を通じてパーソナライズされたカスタマイズ可能な製品を開発することで、より大きな市場を獲得できると信じています。この新技術は南京の陶磁器カスタマイズ会社によって認可されており、カスタマイズされた陶器製品の小規模な範囲で使用される予定であることが分かっています。

「これは、情報化と工業化を深く融合し、インテリジェント製造を実現する一例となるだろう」と周坤氏は考えている。この発明の出発点は、3Dプリントにおける「食」の問題を解決することだが、実際にはその応用範囲は3Dプリントの範囲を超え、あらゆる3次元物体に使用できる。「より深いレベルでは、この技術の本質は、3次元デジタルモデルの表面上の点を、その物理モデルの表面上の点に正確に対応させる方法です。」周坤氏は、仮想世界から物理世界へのこの対応により、将来の技術開発にはより大きな想像力の余地が生まれると考えています。

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