想象一下，如果可以自己在家利用 3D 打印机，制作一款能与 AR/VR 头显一起使用的带有追踪功能的输入设备玩游戏，将会是多么有趣的一件事？而这一切可以通过一枚 " 隐形 " 的 AR 标签实现。

来自 meta（Facebook）Reality Labs 和麻省理工学院（MIT）的研究人员已经开发出一种 3D 打印物体的方法，这些物体可以印上人们肉眼看不见的 AR 标签。

该研究团队近日发布了一篇题为 "InfraredTags: 使用低成本、基于红外线的 3D 打印和成像工具嵌入不可见的 AR 标签和条形码 " 的研究论文，其在论文中指出，通过设计具有内置间隙的部件，可将图案转化为二维码，然后用红外（IR）发射灯丝将 AR 标签 3D 打印到物体间隙中，从而可以创建出与 AR 设备对接的物体。

工程师们说，这样做就可以追踪这些物品的运动，甚至可以将它们用作游戏控制器，这可以让用户在家里自己利用 3D 打印机制造多种多样的游戏输入设备。

使用这种方法，研究人员发现他们能够打印一个方向盘控制器来玩赛车游戏

图源：MIT/Facebook Reality Labs

让 AR 标签整合变得更容易

现在，AR 技术已经被应用于如医疗外科、培训、元宇宙等多个方面，开始真正地成为主流。而 3D 打印也是一种前沿技术，经常被誉为是传统方法的颠覆者，研究人员也看到了两种技术的适配性，并开始尝试将两者结合起来探索它们的潜力。

虽然已经开发了一些方法来实现这一目标，但麻省理工学院以及 Facebook 团队表示，想要这项技术被广泛采用仍然存在着局限性。例如，关于该团队 2017 年推出的 AirCode 和 InfraStructs 程序，研究人员认为它们只是取得了有限的成功，因为想要实现它们的功能必须以复杂的、昂贵的硬件设置为代价。

为了解决这些问题，工程师们建议用红外灯丝对物体进行 3D 打印，并利用空气间隙来印上 AR 标签，还可以用低成本的相机进行扫描。虽然他们承认这项技术在 2019 年的 LayerCode 项目中已经进行了试验，但当时需要提前将树脂材料浸泡在红外染料中，并通过昂贵的改装打印机进行沉积，因此该团队后续围绕现成的材料开展了研究。

"（在我们的方法中）物体的主要几何形状是使用红外灯丝 3D 打印而成的，而标签本身是通过留出空气间隙来创建的，" 该团队在他们的论文中解释道。" 因为主要的几何形状在红外区域是半透明的，近红外相机可以看穿它并捕捉到空气间隙，即标签，它能够以不同的强度显示出来。"

研究人员的 InfraredTag 嵌入界面

用打印的控制器进行游戏

为了将他们的无障碍 AR 标签整合印刷的愿景变为现实，研究人员最初用一个日常的 FDM 系统，使用带红外发射的 PLA（聚乳酸，一种新型生物降解材料）将标签嵌入到一个物体中。虽然这能够制作出一个可读的标签，但该团队后来发现，通过将他们的材料与常规的 PLA 混合，他们能够改善间隙和填充区域之间的对比度，从而产生更清晰的标签。

在优化了他们的 3D 打印方法后，工程师们又将注意力转移到了二维码与数字设备的对接上。虽然研究人员坚持认为他们的标签可以通过许多智能手机的红外相机读取，但该团队也承认这是一个高级功能，可能有许多智能手机并没有搭载红外相机。所以为了确保他们的方法可以使用，他们还开发了一个定制的成像模块和应用程序。

研究人员设计的这款适配器由一个红外摄像头和可见光截止过滤器以及两个红外 LED 组成，用于在黑暗中照亮物体，它们被安装在一个 TPU 3D 打印的外壳上，据说可以与任何现代智能手机一起使用。更重要的是，在使用过程中，这个附加装置会向用户显示他们能看到的东西，而不是仅仅向他们提供红外信号。在 AR 应用中使用时，还可以在上面叠加更多信息。

这项技术被研究团队命名为 "InfraredTag"，为了进行现场测试，该团队将其用于 3D 打印一个嵌入标签的轮子，这使得轮子的运动可以被追踪，并能够作为游戏的转向输入设备使用。该团队建议，在未来，像这样的物体可以理想地用于适配带有红外功能的 AR 头显，如微软的 HoloLens 2，同时也非常适合于数据共享。

" 在物体本身的空间嵌入元数据或文档信息，可以提供更丰富的环境信息，并允许信息共享，" 该团队总结道。" 例如，我们可以将物体的制造 / 原产地链接（如缩短的 Thingiverse URL）嵌入到 InfraredTag 中，供用户查询，以备他们想从创作者那里获得更多信息或自己进行 3D 打印。"

该团队为没有配备红外装备的智能手机设计的适配器

AR 在 3D 打印领域中的影响越来越大

尽管结合 3D 打印和 AR 技术的实验仍处于早期阶段，但 AR 正日益吸引着增材制造行业的目光。

在过去，将水印集成到 3D 打印部件中的技术引起了埃克塞特大学和杜伦大学研究人员的关注，他们将其描述为对人们隐私的 " 日益增长的威胁 "。然而，InfraTrac 的首席执行官 Sharon Flank 后来给这些说法泼了冷水，说她不认为追踪 3D 打印设计文件是制造商面临的 " 大危险之一 "。

meta 公司本身也投入了大量精力来研究利用增材制造技术开发游戏控制器的潜力，其在之前已经制造了 3D 打印的 AR 手套。这些手套也是由该公司的 Reality Labs 团队与康奈尔大学的研究人员共同开发的，当它们被披露时，人们认为这些支持触觉反馈的可穿戴设备可以配合 Oculus Rift 使用。

除了 meta 外，Luxexcel 也与波导制造商 WaveOptics 合作，使用 3D 打印技术打印了具有 AR 功能的智能眼镜。这两家公司的镜片模块被设计为既可用于视力矫正，又可用于 AR，同时保留了常规的外形尺寸，使它们能够被整合到传统的眼镜框中。

原文链接：https://3dprintingindustry.com/news/facebook-develops-new-invisible-3d-printed-ar-tags-transforming-objects-into-gaming-controllers-205018/

该论文由 Mustafa Doga Dogan、Ahmad Taka、Michael Lu、Yunyi Zhu、Akshat Kumar、Aakar Gupta 和 Stefanie Mueller 共同撰写。

完整论文可查看：https://arxiv.org/pdf/2202.06165.pdf