數字化熱成形

01-27

Disney研究院最近出爐了一項新的數字製造技術。說是新，其實也不新，因為是將兩種已經成熟使用的技術結合起來。這種所謂數字化熱成形 (computational thermoforming) 的新技術是將真空熱成形 (vacuum forming) 技術和圖像映射 (image mapping)相結合而成的。真空熱成形在很多領域都有非常成熟的應用，比如我們常見的貼合產品外形的塑料包裝，就是通過真空熱成型技術製造的。

真空熱成形的原理是，將一張薄(熱塑)塑料板加熱，塑料板受熱變軟，更容易拉伸形變，這時候將塑料板覆蓋在一個不容易熱形變的物體上，並利用真空將空氣從下方抽出，這樣塑料板就會緊緊貼合在這個物體周圍。當然，用來作為形變輔助的物體幾乎可以是任何東西，比如下圖是拿香蕉來做模型物體。

Disney的創新之處就在於，將圖像融合到了原先只能完成形變的真空熱成形技術里。通過軟體將最終物體的表面紋理壓平並進行形變補償，再將這個進行處理過的圖像印製到薄塑料板上，這樣在進行真空熱成形的時候，圖像能夠直接完美地貼合到最終生成的三維物體上。與3D列印相比，這種技術能夠更快速更低廉地生產具有優質表面紋理的三維物體，雖然生成的物體是中空的而不是固體，但這可以通過填充材料來解決。可以想見，這種技術用來製作道具、玩具，cosplay道具等等都非常適合。

(數字化熱成形技術流程)

更難得的是，數字化熱成形對於硬體的要求很低。網上可以找到很多簡單搭建真空熱成型機器的教程，真空部分可以用吸塵器，而對塑料的加熱可以用熱風機甚至吹風機來解決。在熱塑塑料上列印圖像，也可以通過激光印表機來完成。如果對於圖像形變補償的演算法能夠開源，那麼我們在家裡自行搭建機器進行數字化熱成形也是很方便的。

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最後從圖像形變上引申一點。其實我們身邊還有很多類似的應用，需要將二維圖像對應」投射「到三維物體物體上。而在這個過程中，由於三維物體獨特的形態，二維圖像需要進行一些形變處理才能完全貼合三維物體。一個例子是projection mapping (投影貼圖)，即利用投影儀投射出經過形變處理的二維圖像，到一個三維物體或空間中。

另一個例子是地圖／地球儀的製作。將一張平面的地圖映射到不同的三維立體形態上，這個平面地圖的形變補償也會不同。如下圖。

2D到3D, 3D到2D還是很有意思很值得研究的，不過這個坑留著以後再挖吧。