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摘 要：目前对于大众人群来说，建模难与3D打印贵是阻碍用户创新的两大难点，本项目将3D打印、AR技术、革命性的3D手指建模软件与互联网共享经济的结合，为大众提供一整套完整的创造解决方案。
关键词：3D打印机;3D建模;AR技术;互联网
0引言
近年来，3D打印技术逐渐进入人们的视野，但是对于大众人群，该方便快捷的技术并没有机会融入人们的日常生活。在本项目中，通过AR与手指建模软件的结合，用户即可使用手机在手指建模的过程中结合AR，使其在建模全过程都能如同在现实中捏制模型，非常直观简易。结合本项目的共享打印机，降低用户门槛，帮用户完成原有困难重重的3D模型打印。
1 3D打印机普及的困难
1）打印速度慢
目前的3D打印机的速度较慢，为了更好的打印精度，通常情况下会把速度调为30-50mm/s，对于客户而言，完成他们想要的作品，则必须等待数十个小时，从而导致耐心下降。
2）打印耗材有限
虽然目前桌面级3D打印机可以打印百余种耗材，但对于用户常用的材料而言，只有寥寥几种，在技术上还未完全成熟，长时间的使用最终导致的是用户心理上的疲倦。就目前而言，并不能完全取得市场用户的信赖。
3）建模难
3D打印需要一个3D建模格式的文件，你如果打印一个物件首先需要把这个东西用3D建模软件设计出来，这个过程并不是个简单的事情，这导致用户放弃用3D打印而改用其它方法制作物品。
针对以上的困难我们提出了本项目的共享打印机，降低用户门槛，帮用户完成原有困难重重的3D模型打印。
2 系统组成
2.1产品硬件方面：
机柜内设置3D打印机，结合搭建的公众号、小程序、及"WE DREAM”软件实现共享3D打印服务。同时机柜内逐渐设立3D扫描仪、彩色3D打印机，以满足大众用户的全部需求。
2.2产品软件方面;
本公司将搭建微信公众号与小程序，结合云切片技术，以满足轻量级3D打印服务。
" WE DREAM”软件，通过该软件用户轻而易举地实现手指建模，并通过AR（增强现实）技术使用户在建模的过程中能实时在手机中观察模型融入现实的样子，实现建模过程的可视化，做到所见即所得。
配合机柜内设备，可对现实中物体进行数字化，在"WE DREAM”软件中可对其进行再编辑，结合机柜的打印服务，轻松实现物体的复刻。并针对行业用户推出专业性更强的MR（混合现实）建模结合云计算，使行业内用户建模更高效，变革原有的建模行业，实现对行业用户的渗透。
2.2.1 AR建模软件"WE DREAM”运行原理
①什么是AR：
AR（增强现实），AR即通过算法将虚拟信息叠加到现实世界中，建模软件利用了AR 如上的特性，将用户建模的虚拟过程实时叠加于现实当中，使用户透过手机可以直观地看见制作模型的实体大小，色彩等信息。同时借助AR技术中的部分特性，使得用户可以从任意角度观察物体，这些改变解决了原有建模软件缺乏直观的痛点，使用户可以在制作过程中实时且任意角度观察自己所制作的模型，并且由此也可以规避许多不必要的问题，例如3D打印完的器件无法完美的适配家庭环境。
②AR运行原理及过程
由AR API来实现相机捕捉现实世界图像，使用Scene API在图像中显示虚拟3D模型。
其中在AR API 中的ARSession的主要目的就是负责追踪相机在3D世界中的位置以及一些特征场景的捕捉，找平面。AR API中的ARWorldTrackingSessionConfiguration（会话追踪配置）的作用是跟踪设备的方向和位置，以及检测设备摄像头看到的现实世界的表面。它的内部实现了一系列非常庞大的算法计算以及调用了用户手机的IMU，地磁传感器来检测手机的移动及旋转甚至是翻滚。在一个完整的虚拟增强现实体验中。
通过以上几个主要部分将真实世界画面转变为一个3D场景，这一个转变的过程主要分为两个环节：由ARCamera负责捕捉摄像头画面，由ARSession负责搭建3D场景。
③"WE DREAM” 建模软件的运行过程
1.ARSCNView加载场景SCNScene
2.SCNScene启动相机ARCamera开始捕捉场景
3.捕捉场景后ARSCNView开始将场景数据交给Session
4.Session通过管理ARSessionConfiguration實现场景的追踪同时ARWorldTrackingSessionConfiguration计算出相机在3D世界中的位置时并且返回一个ARFrame函数
5.给ARSCNView的scene添加一个子节点（3D物体模型）
