讓世界立體起來

關主 奧秘精靈

闖關小先鋒 小好問 小粗心 小靈通

“最近爸爸媽媽帶我去電影院看電影，絕大部分影片都是3D版本，就連《泰坦尼克號》這樣的老電影去年也推出了3D版。”小好問感嘆說。

他身旁的小靈通附和說：“是啊，最近‘3D可是熱門詞匯。”

“可不是嘛，除了3D電影，還有3D電視、3D游戲、3D眼鏡等。奧秘精靈，這‘3D真有這么好嗎？為什么科學家都熱衷于研究這項科技呢？”小粗心轉頭看向奧秘精靈。

“既然你們大家都有興趣，不妨今天我們來了解了解下3D技術吧！”

第一關 三維世界

“要了解3D技術，首先要知道什么叫3D，你們清楚嗎？”

小靈通首先回答：“3D的中文意思是三維空間，由長、寬、高三個坐標構成。”

小粗心補充說：“3D是針對2D而言的，2D是平面，3D是立體的，就如數(shù)學里的平面幾何和立體幾何。”

小好問：“他們把我知道的都說了，就我看3D電影的感受來說，跟一般的電影相比，3D技術讓電影里的場景顯得更加真實生動，戴上眼鏡之后，仿佛一切就發(fā)生在眼前。”

[關主釋答]

沒錯，小靈通和小粗心回答得很好，而小好問則是通過自己的親身體會來作答，也很好。

3D，其實是英文“Three Dimensions”的簡稱，是指三維、三個維度、三個坐標，即有長、有寬、有高，換句話說，就是立體的，是相對于只有長和寬的平面而言。我們的眼睛和身體感知到的這個世界都是三維立體的，并且具有豐富的色彩、光澤、表面、材質(zhì)等外觀質(zhì)感，以及巧妙而錯綜復雜的內(nèi)部結構和時空動態(tài)的運動關系；我們對這世界的任何發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的原始沖動都是三維的。

但是在人類漫長的歷史進程中，局于技術條件的限制，無法簡便、直接、快捷地用直觀三維的方式來描述這個三維的世界，只能在二維平面上表達和傳遞對這個世界的認識和創(chuàng)造。直到上個世紀電腦與網(wǎng)絡的誕生，基于電腦和互聯(lián)網(wǎng)的三維數(shù)字化技術，終于使人們對現(xiàn)實三維世界的認識重新回歸到了原始的直觀立體的境界。

第二關 空中的畫筆

奧秘精靈從工作室里拿出一樣東西，沖小先鋒們說：“你們看，這是最新研發(fā)的3D筆。”他高高舉起手中的3D筆展示著，“下面，讓你們見識一下它的神奇之處。”說完，奧秘精靈開始在桌面上涂涂畫畫，不一會兒，一個四四方方的正方體出現(xiàn)在大家眼前，又一會兒，一根類似于彈簧的曲線立在了桌子上。

小先鋒們立刻被關主創(chuàng)作的神奇作品所吸引，瞪大了雙眼觀察著。

“怎么樣，很神奇吧，它能在空中或物體表面作畫哦，你們知道它其中的奧秘嗎？”

小粗心：“這支筆畫出來的線條是硬的，所以能立起來。”

小好問嘗試著用手指碰了碰奧秘精靈的“作品”：“它們摸起來像是塑料，畫筆里出來的應該是塑料線條。”

小靈通仔細觀察了一番說：“我也覺得像是塑料，應該是把塑料加熱到一定程度讓它能夠從筆尖出來，然后在空中能夠立起來。”

[關主釋答]

哈哈，看來你們也看出了幾分門道。沒錯，這款3D筆采用的就是塑料加熱速凍的方法。它用起來十分方便，研發(fā)者號稱“只要會拿筆，就能在空中隨意涂鴉”，從簡單的線條到復雜的恐龍，都能用它描述出來。使用者不需要借助任何軟件或電腦，只需插上電源，等上幾分鐘就能作畫了。目前筆內(nèi)使用的特殊“墨水”是各種顏色的塑料線，當用筆在空中畫圖形時，涌出塑料線在筆中風扇的作用下會立即冷卻，隨后出現(xiàn)一個3D結構模型。

3D筆畫出來的大部分物體都可以在幾分鐘內(nèi)完成，但一些精細化物體耗時可能較長，如埃菲爾鐵塔模型，經(jīng)過一系列的連接和組裝45分鐘就能“畫”出來。使用者可以根據(jù)藝術家事先設計的圖形畫出立體模型，也可以即興創(chuàng)作，畫戒指、畫手表、畫車、畫房子，實現(xiàn)奇思妙想。

第三關 魔法打印機

這一次，奧秘精靈把小先鋒們帶到工作室的一臺機器前：“這一關，咱們來看看更厲害的3D技術。可別小看了眼前這臺機器，它是一臺3D打印機。”之后，奧秘精靈在機器旁的電腦上搗鼓起來，顯示屏上出現(xiàn)了一個小男孩的立體形象。奧秘精靈按照確認鍵后，機器就開始動起來，不久之后一個小巧的小男孩模型就出現(xiàn)了。

“看看是不是跟圖片上的小男孩一模一樣？這一關你們要試著分析一下3D打印機的原理。”

小粗心：“哇，太神奇了，以后我想要什么玩具直接打印就行了，再也不用求著爸爸媽媽幫我買了。”

小靈通：“小粗心別盡想著玩，咱們這可是在闖關呢。我覺得應該是先利用電腦制作出小男孩的立體圖像，再把立體圖像的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱蛴C中，打印機利用從點到面的方法，一點點地把物體噴制出來的。”

小好問：“其實我覺得3D筆跟這臺3D打印機有異曲同工之妙，采用都是用塑料之類的原材料，只是3D打印機要根據(jù)提前建立的數(shù)據(jù)來制造出人們想要的物品。”

[關主釋答]

這一關小靈通和小好問表現(xiàn)不錯。3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的一種設備，功能上與激光成型技術一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體。每一層的打印過程分為兩步：首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替噴灑下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。

目前的3D打印機可以使用塑料、樹脂、石膏等各種原材料。這項技術也已經(jīng)被運用于航天和國防、醫(yī)療設備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)等各個領域。相信在不久的將來，3D技術將有更好的發(fā)展，造福于我們生活的方方面面。

（責任編校：湯文培）