«В прошлом люди изучали вычислительный дизайн конкретных продуктов, таких как глушитель определенного типа или труба определенной формы», — говорит Чжэн, команда которого представляет свою статью «Акустические воксели: вычислительная оптимизация модульных акустических фильтров». на SIGGRAPH 2016 27 июля. «Общий подход к манипулированию звуковыми волнами заключался в компьютерном проектировании форм камер. Наш алгоритм позволяет создавать новые конструкции шумоглушителей, слуховых аппаратов, духовых инструментов и т. д. — теперь мы можем создавать их любой формы. мы хотим, даже напечатанного на 3D-принтере игрушечного бегемота, который звучит как труба ".Он добавляет: «Мы также предложили очень интригующий новый способ использования акустических фильтров: мы можем использовать наши акустические воксели в качестве акустических тегов, уникальных для каждой детали, которую мы печатаем на 3D-принтере, и кодировать в них информацию.
Это похоже на QR-коды или RFID. , и открывает двери для кодирования информации о продукте и авторских правах в 3D-печати ».В прошлом году команда Чжэна использовала вычислительные методы, чтобы спроектировать и напечатать на 3D-принтере зоолофон, инструмент типа ксилофона с ключами в форме животных из зоопарка. Зоолофон представляет собой фундаментальное исследование в области управления вибрационным звуком, в котором используются сложные взаимосвязи между геометрией объекта и вибрационными звуками поверхности, которые он производит при ударе.
В этом новом исследовании команда Чжэна предложила вычислительный подход, который позволил бы улучшить дизайн для управления акустическим распространением многих продуктов, таких как автомобильные глушители и инструменты.«С сегодняшними 3D-принтерами геометрическая сложность больше не является препятствием. Даже сложные формы можно изготавливать с очень небольшими усилиями», — отмечает Чжэн. «Возникает вопрос: можем ли мы использовать сложные формы для улучшения акустических свойств продуктов?»Они предложили использовать акустические воксели, одиночные модульные акустические фильтры, свойства акустической фильтрации которых можно предварительно вычислить с помощью численного моделирования.
Они разработали новый алгоритм, который позволил им собрать акустические воксели — такие как кирпичи Lego — в сложные структуры для получения целевых свойств акустической фильтрации.Создание акустических вокселей также привело команду Чжэна в совершенно новое направление: акустическая маркировка для уникальной идентификации напечатанного на 3D-принтере объекта и акустическое кодирование информации об имплантате (например, об авторских правах) в самой форме объекта. Акустические фильтры работают, манипулируя звуковыми волнами; акустические воксели дали команде возможность точно контролировать эту манипуляцию. Уникальная сборка вокселей создает уникальную акустическую сигнатуру.
Два объекта могут иметь совершенно одинаковый внешний вид, но если их полые внутренние части содержат разные сборки вокселей, каждый объект при фильтрации звуковой волны издает звук, уникальный для этого объекта. Исследователи записали звук, издаваемый объектами, с различными наборами вокселей, и использовали созданное ими приложение для iPhone, чтобы точно идентифицировать каждый объект.Акустическая маркировка может стать ценным дополнением к QR-кодам и RFID-меткам, которые требуют операций, полностью независимых от производства. Если изготовители могут встраивать идентификационную информацию непосредственно в объект, они сэкономят время, усилия и расходы на индивидуальную маркировку деталей, что особенно полезно при построении более крупных структур из множества отдельных частей.
Акустическая маркировка также может кодировать оригиналы, защищенные авторским правом, например, напечатанные на 3D-принтере фигурки отдельных художников, таких как Джефф Кунс, или таких компаний, как Disney или Marvel.Текущий проект Чжэна по акустическим вокселям предназначен для изготовления крупных объектов, производящих слышимые звуки, и его команда смогла продемонстрировать, как информация и идентификация могут быть встроены в акустику объекта, не требуя дополнительных процедур или труда после изготовления. Они планируют использовать акустические воксели для вычислительного управления ультразвуковыми волнами.
По словам Чжэн: «Мы исследуем некоторые интригующие возможности ультразвуковой манипуляции, такие как маскировка, когда распространение звука может быть искажено, чтобы скрыть объекты от звуковых волн. Это может привести к новым конструкциям гидролокационных систем или систем подводной связи. Это захватывающая идея. область для исследования ".
ВИДЕО: http://www.cs.columbia.edu/cg/lego/Работа частично финансировалась Национальным научным фондом и Adobe.