想象一下，如果可以自己在家利用 3D 打印機，製作一款能與(yu) AR/VR 頭顯一起使用的帶有追蹤功能的輸入設備玩遊戲，將會(hui) 是多麽(me) 有趣的一件事？而這一切可以通過一枚 " 隱形 " 的 AR 標簽實現。

來自 meta（Facebook）Reality Labs 和麻省理工學院（MIT）的研究人員已經開發出一種 3D 打印物體(ti) 的方法，這些物體(ti) 可以印上人們(men) 肉眼看不見的 AR 標簽。

該研究團隊近日發布了一篇題為(wei) "InfraredTags: 使用低成本、基於(yu) 紅外線的 3D 打印和成像工具嵌入不可見的 AR 標簽和條形碼 " 的研究論文，其在論文中指出，通過設計具有內(nei) 置間隙的部件，可將圖案轉化為(wei) 二維碼，然後用紅外（IR）發射燈絲(si) 將 AR 標簽 3D 打印到物體(ti) 間隙中，從(cong) 而可以創建出與(yu) AR 設備對接的物體(ti) 。

工程師們(men) 說，這樣做就可以追蹤這些物品的運動，甚至可以將它們(men) 用作遊戲控製器，這可以讓用戶在家裏自己利用 3D 打印機製造多種多樣的遊戲輸入設備。

使用這種方法，研究人員發現他們(men) 能夠打印一個(ge) 方向盤控製器來玩賽車遊戲

圖源：MIT/Facebook Reality Labs

讓 AR 標簽整合變得更容易

現在，AR 技術已經被應用於(yu) 如醫療外科、培訓、元宇宙等多個(ge) 方麵，開始真正地成為(wei) 主流。而 3D 打印也是一種前沿技術，經常被譽為(wei) 是傳(chuan) 統方法的顛覆者，研究人員也看到了兩(liang) 種技術的適配性，並開始嚐試將兩(liang) 者結合起來探索它們(men) 的潛力。

雖然已經開發了一些方法來實現這一目標，但麻省理工學院以及 Facebook 團隊表示，想要這項技術被廣泛采用仍然存在著局限性。例如，關(guan) 於(yu) 該團隊 2017 年推出的 AirCode 和 InfraStructs 程序，研究人員認為(wei) 它們(men) 隻是取得了有限的成功，因為(wei) 想要實現它們(men) 的功能必須以複雜的、昂貴的硬件設置為(wei) 代價(jia) 。

為(wei) 了解決(jue) 這些問題，工程師們(men) 建議用紅外燈絲(si) 對物體(ti) 進行 3D 打印，並利用空氣間隙來印上 AR 標簽，還可以用低成本的相機進行掃描。雖然他們(men) 承認這項技術在 2019 年的 LayerCode 項目中已經進行了試驗，但當時需要提前將樹脂材料浸泡在紅外染料中，並通過昂貴的改裝打印機進行沉積，因此該團隊後續圍繞現成的材料開展了研究。

"（在我們(men) 的方法中）物體(ti) 的主要幾何形狀是使用紅外燈絲(si) 3D 打印而成的，而標簽本身是通過留出空氣間隙來創建的，" 該團隊在他們(men) 的論文中解釋道。" 因為(wei) 主要的幾何形狀在紅外區域是半透明的，近紅外相機可以看穿它並捕捉到空氣間隙，即標簽，它能夠以不同的強度顯示出來。"

研究人員的 InfraredTag 嵌入界麵

用打印的控製器進行遊戲

為(wei) 了將他們(men) 的無障礙 AR 標簽整合印刷的願景變為(wei) 現實，研究人員最初用一個(ge) 日常的 FDM 係統，使用帶紅外發射的 PLA（聚乳酸，一種新型生物降解材料）將標簽嵌入到一個(ge) 物體(ti) 中。雖然這能夠製作出一個(ge) 可讀的標簽，但該團隊後來發現，通過將他們(men) 的材料與(yu) 常規的 PLA 混合，他們(men) 能夠改善間隙和填充區域之間的對比度，從(cong) 而產(chan) 生更清晰的標簽。

