Spalviniai efektai iš skaidrių 3-D spausdintų nanostruktūrų

Exposing Digital Photography by Dan Armendariz (Birželis 2019).

Anonim

Dauguma objektų, kuriuos mes matome, yra dažomi pigmentais, tačiau naudojant pigmentus yra trūkumų: tokios spalvos gali išnykti, pramoniniai pigmentai dažnai yra toksiški ir tam tikras spalvos efektas neįmanomas. Tačiau gamtinis pasaulis taip pat pasižymi struktūrine spalva, kai objekto mikrostruktūra sukelia įvairių spalvų atsiradimą. Pavyzdžiui, pūkų plunksnos yra pigmentuojamos rudos spalvos, tačiau dėl ilgų dulkių per plunksnų atspindi spalvingą, žydrą bliuzą ir žalią, kurį matome ir žavisi. Naujausios technologijos pažangos dėka praktiškai buvo sukurta nanostruktūrų rūšis, dėl kurių atsiranda struktūrinė spalva, dabar sukūrė Austrijos mokslo ir technologijų instituto (IST Austrija) ir Karaliaus Abdullaho mokslo ir technologijų universiteto (KAUST) kompiuterių mokslininkai. skaičiavimo įrankis, kuris automatiškai sukuria 3-D spausdinimo šablonus nanostruktūroms, atitinkančioms vartotojo apibrėžtas spalvas. Jų darbas parodo didelį pramoninio dažiklio potencialą ir suteikia galimybę ne ekspertams kurti savo dizainą. Šis projektas bus pristatytas šio metų viršutinėje kompiuterinės grafikos konferencijoje, SIGGRAPH 2018, pirmojo autoriaus ir IST Austrijos postdok Thomas Auzinger.

Chameleono ir ryškių morfinio drugelio bliuzo ir žalumos spalvų spalvos, tarp daugelio kitų gamtoje, yra struktūrinės spalvos, kai nanostruktūros sukelia trikdžių poveikį šviesoje, todėl makroskopiškai žiūri įvairias spalvas. Konstrukcinė spalva turi tam tikrų pranašumų prieš dažymą pigmentais (kai absorbuojami tam tikri bangos ilgiai), tačiau iki šiol technologijos ribos reiškia gaminti tokias nanostruktūras, kurių reikia labai specializuotų metodų. Tačiau naujos "tiesioginio lazerinio rašymo" sąrankos išlaidos yra tokios pat kaip ir aukštos kokybės pramoninis 3-D spausdintuvas, ir leidžia spausdinti šimtus nanometrų (100 - 1000 kartų plonesni už žmogaus plaukus). atveria mokslininkams galimybes eksperimentuoti su struktūrine spalva.

Iki šiol mokslininkai pirmiausia eksperimentavo su natūraliomis natūraliomis nanostruktūromis arba su paprastais, reguliariais nanostruktūriniais modeliais (pvz., Eilė po stulpų eilės). Tačiau Thomas Auzinger ir Bernd Bickel iš Austrijos IST kartu su KAUSTo Wolfgang Heidrichu pasiūlė naują novatorišką požiūrį, kuris įvairiais būdais skiriasi. Pirma, jie išsprendžia atvirkštinio dizaino užduotį: vartotojas įveda spalvą, kurią jie nori pakartoti, o paskui kompiuteris sukuria nanostruktūros modelį, kuris suteikia tokią spalvą, o ne bando atkurti gamtoje randamas struktūras. Be to, "mūsų projektavimo įrankis yra visiškai automatinis, " sako Thomas Auzinger. "Iš vartotojo nereikia papildomų pastangų".

Antra, šablono nanostruktūros neatitinka tam tikro modelio arba turi reguliarią struktūrą; atrodo, kad jie yra atsitiktinai sudaryti-radikaliai pertrauka nuo ankstesnių metodų, tačiau vienas turi daug pranašumų. "Kai žiūri į kompiuterio sukurtą šabloną, aš negaliu pasakyti pagal struktūrą, jei matau mėlyną, raudoną ar žalią spalvą", - aiškina Auzinger. "Bet tai reiškia, kad kompiuteris randa sprendimus, kurių mes, kaip ir žmonės, negalime. Ši laisvos formos struktūra yra labai galinga: ji suteikia daugiau lankstumo ir suteikia daugiau papildomų spalvinimo efektų". Pavyzdžiui, jų dizaino įrankis gali būti naudojamas spausdinti kvadrato, kuris yra raudonas iš vieno kampo, o mėlynas - iš kitos (žinomas kaip nukreipiamasis dažymas).

Galiausiai, ankstesnės pastangos taip pat suklupo, kai buvo padaryta faktinė gamyba: dažniausiai dizaino spausdinimas buvo neįmanomas. Tačiau naujas dizaino įrankis garantuoja, kad vartotojas pasieks spausdinamą šabloną, todėl jis yra labai naudingas būsimiems struktūrinių spalvų pokyčiams pramonėje. "Projektavimo įrankis gali būti naudojamas naujų spalvų ir kitų įrankių prototipams, taip pat rasti įdomias struktūras, kurios gali būti gaminamos pramoniniu būdu", - priduria Auzinger. Pradiniai projektavimo įrankio testai jau padarė sėkmingų rezultatų. "Nuostabu, kad kažkas, sudarytas iš visiškai aiškių medžiagų, yra spalvotas tik dėl žmonių akyje nematomų struktūrų", - teigia IST Austrijos profesorius Bernardas Bickelis. "Mes norime eksperimentuoti su papildomomis medžiagomis, siekdami išplėsti galimų rezultatų spektrą".

"Tai ypač įdomu liudyti apie vis didėjantį skaičiavimo įrankių gamyboje vaidmenį, - daro išvadą Auzinger'is, - ir dar labiau įdomu suprasti" kompiuterinės grafikos "plėtrą, apimančią fizinius ir virtualius vaizdus."

menu
menu