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增强现实AR+3D打印将带来无限可能性

来源:原创

发布时间:2020-04-15 17:08:51

点击量:1362

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AR技术与3D打印技术于各领域的应用在全球范围都呈现爆发式的增长,二者的结合更为科技进步带来无限可能。本文将简单介绍两种技术,并通过AR技术结合3D打印技术在工业制造、医疗、展览展示各个领域的一些案例展现出2IN1的无限可能。



图片来源于网络



一、AR简介


增强现实(Augmented Reality,简称 AR),是一种是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术,广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段,将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后,应用到真实世界中,两种信息互为补充,从而实现对真实世界的“增强”。AR技术由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性,在医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域都有广泛的应用。

二、3D打印简介


3d打印技术 3D printing(3DP),学名“快速成型技术”,通过层层堆积原材料制造产品,区别于通过切割原料或模具成型来制造新的实体物品的制造技术,所以也叫做“增材制造”。

3D打印机是通过计算机将3D模型分解成一定精度的层,由快速原型机在X/Y轴坐标方向生成目标物体的截面形状,然后在Z轴坐标间断地作层面厚度的位移叠堆材料,最终形成三维制件。

3d打印技术在航空航天业、汽车工业、现代制造业、医学和生物工业技术等高精尖领域,已经展现出广阔的市场消费前景。在消费品市场,电子照明、影像设计、家具家居、家用饰品、珠宝首饰、建筑模型、教育市场、玩具市场等领域的终端产品市场正迎来爆发增长。


那么这两种高端科技技术结合起来应用,会给我们日常的工作带来怎样的影响呢?下面列举3个应用案例,可能会给读者带来一些启发。


1.AR和3D打印结合造就机器人建模助手



AR修改3D打印结构



德国康奈尔大学信息科学博士生Huaishu Peng开发了一种实验技术,其允许他在机器手臂工作的过程中通过AR来修改3D打印结构。他称这个系统为Robotic Modeling Assistant(机器人建模助手,RoMA)。虽然三维结构相当简单,但这个概念证明展示了未来的可能性。如上图,Peng展示了如何通过RoMA来制作特制结构,或者使用基于AR的视觉指南来雕塑对象。利用AR来围绕真实物体设计结构和对象是一个尚未探索的处女地,而Peng表示对于AR与3D打印之间的潜能,他仅仅只是触及了皮毛。


Huaishu Peng在一份采访中表示:“我们没有在电脑屏幕上设计3D模型,我们希望让用户有机会与机器人一起工作,我们称之为就地制造。AR和机器人的结合可允许设计师使用刚打印的部件来设计下一个功能。设计师甚至可以直接在现有物体上进行设计和打印,从而加强了设计和制造之间的过程。”要在AR中实时浏览3D打印模型,Peng修改了一款Oculus Rift控制器和两个Touch控制器,在头显前部增加了一个透视摄像头。

“在未来,我们期待机器手臂能够成为智能设计助手。”Peng如是说道,他目前正在与康奈尔大学的学生Jimmy Briggs, Cheng-Yao Wang, Francois Guimbretiere,以及德国波茨坦普拉特拉学院的PatrickBaudisch,中佛罗里达大学的Joseph Kider,以及麻省理工学院的Stefanie Mueller合作。

Peng继续补充说:“增强现实和3D打印的前景十分光明。”目前他们尚未公布任何商业化这一系统的计划,但这群研究人员希望于4月在加拿大蒙特利尔举行的人机交互大会上通过一份白皮书来展示他们的成果。



2.AR+3D打印,完美的骨科移植手术


2017年4月,一位老人因浑身无力到医院检查,医生意外发现该患者的腹部有一个皮球大小的肿块,经多学科会诊,结合CT、磁共振、穿刺取病理等检查结果,确定其为低恶性腰椎部肿瘤,肿瘤侵蚀第五椎体且肿瘤巨大,若不及时治疗,随时都有生命危险。



医生手术中



以目前的医疗水平来看,对于肿瘤侵犯腰椎体,手术切除仍然是治疗的关键所在。主治医师最终决定为患者实施腰椎肿瘤切除3D打印椎体置换术,以医学影像数据为基础,利用3D打印技术制作个性化人工椎体,术中植入到患者体内,建立腰椎新的稳定系统。手术中还应用了AR技术将患者腹部的肿瘤被完整切除,并植入3D打印的金属椎体,历时4个多小时,手术全过程患者生命体征平稳,按计划完成术。