在優(you) 化了他們(men) 的 3D 打印方法後，工程師們(men) 又將注意力轉移到了二維碼與(yu) 數字設備的對接上。雖然研究人員堅持認為(wei) 他們(men) 的標簽可以通過許多智能手機的紅外相機讀取，但該團隊也承認這是一個(ge) 高級功能，可能有許多智能手機並沒有搭載紅外相機。所以為(wei) 了確保他們(men) 的方法可以使用，他們(men) 還開發了一個(ge) 定製的成像模塊和應用程序。

研究人員設計的這款適配器由一個(ge) 紅外攝像頭和可見光截止過濾器以及兩(liang) 個(ge) 紅外 LED 組成，用於(yu) 在黑暗中照亮物體(ti) ，它們(men) 被安裝在一個(ge) TPU 3D 打印的外殼上，據說可以與(yu) 任何現代智能手機一起使用。更重要的是，在使用過程中，這個(ge) 附加裝置會(hui) 向用戶顯示他們(men) 能看到的東(dong) 西，而不是僅(jin) 僅(jin) 向他們(men) 提供紅外信號。在 AR 應用中使用時，還可以在上麵疊加更多信息。

這項技術被研究團隊命名為(wei) "InfraredTag"，為(wei) 了進行現場測試，該團隊將其用於(yu) 3D 打印一個(ge) 嵌入標簽的輪子，這使得輪子的運動可以被追蹤，並能夠作為(wei) 遊戲的轉向輸入設備使用。該團隊建議，在未來，像這樣的物體(ti) 可以理想地用於(yu) 適配帶有紅外功能的 AR 頭顯，如微軟的 HoloLens 2，同時也非常適合於(yu) 數據共享。

" 在物體(ti) 本身的空間嵌入元數據或文檔信息，可以提供更豐(feng) 富的環境信息，並允許信息共享，" 該團隊總結道。" 例如，我們(men) 可以將物體(ti) 的製造 / 原產(chan) 地鏈接（如縮短的 Thingiverse URL）嵌入到 InfraredTag 中，供用戶查詢，以備他們(men) 想從(cong) 創作者那裏獲得更多信息或自己進行 3D 打印。"

該團隊為(wei) 沒有配備紅外裝備的智能手機設計的適配器

AR 在 3D 打印領域中的影響越來越大

盡管結合 3D 打印和 AR 技術的實驗仍處於(yu) 早期階段，但 AR 正日益吸引著增材製造行業(ye) 的目光。

在過去，將水印集成到 3D 打印部件中的技術引起了埃克塞特大學和杜倫(lun) 大學研究人員的關(guan) 注，他們(men) 將其描述為(wei) 對人們(men) 隱私的 " 日益增長的威脅 "。然而，InfraTrac 的首席執行官 Sharon Flank 後來給這些說法潑了冷水，說她不認為(wei) 追蹤 3D 打印設計文件是製造商麵臨(lin) 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製造技術開發遊戲控製器的潛力，其在之前已經製造了 3D 打印的 AR 手套。這些手套也是由該公司的 Reality Labs 團隊與(yu) 康奈爾大學的研究人員共同開發的，當它們(men) 被披露時，人們(men) 認為(wei) 這些支持觸覺反饋的可穿戴設備可以配合 Oculus Rift 使用。

除了 meta 外，Luxexcel 也與(yu) 波導製造商 WaveOptics 合作，使用 3D 打印技術打印了具有 AR 功能的智能眼鏡。這兩(liang) 家公司的鏡片模塊被設計為(wei) 既可用於(yu) 視力矯正，又可用於(yu) AR，同時保留了常規的外形尺寸，使它們(men) 能夠被整合到傳(chuan) 統的眼鏡框中。

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(xie) 。

完整論文可查看：https://arxiv.org/pdf/2202.06165.pdf