想像一下，當你轉動生日卡並從不同角度觀看時，生日卡會在生日蛋糕和鮮花的圖像之間閃動。毫無疑問，你可以想到其他例子，例如廣告中的這種變形圖像。然而，直到現在，這種效果還只限於平面。

麻省理工學院研究人員首次開發了一個系統，用於創建三維物體，當從不同角度看時，其外觀會發生變化。同一團隊還開發了一個可在網上免費使用的編輯工具，可以讓任何人設計和建造這樣的3D物體，所有這些都是通過3D打印完成的。

“麻省理工學院電子工程和計算機科學系（EECS）的研究生Yunyi Zhu說：”我們的工作開闢了物理對象可以是什麼的想法。”這是一個更大的願景的一部分，即製造能夠改變其外觀、顏色模式和形狀的動態物體。Zhu說：”我們解決了外觀問題，這是可重複編程物體概念的一個維度，”他是10月份在2021年計算機協會用戶界面軟件和技術研討會上發表的關於這項工作的論文的第一作者之一。

Stefanie Mueller是這項工作的領導者，是EECS的助理教授，也是該論文的作者。穆勒也隸屬於麻省理工學院的計算機科學和人工智能實驗室。

該論文的其他共同第一作者是Jani Zeng（麻省理工學院的研究生，已畢業）和Honghao Deng（哈佛大學的研究生，已畢業）。除了朱、曾、鄧和穆勒之外，其他作者還有EECS的博士後助理Michael Wessely和建築系的訪問助理教授Axel Kilian。

“這項令人興奮的研究從根本上改變了未來產品設計的面貌。作為一名交互設計師，可以想像未來的日常實物如何根據觀察角度而有成千上萬的不同外觀（顏色和圖案）。”麻省理工學院媒體實驗室的博士後、芝加哥大學的新任助理教授Ken Nakagaki說：”我可以想到很多應用，從令人著迷的時裝設計到根據不同視角傳達不同詩意敘事的美學雕塑。”

平面卡片上不斷變化的圖像，以及現在的3D物體，都得益於印在卡片或物體上的許多微小鏡片。麻省理工學院團隊創造的大約六個透鏡可以穿過一角錢面積的表面。被稱為透鏡，每個透鏡都覆蓋著一個微小的彩色圖像點的圖案。由於透鏡的放大作用，它只顯示其中一個彩色圖像點的顏色，這只是透鏡下整個區域的一小部分。觀看者看到的哪個放大的斑點取決於觀看者的視角和從該視角”照射到鏡頭的不同入射角度”。多個鏡頭一起”形成一個光柵顯示，並共同顯示一個取決於視角的圖像”。

麻省理工學院團隊的編輯工具將所需的3D模型或物體以及設計者想要從一個變形到另一個的圖像作為輸入。然後，它計算出鏡頭的位置和物體表面的顏色模式，產生所需的效果。然後，設計師可以在向3D打印機發送”指令”之前預覽所產生的物體，在那裡，物體、顏色模式和鏡片都是一次性打印出來的。

一個壺鈴可以引導用戶在運動時保持正確的位置。它是使用麻省理工學院開發的工具製作的，該工具允許三維物體從不同的視角改變其外觀。

該團隊繼續創建了四個3D物體的例子，其圖像根據觀看者的視角而改變。這個想法是為了展示創建具有不同幾何形狀、不同圖像複雜性和不同數量變形圖像的物體的能力。示範對象，每一個都印有成千上萬的鏡片，其中包括：

一個用於鍛煉的壺鈴，可以向用戶指示他們是否正確握住了設備。如果設備太低，會出現一個朝上的箭頭；如果太高，一個朝下的箭頭會取代它。正確的位置會用一個複選標記表示。

一個床頭燈罩，根據人是在床上坐著（白天好）還是躺著（晚上好）而顯示不同的問候語。

一個耳塞盒，根據用戶的操作方式，在幾種彩色條紋之間閃爍。

一隻印有激勵文字信息的鞋子，只有鞋主自己能看到（旁觀者或站在附近的人看不到該信息）。

這項工作涉及的主要挑戰是確定每個鏡頭尺寸的”甜蜜點”，鏡頭越小，分辨率就越高。但是較小的透鏡也有更多的缺陷，所以製造質量會更差。Zhu和同事最終發現，一個直徑為三毫米的透鏡”適合大多數需求”。

該團隊還測試了其他參數，包括鏡片的方向（例如，朝上或朝下打印）和各種鏡片的後期處理技術。鏡片朝上並經過繪畫清漆處理，結果最為理想。

該項目從概念到創造示範對像大約花了兩年時間。