Clay ARTools：基于Craft灵感直接操控工具的AR粘土3D打印精密机床路径编辑

文献标题

Clay ARTools: Precise Machine Toolpath Editing for Clay 3D Printing With Craft-Inspired Direct Manipulation Tools in AR

出版信息

• 主题领域: 基于CAM的增强现实系统在陶土3D打印设计中的应用。
• 关键词: 增强现实, 基于CAM的设计, 陶土3D打印, 数字陶瓷工具, 刀路编辑, 具身交互, 表面纹理, 工艺启发工具, 程序化修饰, 人机交互。

背景与问题

• 问题 / 挑战: 当前的陶土3D打印工作流程依赖于基于CAD的系统，这些系统抽象了物理工艺实践，限制了具身空间设计和精确刀路控制的能力。
• 意义: 缩小手工陶艺实践与陶土3D打印中计算精度之间的差距，可以拓展创作可能性并提高陶艺家的可及性。
• 动机与相关工作: 先前的研究探索了基于CAM的设计和用于制造的增强现实系统，但这些方法缺乏熟练陶土3D打印所需的精确性和具身交互。本论文通过将物理工具隐喻整合到增强现实工作流程中，解决了这一差距。

解决方案

• 提出的方法: Clay ARtools 是一个基于CAM设计的增强现实系统，通过引入受物理工具启发的数字陶瓷工具，实现精确的刀路编辑和具身交互。
• 创新点:
  1. 开发了数字陶瓷工具（如刮板、印章、刷子），作为物理工具的增强现实代理。
  2. 引入了程序化修饰（纹理化、重复、遮罩）以增强工具功能。
  3. 将增强现实工作流程与陶艺工作室环境相结合，实现现场设计。
• 流程与关键技术:
  • 工具通过空中手势与刀路交互，允许在单个刀路点的分辨率上进行变形和纹理化操作。
  • 修饰功能扩展了工具的能力，实现了径向重复和基于灰度的纹理化等效果。
  • 简单的创作工作流程允许用户使用2D位图图像创建自定义工具和纹理。
  • 系统运行在HoloLens 2上，使用Unity实现基于手势的交互和可视化。

结果

• 具体发现:
  • 制作了23件陶土3D打印作品，展示了多样的形式、纹理和功能元素。
  • 程序化的重复和纹理修饰实现了复杂设计，例如下垂的环形结构和拼贴图案。
  • 系统支持精确的刀路编辑和具身交互，使用户能够同时塑造形式和应用纹理。
• 相较基线的优势:
  • 与基于CAD的工作流程不同，Clay ARtools 允许通过具身手势直接操作刀路，保留了物理工具的工艺逻辑，同时实现了计算精度。
  • 系统简化了设计工作流程，减少了对外部切片器和复杂CAD软件的依赖。
• 实验 / 评估:
  • 与一位专业陶艺家的合作开发为工具设计和工作流程验证提供了支持。
  • 迭代实验表明系统的可用性和创作潜力，作品在美学和功能性上达到了专业标准。
• 局限性与未来工作:
  • 缺乏触觉反馈以及空中交互精确性方面的挑战被认为是局限性。
  • 未来工作可以探索触觉集成、计算对齐技术以及系统在其他工艺领域的适用性。

总结

Clay ARtools 通过引入基于增强现实的数字陶瓷工具和程序化修饰，缩小了手工陶艺实践与陶土3D打印中计算精度之间的差距。系统支持具身交互和精确的刀路编辑，使得复杂形式和纹理的创作成为可能。与陶艺家的合作开发验证了其可用性和创作潜力，共制作了23件展示其能力的作品。尽管仍存在触觉反馈不足等局限性，该系统为将增强现实工作流程扩展到其他工艺和制造领域提供了有前景的方向。