Многослойная 3D-печать помогла точно воспроизвести цвета на картинах

Liand Shi et al. / SIGGRAPH Asia 2018

Инженеры из США и Тайланда разработали метод, позволяющий печатать на 3D-принтере репродукции картин, которые с высокой точностью воспроизводят цвета оригинала. Метод основан на печати множества слоев разными по цвету чернилами, благодаря чему удается получить максимально близкий к оригиналу цвет для каждого фрагмента картины. Разработка будет представлена на конференции SIGGRAPH Asia 2018.

Поскольку оригиналы картин существуют в единственном экземпляре, музеи создают их репродукции для того, чтобы обеспечить доступ к ним большему количеству людей, а также чтобы защитить оригиналы от разрушения. Как правило, репродукции создают с помощью высокоточных сканеров и принтеров. Но возможности этой техники ограничены и не позволяют сделать репродукцию полностью идентичной оригиналу во всех условиях. Это вызвано сразу несколькими недостатками. Один из них заключается в том, что обычно распространенные принтеры печатают всего четырьмя цветами (CMYK), из-за чего точность цветопередачи снижается. Кроме того, как правило, принтеры создают колориметрическое, а не спектральное воспроизведение цвета оригинала, из-за чего напечатанная картина близка к оригинальной лишь при определенном эталонном освещении.

Группа инженеров под руководством Войцеха Матусика (Wojciech Matusik) из Массачусетского технологического института создала метод создания репродукций картин, позволяющий точно передавать исходные цвета вне зависимости от освещения.


Процесс создания репродукции происходит в несколько этапов: сначала необходимо создать качественный скан оригинала, затем происходит расчет параметров 3D-печати, а после этого — непосредственно печать на 3D-принтере. Для того, чтобы получить максимально достоверную информацию о цветах на исходной картине, разработчики создали специальную сканирующую камеру. Она состоит из подложки для картины, расположенной над ней мультиспектральной камеры и расположенных по бокам светодиодных подсвечивающих панелей. При сканировании жидкокристаллический фильтр перед камерой меняет свою десятинанометровую полосу пропускания начиная от 420 нанометров и заканчивая 720 нанометрами. В это же время камера делает монохромные снимки и в итоге объединяет их в единый снимок, в котором каждому пикселю соответствует 31 спектральное значение.

Для воспроизведения отсканированного изображения разработчики использовали 3D-принтер, способный печатать множеством разных чернил. В разработанной ими схеме цвет задается комбинацией тонких напечатанных слоев, выполненных из материалов с разными цветами, а для плавного изменения цвета используется классический метод создания полутонового изображения. Разработчики создали две нейросети, одна из которых предсказывает спектр массива слоев из разных материалов. Ее авторы работы обучили на напечатанной пластине с множеством квадратов размером в миллиметр, состоящим из разных комбинаций слоев. После обучения первой сети ее использовали для обучения второй нейросети, которая выполняет обратную задачу — предсказывает оптимальное расположение слоев из разных материалов для предоставленного ей изображения.

После создания схемы слоев происходит непосредственная печать. Инженеры использовали созданный в 2015 году в Массачусетском технологическом институте 3D-принтер MultiFab, который способен печатать одновременно пятью материалами. Для него разработчики создали 9 цветных чернил, а также два вида белых. Расчеты показали, что печать их методом охватывает 79 процентов цветового пространства sRGB. Инженеры протестировали метод на разных картинах и при разном освещении, и показали, что он позволяет добиться гораздо более качественной передачи цвета, чем печать с помощью CMYK-принтера:

В 2016 году другая группа исследователей создала на основе творчества Рембрандта «усредненный» портрет и распечатала его на 3D-принтере. Особенностью работы стало то, что благодаря 3D-печати создателям удалось передать рельеф настоящего портрета маслом.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.