6.显示ARSCNView 在用户手机屏幕上，此时用户可以看见自己制作的3D模型的具体样式
7.用户此时对3D模型进行调整后，软件将会运行4-6阶段，实时更新模型状态
8.由此用户即可做到通过手指建模并且借助AR（增强现实）的力量直观的预览自己制作的模型。
9.用户制作完后，即可选择机柜进行打印。
3系统流程
3.1机柜运行原理
1. 用户扫码跳转到微信小程序后，引导用户提交照片，服务器通过云切片算法将照片3D化，返回3D模型并利用AR技术使用户预览制作成品样式，用户在小程序端完成支付，确认收款后发送数据至机柜控制板，同时屏幕显示打印进度及对应打印机窗口
2. 控制板发送彩色文件至覆膜打印机处，控制纸槽选择覆膜大小，纸张通过打印机后沿导轨传送至分配到的3D打印机处，通过伺服电机定位覆膜
3. 传感器检测到覆膜后，回传控制板数据
4. 控制板发送3D打印数据至3D打印机，开始3D成型
5. 打印结束后，控制板开启机柜玻璃门，用户取出打印成品
6. 控制板控制对应相框滑落至取货口
4 结束语
（1） 本项目实现的功能
在本项目中，通过AR与手指建模软件的结合，用户即可使用手机在手指建模的过程中结合AR，使其在建模全过程都能如同在现实中捏制模型，非常直观简易。结合本项目的共享打印机，降低用户门槛，帮用户完成原有困难重重的3D模型打印。
（2）未来期望
该项目能新思路导入行业市场，以高校及初创产业园为跳板逐步耕耘行业市场，提供精度极高的光敏打印技术，并结合5G积极开展云计算提供服务，并结合自研的专业级的AR与VR结合的建模技术，其在用户建模难度、建模效率、建模质量、打印质量等一系列需求均相较原有平台有了革命性的提升。并且行业用户不需要为硬件投入购买维护的费用，将有望提升用户事业的发展效率。
参考文献：
[1]史玉升; 张李超; 白宇;赵祖烨.《3D打印技术的发展及其软件实现》.中国科学：信息科学，（2015-02）
[2]邵天骏;郎庆阳;兰元一;潘锐;冯海洋.《创新实践中拼装3D打印机应用研究》.科技风，（2020-4）
[3]黄斯思.《浅谈AR技术在交互设计中的运用》.大众文艺，（2020-3）
[4]夏蕾.《探析VR/AR应用场景及关键技术》. 电脑编程技巧与维护，（2018-10）
作者简介：
温锦龙（1999-）男，上海，本科在读，单位：上海工程技术大学，研究方向：城市轨道交通车辆工程。
关键词：3D打印机;3D建模;AR技术;互联网
0引言
近年来，3D打印技术逐渐进入人们的视野，但是对于大众人群，该方便快捷的技术并没有机会融入人们的日常生活。在本项目中，通过AR与手指建模软件的结合，用户即可使用手机在手指建模的过程中结合AR，使其在建模全过程都能如同在现实中捏制模型，非常直观简易。结合本项目的共享打印机，降低用户门槛，帮用户完成原有困难重重的3D模型打印。
1 3D打印机普及的困难
1）打印速度慢
目前的3D打印机的速度较慢，为了更好的打印精度，通常情况下会把速度调为30-50mm/s，对于客户而言，完成他们想要的作品，则必须等待数十个小时，从而导致耐心下降。
2）打印耗材有限
虽然目前桌面级3D打印机可以打印百余种耗材，但对于用户常用的材料而言，只有寥寥几种，在技术上还未完全成熟，长时间的使用最终导致的是用户心理上的疲倦。就目前而言，并不能完全取得市场用户的信赖。
3）建模难
3D打印需要一个3D建模格式的文件，你如果打印一个物件首先需要把这个东西用3D建模软件设计出来，这个过程并不是个简单的事情，这导致用户放弃用3D打印而改用其它方法制作物品。
针对以上的困难我们提出了本项目的共享打印机，降低用户门槛，帮用户完成原有困难重重的3D模型打印。
2 系统组成
2.1产品硬件方面：
机柜内设置3D打印机，结合搭建的公众号、小程序、及"WE DREAM”软件实现共享3D打印服务。同时机柜内逐渐设立3D扫描仪、彩色3D打印机，以满足大众用户的全部需求。
2.2产品软件方面;
本公司将搭建微信公众号与小程序，结合云切片技术，以满足轻量级3D打印服务。
" WE DREAM”软件，通过该软件用户轻而易举地实现手指建模，并通过AR（增强现实）技术使用户在建模的过程中能实时在手机中观察模型融入现实的样子，实现建模过程的可视化，做到所见即所得。
配合机柜内设备，可对现实中物体进行数字化，在"WE DREAM”软件中可对其进行再编辑，结合机柜的打印服务，轻松实现物体的复刻。并针对行业用户推出专业性更强的MR（混合现实）建模结合云计算，使行业内用户建模更高效，变革原有的建模行业，实现对行业用户的渗透。
