Skupina počítačové grafiky na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy společně s kolegy ze zahraničí vyvinula novou metodu pro zdokonalení plnobarevného 3D tisku. Technologie je postavená na strojovém učení a umožňuje vytvářet přesnější trojrozměrné modely za kratší čas. Závěry akademického bádání jsou součástí publikované studie.
Matfyz novou metodu popisuje takto:
Při plnobarevném 3D tisku tisková hlava nerozpouští plast, ale vypouští drobné kapičky tekuté pryskyřice a okamžitě je vytvrzuje pomocí UV záření. Stejně jako u každé techniky aditivní výroby se tento proces opakuje vrstvu po vrstvě, a tak vzniká trojrozměrný objekt.
Technologie 3D tisku dnes nachází uplatnění zejména v oblasti průmyslu (výroba prototypů), lékařství (protetika), ale také třeba v archeologii nebo v zábavním průmyslu. Americká firma Mixed Dimensions například nedávno začala zakázkově vyrábět trojrozměrné modely herních postav. 3D tisk využívá i animační studio LAIKA, které s pomocí této technologie vytváří mimiku postaviček ve stop-motion filmech.
Podobně jako u 2D tisku, i v případě 3D vzniká široká škála barevných odstínů umístěním více základních materiálů (CMYK+W) vedle sebe. Materiály se skládají z poloprůhledné pryskyřice, která dovoluje, aby světlo procházelo mírně pod povrch. Tato průsvitnost pak umožňuje prostřednictvím různých poměrů absorbujících základních materiálů subtraktivně namíchat různé barvy.
Přestože je tato metoda značně flexibilní, má určitá omezení v oblasti jemných detailů: Při míchání barev jsou detaily textury rozmazané a tvrdé hrany ztrácejí kontrast z bočního světla rozptýleného pod povrchem. Rozostření je navíc trojrozměrné, což znamená, že ovlivňuje i barvy na protilehlých stranách tenkých částí objektu.
V předchozí práci (zde a zde) vědci ukázali, že ostrost i kontrast je možné obnovit prostřednictvím pečlivého výběru rozmístění materiálu. S pomocí virtuální simulace tištěného vzhledu je možné najít takové uspořádání materiálů, které nejvěrněji reprodukuje vstupní objekt.
V aktuální studii vědci představili novou techniku této virtuální simulace. Ta je až 300krát rychlejší než předchozí metody a zároveň vyžaduje pouze jeden grafický procesor namísto celého výpočetního clusteru. Na základě poučení z milionů cvičných příkladů je neuronová síť schopna efektivně předvídat, jak se světlo bude pod povrchem rozptylovat a jak bude daný bod na povrchu ovlivňován okolním materiálem.
Podle vědců se díky nové simulaci zkrátí doba přípravy barevného 3D modelu z desítek hodin na několik minut, což umožňuje, aby se tato technika skutečně využívala v praxi. Autoři jsou přesvědčeni, že nová metoda, v kombinaci se současným hardwarem 3D tiskáren, umožní vytvářet modely s věrnými povrchy, než jaké může nabídnout tradiční software pro přípravu tisku.
