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打印物體的方法，這些物體可以印上人們肉眼看不見的AR標簽。 

該研究團隊近日發布了一篇題為“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標簽和條形碼”的研究論文，其在論文中指出，通過設計具有內置間隙的部件，可將圖案轉化為二維碼，然后用紅外（IR）發射燈絲將AR標簽3D打印到物體間隙中，從而可以創建出與AR設備對接的物體。 

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備。

使用這種方法，研究人員發現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標簽整合變得更容易

現在，AR技術已經被應用于如醫療外科、培訓、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，經常被譽為是傳統方法的顛覆者，研究人員也看到了兩種技術的適配性，并開始嘗試將兩者結合起來探索它們的潛力。

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，關于該團隊2017年推出的AirCode和InfraStructs程序，研究人員認為它們只是取得了有限的成功，因為想要實現它們的功能必須以復雜的、昂貴的硬件設置為代價。

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標簽，還可以用低成本的相機進行掃描。雖然他們承認這項技術在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，并通過昂貴的改裝打印機進行沉積，因此該團隊后續圍繞現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，而標簽本身是通過留出空氣間隙來創建的，＂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，即標簽，它能夠以不同的強度顯示出來。”

研究人員的InfraredTag嵌入界面

圖源：MIT／Facebook Reality Labs

用打印的控制器進行游戲

為了將他們的無障礙AR標簽整合印刷的愿景變為現實，研究人員最初用一個日常的FDM系統，使用帶紅外發射的PLA（聚乳酸，一種新型生物降解材料）將標簽嵌入到一個物體中。雖然這能夠制作出一個可讀的標簽，但該團隊后來發現，通過將他們的材料與常規的PLA混合，他們能夠改善間隙和填充區域之間的對比度，從而產生更清晰的標簽。

在優化了他們的3D打印方法后，工程師們又將注意力轉移到了二維碼與數字設備的對接上。雖然研究人員堅持認為他們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，他們還開發了一個定制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，據說可以與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應用中使用時，還可以在上面疊加更多信息。

這項技術被研究團隊命名為“InfraredTag”，為了進行現場測試，該團隊將其用于3D打印一個嵌入標簽的輪子，這使得輪子的運動可以被追蹤，并能夠作為游戲的轉向輸入設備使用。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據共享。

“在物體本身的空間嵌入元數據或文檔信息，可以提供更豐富的環境信息，并允許信息共享，”該團隊總結道?！袄?，我們可以將物體的制造／原產地鏈接（如縮短的Thingiverse URL）嵌入到InfraredTag中，供用戶查詢，以備他們想從創作者那里獲得更多信息或自己進行3D打印?！?/span>

該團隊為沒有配備紅外裝備的智能手機設計的適配器

圖源：MIT／Facebook Reality Labs

AR在3D打印領域中的影響越來越大

盡管結合3D打印和AR技術的實驗仍處于早期階段，但AR正日益吸引著增材制造行業的目光。

在過去，將水印集成到3D打印部件中的技術引起了?？巳卮髮W和杜倫大學研究人員的關注，他們將其描述為對人們隱私的 “日益增長的威脅”。然而，InfraTrac的首席執行官Sharon Flank后來給這些說法潑了冷水，說她不認為追蹤3D打印設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開發游戲控制器的潛力，其在之前已經制造了3D打印的AR手套。這些手套也是由該公司的Reality Labs 團隊與康奈爾大學的研究人員共同開發的，當它們被披露時，人們認為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也與波導制造商WaveOptics合作，使用3D打印技術打印了具有AR功能的智能眼鏡。這兩家公司的鏡片模塊被設計為既可用于視力矯正，又可用于AR，同時保留了常規的外形尺寸，使它們能夠被整合到傳統的眼鏡框中。