2.2.1 AR建模软件"WE DREAM”运行原理
①什么是AR：
AR（增强现实），AR即通过算法将虚拟信息叠加到现实世界中，建模软件利用了AR 如上的特性，将用户建模的虚拟过程实时叠加于现实当中，使用户透过手机可以直观地看见制作模型的实体大小，色彩等信息。同时借助AR技术中的部分特性，使得用户可以从任意角度观察物体，这些改变解决了原有建模软件缺乏直观的痛点，使用户可以在制作过程中实时且任意角度观察自己所制作的模型，并且由此也可以规避许多不必要的问题，例如3D打印完的器件无法完美的适配家庭环境。
②AR运行原理及过程
由AR API来实现相机捕捉现实世界图像，使用Scene API在图像中显示虚拟3D模型。
其中在AR API 中的ARSession的主要目的就是负责追踪相机在3D世界中的位置以及一些特征场景的捕捉，找平面。AR API中的ARWorldTrackingSessionConfiguration（会话追踪配置）的作用是跟踪设备的方向和位置，以及检测设备摄像头看到的现实世界的表面。它的内部实现了一系列非常庞大的算法计算以及调用了用户手机的IMU，地磁传感器来检测手机的移动及旋转甚至是翻滚。在一个完整的虚拟增强现实体验中。
通过以上几个主要部分将真实世界画面转变为一个3D场景，这一个转变的过程主要分为两个环节：由ARCamera负责捕捉摄像头画面，由ARSession负责搭建3D场景。
③"WE DREAM” 建模软件的运行过程
1.ARSCNView加载场景SCNScene
2.SCNScene启动相机ARCamera开始捕捉场景
3.捕捉场景后ARSCNView开始将场景数据交给Session
4.Session通过管理ARSessionConfiguration實现场景的追踪同时ARWorldTrackingSessionConfiguration计算出相机在3D世界中的位置时并且返回一个ARFrame函数
5.给ARSCNView的scene添加一个子节点（3D物体模型）
6.显示ARSCNView 在用户手机屏幕上，此时用户可以看见自己制作的3D模型的具体样式
7.用户此时对3D模型进行调整后，软件将会运行4-6阶段，实时更新模型状态
8.由此用户即可做到通过手指建模并且借助AR（增强现实）的力量直观的预览自己制作的模型。
9.用户制作完后，即可选择机柜进行打印。
3系统流程
3.1机柜运行原理
1. 用户扫码跳转到微信小程序后，引导用户提交照片，服务器通过云切片算法将照片3D化，返回3D模型并利用AR技术使用户预览制作成品样式，用户在小程序端完成支付，确认收款后发送数据至机柜控制板，同时屏幕显示打印进度及对应打印机窗口
2. 控制板发送彩色文件至覆膜打印机处，控制纸槽选择覆膜大小，纸张通过打印机后沿导轨传送至分配到的3D打印机处，通过伺服电机定位覆膜
3. 传感器检测到覆膜后，回传控制板数据
4. 控制板发送3D打印数据至3D打印机，开始3D成型
5. 打印结束后，控制板开启机柜玻璃门，用户取出打印成品
6. 控制板控制对应相框滑落至取货口
4 结束语
（1） 本项目实现的功能
在本项目中，通过AR与手指建模软件的结合，用户即可使用手机在手指建模的过程中结合AR，使其在建模全过程都能如同在现实中捏制模型，非常直观简易。结合本项目的共享打印机，降低用户门槛，帮用户完成原有困难重重的3D模型打印。
（2）未来期望
该项目能新思路导入行业市场，以高校及初创产业园为跳板逐步耕耘行业市场，提供精度极高的光敏打印技术，并结合5G积极开展云计算提供服务，并结合自研的专业级的AR与VR结合的建模技术，其在用户建模难度、建模效率、建模质量、打印质量等一系列需求均相较原有平台有了革命性的提升。并且行业用户不需要为硬件投入购买维护的费用，将有望提升用户事业的发展效率。
参考文献：
[1]史玉升; 张李超; 白宇;赵祖烨.《3D打印技术的发展及其软件实现》.中国科学：信息科学，（2015-02）
[2]邵天骏;郎庆阳;兰元一;潘锐;冯海洋.《创新实践中拼装3D打印机应用研究》.科技风，（2020-4）
[3]黄斯思.《浅谈AR技术在交互设计中的运用》.大众文艺，（2020-3）
[4]夏蕾.《探析VR/AR应用场景及关键技术》. 电脑编程技巧与维护，（2018-10）
作者简介：
温锦龙（1999-）男，上海，本科在读，单位：上海工程技术大学，研究方向：城市轨道交通车辆工程。