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Team crea oggetti 3D che cambiano aspetto da diversi punti di vista

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Team crea oggetti 3D che cambiano aspetto da diversi punti di vista

Un kettlebell guida l’utente nella posizione corretta per tenere il dispositivo durante l’esercizio. È stato creato utilizzando strumenti sviluppati al MIT che consentono agli oggetti 3D di cambiare aspetto da diversi punti di vista. Credito: Zeng et al., MIT

Immagina un biglietto d’auguri che sfarfalla tra le immagini di una torta di compleanno e dei fiori mentre giri il biglietto e lo guardi da diverse angolazioni. Senza dubbio puoi pensare ad altri esempi di tali immagini morphing, ad esempio, nelle pubblicità. Finora, tuttavia, l’effetto è stato limitato alle superfici piane.

Entra nel lavoro dei ricercatori del MIT che, per la prima volta, hanno sviluppato un sistema per la creazione di oggetti 3D che cambiano aspetto se visti da diversi punti di vista. Lo stesso team ha anche sviluppato uno strumento di editing disponibile gratuitamente online che può consentire a chiunque di progettare e costruire tali oggetti 3D, il tutto attraverso la stampa 3D.

“Il nostro lavoro apre l’idea di cosa può essere un oggetto fisico”, afferma Yunyi Zhu, uno studente laureato del MIT presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica (EECS). “Fa parte di una visione più ampia per la creazione di oggetti dinamici che cambiano aspetto, schema cromatico e forma. Ci occupiamo dell’aspetto, che è una dimensione del concetto di oggetti riprogrammabili”, afferma Zhu, co-primo autore di un documento sul lavoro presentato in ottobre al 2021 Association for Computing Machinery’s Symposium on User Interface Software and Technology.

Stefanie Mueller è la leader del lavoro, professore associato in EECS e il Dipartimento di ingegneria meccanica e autrice dell’articolo. Mueller è anche affiliato al Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory del MIT.

Altri co-primi autori dell’articolo sono Jiani Zeng (uno studente laureato del MIT che si è poi laureato) e Honghao Deng (uno studente laureato di Harvard che si è poi laureato). Oltre a Zhu, Zeng, Deng e Mueller, altri autori sono Michael Wessely, associato post-dottorato in EECS, e Axel Kilian, assistente professore in visita presso il Dipartimento di Architettura.

“Questa entusiasmante ricerca cambia radicalmente il futuro del design del prodotto [will] Assomiglia a. Come designer dell’interazione, sono stato stimolato a immaginare come in futuro gli oggetti fisici di tutti i giorni potrebbero avere migliaia di aspetti diversi (colori e motivi) a seconda degli angoli di visione. Mi vengono in mente molte applicazioni, dagli affascinanti design di moda alle sculture estetiche che trasmettono narrazioni poetiche diverse a seconda dei punti di vista”, afferma Ken Nakagaki, un post-dottorato associato al MIT Media Lab che è un assistente professore incoming all’Università di Chicago. Nakagaki non è stato coinvolto nel lavoro.

Come funziona

Le immagini mutevoli su una scheda piatta, e ora gli oggetti 3D, sono dovute a molte minuscole lenti stampate sulla scheda o sull’oggetto. Circa sei delle lenti create dal team del MIT potrebbero adattarsi alla superficie di un centesimo. Conosciute come lenti lenticolari, ciascuna lente copre uno schema di minuscoli punti colorati dell’immagine.

“A causa dell’effetto di ingrandimento dell’obiettivo, mostra il colore da uno solo dei punti colorati dell’immagine, che è solo una piccola porzione dell’intera area sotto l’obiettivo”, scrivono gli autori. Il punto ingrandito che lo spettatore vede dipende dal punto di vista dello spettatore e dai “diversi angoli di incidenza della luce che colpisce l’obiettivo” da quel punto di vista. Più obiettivi insieme “formano un display lenticolare e mostrano collettivamente un’immagine che varia a seconda del punto di vista”.

Lo strumento di editing del team del MIT prende come input il modello 3D, o l’oggetto, che si desidera così come le immagini che un designer vuole trasformare l’una nell’altra. Quindi calcola il posizionamento dell’obiettivo e il modello di colore sulla superficie dell’oggetto che porterà all’effetto desiderato. Il progettista può quindi visualizzare in anteprima l’oggetto risultante prima di inviare le “indicazioni” a una stampante 3D, dove l’oggetto, i modelli di colore e le lenti vengono tutti stampati in un unico passaggio.

Molte applicazioni

Il team ha poi creato quattro esempi di oggetti 3D con immagini che cambiano in base alla prospettiva dello spettatore. L’idea era quella di dimostrare la capacità di creare oggetti con diverse geometrie, diverse complessità dell’immagine e un numero variabile di immagini morphing. Gli oggetti dimostrativi, ognuno dei quali è stampato con migliaia di lenti, includono:

—un kettlebell per l’esercizio che può indicare all’utente se sta impugnando correttamente il dispositivo. Se il dispositivo è troppo basso, viene visualizzata una freccia rivolta verso l’alto; se troppo in alto prende il suo posto una freccia che punta verso il basso. La posizione corretta è indicata con un segno di spunta.

—Un paralume da comodino che mostra saluti diversi a seconda che una persona sia seduta sul letto (Buona giornata) o sdraiata (Buona notte).

—Una custodia per auricolari che sfarfalla tra diverse strisce colorate a seconda di come l’utente lo gestisce.

—Una scarpa stampata con un messaggio motivazionale che solo l’utente può vedere (il messaggio è invisibile a un bypasser o a qualcuno che si trova nelle vicinanze).

Il punto dolce

Zhu afferma che la sfida principale coinvolta nel lavoro è stata determinare il “punto ottimale” per le dimensioni di ciascuna lente. “Più piccolo è l’obiettivo, migliore è la risoluzione”, afferma. “Ma gli obiettivi più piccoli hanno anche più difetti, quindi la qualità di fabbricazione sarà peggiore”. Zhu e colleghi alla fine hanno scoperto che un obiettivo con un diametro di tre millimetri “si adatta alla maggior parte delle esigenze”.

Il team ha anche testato altri parametri, tra cui l’orientamento di una lente (ad esempio, stampata rivolta verso l’alto o lateralmente) e varie tecniche di post-elaborazione per le lenti. Lenti rivolte verso l’alto e trattate con vernice per pittura hanno portato ai migliori risultati.

Ci sono voluti circa due anni per spostare il progetto dall’ideazione alla creazione di oggetti dimostrativi. La parte migliore del lavoro per Zhu è stata “vedere che il processo funziona davvero e tenere un oggetto in mano. È stato estremamente soddisfacente”.


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