Computermodell sagt voraus, wie Menschen die Weichheit von 3-D-gedruckten Objekten wahrnehmen

Anonim

Eine Plastikente, die von einem 3D-Drucker produziert wird, kann genauso aussehen wie die von einem anderen Drucker produzierte, aber es fühlt sich nicht unbedingt gleich an. Um den Designern zu helfen, Kopien mit dem gleichen Gefühl und dem gleichen Aussehen des Originals herzustellen, haben Forscher eine Möglichkeit entwickelt, die wahrgenommene Weichheit und Steifigkeit eines Objekts vorherzusagen.

Eine solche Fähigkeit wäre wichtig für die Herstellung von Kleidungsstücken, die durchgehend bequem sind, sowie von Spielzeug und anderen Objekten, von denen erwartet wird, dass sie in einer vorhersagbaren, austauschbaren Weise funktionieren, sagte David Levin, ein assoziierter Forscher bei Disney Research.

Die Forscher erstellten ein Wahrnehmungsmodell für nichtlineare elastische Objekte - Objekte, deren Steifigkeit abhängig davon variiert, wie stark sie komprimiert sind. Das Modell basiert auf den Ergebnissen von Experimenten, bei denen Menschen an 3-D-gedruckten Materialien stocherten und ihre Haptik verglichen.

Die Forscher - darunter Wissenschaftler von Disney Research, dem Massachusetts Institute of Technology, dem Max-Planck-Institut für Informatik sowie Saarland-, Comenius- und Harvard-Universitäten - werden ihr Modell am 24. Juli auf der ACM International Conference on Computer Graphics & Interactive Techniques (SIGGRAPH) in Anaheim, Kalifornien.

"Die Wahrnehmung der Weichheit eines Materials ist ein komplexes Phänomen und kann nicht einfach dadurch bestimmt werden, wie stark sich das Material bei einer bestimmten Kraft verformt", sagt Jessica Hodgins, Vice President bei Disney Research. "Die Leute verwenden viele Hinweise, um die Weichheit zu beurteilen, einschließlich Textur, Größe und Position. Daher war es wichtig, das Modell auf das zu stützen, was Menschen wahrnehmen. Dieses Team war in der Lage, genau zu sagen, wie sich Objekte verschiedener Materialien und Geometrien anfühlen. "

Obwohl 3D-Drucker Objekte mit der gleichen Form erzeugen können, verwenden nicht alle 3D-Drucker die gleichen Rohstoffe oder Prozesse, was bedeutet, dass sie nicht immer Objekte mit dem gleichen Gefühl erzeugen, sagte Wojciech Matusik, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Elektronik Informatik am Labor für Informatik und Künstliche Intelligenz des MIT. Durch Variieren der internen Struktur des Objekts ist es jedoch möglich, zu bestimmen, wie ein Objekt auf Drücken und Stoßen reagiert.

Das Wahrnehmungsmodell kann diesen Prozess steuern, so dass Objekte, die von verschiedenen Druckern mit unterschiedlichen Materialien produziert werden, sich letztendlich gleich anfühlen, fügte er hinzu.

Bei der Entwicklung ihres Modells nahmen die Forscher ihre physikalischen Messungen darüber vor, wie Kraft 12 Probenmaterialien verformt und damit in Verbindung gebracht hat, wie 20 Personen das Gefühl dieser Materialien wahrgenommen haben. Die Leute wurden gebeten, drei Materialblöcke gleichzeitig zu bewerten; jedes von ihnen wurde mit 78 solcher Versuche vorgestellt, was zu insgesamt 1.560 Vergleichen führt.

Da die Form auch das Gefühl eines Objekts beeinflusst, wurde das Modell über diese einfachen Formen hinaus erweitert, um komplexere Geometrien zu berücksichtigen. Um die Ausdehnung zu bestätigen, wurden Verschiebungen an verschiedenen Punkten an einer Plastikente gemessen und dann wurden Tester gebeten, das gleiche Objekt zu tasten und ihr Gefühl basierend auf verschiedenen Punkten - Kopf, Spitze des Schnabels, Körper und Schwanz - zu bewerten.

Das gesamte Modell wurde anschließend in Tests validiert, in denen es die von den Teilnehmern ausgewählten Objekte anhand ihrer Wahrnehmung, welche Objekte sich am unähnlichsten fühlten, genau vorhersagen konnte.

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