腰椎模型


医院在手术之前,临床骨科、影像科、普外科医师及计算机工程师,通过三维重建技术将肿瘤、骨骼及周围重要神经血管组织等进行重建,利用计算机模拟合成三维立体影像。这样根据这个立体影像,用特质材料和3D打印技术,打印出一个形状完全相同的、内部结构层次分明的腰椎部模型,病灶的部位也一清二楚。医生拿着模型放在患者面前,给患者讲解,方便很多,医生也更加心中有数。医患交流实现了形象化,提高了医患之间的理解。


医生带AR眼镜模拟手术


临场应用增强现实技术“透视”手术部位,这个过程是最为重要的。将增强现实(AR)技术,与真实手术“无缝”对接,在手术中,如果碰到棘手的部位,可以戴上眼镜,眼睛扫过的地方,视野里就会出现一个逼真的虚拟场景,真实的环境和虚拟的物体实时地出现在同一个画

面或空间,两种信息相互补充,患者病灶整个部位的构造也就一清二楚。术者就像带上了“透视眼”可以直接透过皮肤看见肿瘤的位置、大小、深度,避开重要血管、神经、组织,提高手术安全性。



3.3D打印结合AR展现火星栖息地



MARSHA和TERA模型


工作人员利用AR技术展示MARSHA和TERA的内部结构



2019年9月,AI SpaceFactory在伦敦设计博物馆举办了“移居到火星”的展览,此次展览展示了AI SpaceFactory在美国宇航局3D打印栖息地挑战赛的冠军作品 MARSHA,以及其即将在地球上建造的姊妹项目TERA。MARSHA和TERA是使用3D打印技术按比例打印出的建筑微缩模型,通过AR技术,可以参观到在火星上的生存的环境及生活条件。AI SpaceFactory举办此次展览的目的是为了让参观者明白:人类不要把火星当作生存的地球B,模拟在火星上的生活是为了在地球上更可持续地生活。以此展览为契机,警醒人类要保护和改善地球环境。



MARSHA的实体3D打印建筑



值得一提的是MARSHA和TERA不仅展览模型使用3D打印,它们的原型建筑物也是使用“火星聚合物”3D打印的,采用已经在红色星球上生长的植物上的材料制成。AISpaceFactory设计的是一个圆柱形建筑物,从外面看像一个立式花瓶,内部拥有多层的空间,能够承受火星恶劣。


在这个全球信息大爆炸的时代,高效率,更便捷和高智能的生活生产方式必将席卷全球,各种案例的展示表明3D打印和AR的结合不仅节省资金和材料,而且也减少了时间和人工成本,不可否认技术的结合会给我们的生活带来更大的便捷,未来人们的生活也将迎来一场智能化的变革。


在3D打印结合AR展现火星栖息地的案例中,上海以见科技有限公司参与了展会中AR的技术部分,通过AR展现出的火星栖息地更加使展会的形式得到了进一步的升华。近期AAU3D打印与以见科技达成了合作伙伴关系,大家敬请期待我们会擦出什么不一样的火花吧!


以见科技(上海)有限公司是一家致力于建筑科技与创新的企业。公司研发AR、AI等崭新技术与产品,并应用于建筑全生命周期之中。

公司核心团队成员来自浙江大学、复旦大学、同济大学等知名高校,拥有建筑、自动化、计算机科学等跨学科背景,同时在建筑工程与增强现实领域积累了丰富的技术与产品经验。

以见科技构建了开放且丰富的产品与解决方案,面向建筑领域提供软件与服务,辅助建筑的设计展示、施工验收、运维管理等全生命周期需求,在各阶段提供可视化的服务与指导。

公司与微软AI&IoT实验室、复旦大学、浙江大学等国内外知名研发中心与院校合作,持续探索和融合包括增强现实、深度学习、物联网、5G通信等在内的多项高新前沿技术,使智慧与创意润泽建筑单体与智慧城市。




AAU是以三维数字化模型技术为基础 ,提供从设计到制造全套解决方案的服务平台。提供服务包括3D扫描、工业设计、逆向工程、 3D打印、 多媒体展示等。涉及建筑、医疗、汽车、航空航天、动漫、工艺品、艺术设计等众多领域。

AAU始终追求创新,经过10余年的开拓,AAU工厂已经通过了ISO 9001:2000国际质量体系认证和环境管理体系认证。目前为上海市增材制造协会、上海市工业设计行业协会、中国展览馆协会等行业协会的会员单位,无论是品质管理、生产管理和技术水平,都始终处于行业领先水平。

AAU3D拥有上海、天津、南通三处3D打印服务中心,上百台先进3D打印设备以及专业配套设施,辅以设计、技术团队支持,形成了完整的3D生产链,目前正全面推进“3D打印+互联网”战略,全力建设在线3D打印云平台,打造线上线下各行业领域贯通的3D打印生态系统。





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