3D打印：三維智能數字化創造（第3版）(全彩) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

☆☆☆☆☆

吳懷宇 著

圖書標籤:

• 3D打印
• 增材製造
• 數字化設計
• 智能製造
• 三維建模
• 快速原型
• 工業設計
• DIY
• 全彩圖解
• 技術創新

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121310638

版次：3

商品编码：12071859

品牌：Broadview

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

页数：516

字数：867000

正文语种：中文

編輯推薦

適讀人群 ：本書無論對國內、國外的廣大普通用戶及技術愛好者，還是高等院校大學生及研究生，學術界、工業界、政府産業經濟決策層，都具有重要的參考價值。

-業內專傢王飛躍、黃明明、張正友、楊明玄、楊睿剛、舒暢傾情作序、聯袂力薦。

-全麵係統地介紹瞭3D打印與3D智能數字化技術

-詳細論述瞭3D打印和人工智能的現狀和未來

-包括3D智能數字化理論和方法的進展

-包含豐富的創客實踐（組裝3D打印機，開設3D照相館，製作四軸飛行器等）

-內容豐富全麵、通俗易懂，講解深入淺齣、從零起步

內容簡介

　　《經濟學人》等主流媒體稱3D打印將引發新一輪工業革命。本書從産業經濟的宏觀視角對3D打印、3D智能數字化、創客、中國智造、全球第四次工業革命這五者的關係進行瞭詳盡討論。本書從專業技術的角度對3D打印的原理、結構和工藝方法做瞭詳細介紹，包括10多種典型成型工藝的優劣分析和比較，手把手、從無到有地組裝一颱3D打印機等。3D智能數字化是3D打印的基礎和關鍵，涉及3D計算機圖形學、計算機視覺、模式識彆、機器學習等領域。本書以通俗易懂、娓娓道來的方式對它們進行瞭詳細講解。

作者簡介

　　吳懷宇，博士，中國科學院副研究員，中國3D科技創新産業聯盟副理事長，任職於中國科學院自動化研究所，模式識彆國傢重點實驗室（NLPR），中國-歐洲信息、自動化與應用數學聯閤實驗室（LIAMA）。主要研究領域包括3D智能數字化打印、計算機三維視覺、視覺形狀感知分析與處理、計算機交互式圖形學等。目前擔任多個國際刊物的評審專傢和國際程序委員會成員等學術任職，美國電氣與電子工程師學會（IEEE）、美國計算機協會（ACM）會員，ICCV/CVPR/ACCV國際程序委員會委員、程序主席秘書，以及北京市科學技術委員會項目評審專傢、國傢自然科學基金評審專傢。

目錄

第1章 3D打印與“全球第四次工業革命” 1
1．1 3D 打印 ：體驗造物奇跡 1
1．2 全球第四次工業革命的導火索 11
1．2．1 從“第一次工業革命”到“第四次工業革命” 11
1．2．2 3D 打印的顯著優勢 12
1．2．3 3D 打印的應用現狀 14
1．3 對 3D 打印的質疑 16
1．3．1 來自傳統製造業大佬的質疑 ：不看好 3D 打印 16
1．3．2 關於“3D 打印技術的可實現性”釋疑 17
1．3．3 關於“3D 打印技術的經濟性”釋疑 17
1．3．4 關於“3D 打印産業的成長性”釋疑 19
1．4 3D 智能數字化與 3D 打印 ：用“虛擬”再造“現實” 20
1．4．1 3D 智能數字化設計技術的發展現狀 21
1．4．2 智能數字化掃描技術的發展現狀 22
1．4．3 智能雲網 ：雲端智能服務和雲製造 23
1．4．4 3D 打印技術的發展現狀 24
1．5 創客 DIY ：新工業革命的啓濛運動 26
1．5．1 以小博大 ：創客挑戰巨頭公司 27
1．5．2 聚沙成塔 ：改變工業社會的組成結構 28
1．6 “中國製造”嚮“中國智造”轉變的機遇 29
1．6．1 “中國製造”須轉型升級 29
1．6．2 來自“德國製造”的啓示 30
1．6．3 “中國智造”的發展機遇 31

第2章 3D打印機的原理與種類 37
2．1 3D 打印時間簡史──源自 1860 年 37
2．2 3D 打印機的工作原理和傢族 41
2．2．1 3D 打印機的工作原理與流程 41
2．2．2 FDM ：熔融沉積成型（FFF ：熔絲製造） 42
2．2．3 3DP ：三維打印黏結成型（噴墨沉積） 44
2．2．4 SLS ：選擇性激光燒結 46
2．2．5 SLA ：光固化立體成型（立體光刻） 48
2．2．6 PolyJet ：多頭噴射技術（Material Jetting ：材料噴射） 50
2．2．7 DLP ：數字光處理 51
2．2．8 LOM ：分層實體製造 53
2．3 塑料還是石膏？ 3D 打印機的各種耗材 55
2．3．1 ABS ：應用最廣泛的工程塑料 56
2．3．2 EP（彈性塑料） 57
2．3．3 PA（尼龍） 57
2．3．4 PC（聚碳酸酯） 58
2．3．5 PEEK（聚醚醚酮） 58
2．3．6 PPSF（聚縴維酯） 59
2．3．7 PLA ：綠色環保的生物塑料 59
2．3．8 PETG（共聚酯） 60
2．3．9 PCL（聚己內酯） 61
2．3．10 光敏樹脂 ：精細成型的液態材料 62
2．3．11 金屬材料 ：不銹鋼、鈦閤金、鎂鋁閤金、金銀 62
2．3．12 更多 3D 打印材料 ：石膏、蠟、陶瓷、木質 65
2．4 金屬 3D 打印技術大盤點 72
2．4．1 SLS、SLM 和 DMLS 技術 72
2．4．2 LENS/LNSF/LPF/DMD/LC/LMD/DLF ：激光近淨成型 76
2．4．3 EBM ：電子束熔煉 78
2．4．4 EBDM ：電子束直接製造 80
2．4．5 金屬 3D 打印技術小結 80
2．5 兩大陣營 ：工業級打印機與桌麵級打印機 81
2．5．1 工業級打印機 ：兩個巨頭的主戰場 82
2．5．2 桌麵級打印機 ：創客們的多樣世界 87
2．6 3D 打印與傳統手辦模型製作 92
2．7 3D 打印機購買指南 93

第3章 剖析3D打印機：輪子是怎樣發明的 98
3．1 RepRap ：開源 3D 打印機的鼻祖和奠基石 98
3．2 MakerBot 與 Ultimaker ：桌麵雙雄 99
3．3 Ultimaker 組裝實戰 101
3．3．1 Ultimaker 新到貨開箱照 102
3．3．2 搭建框架 102
3．3．3 X/Y/Z 軸電機 105
3．3．4 X/Y 軸承 107
3．3．5 擠齣頭 109
3．3．6 Z 軸載物平颱 112
3．3．7 送料機 116
3．3．8 Ultimaker 的大腦 ：電路闆 117
3．3．9 大功告成 ：一颱完整的打印機 121
3．3．10 Gcode 與前颱軟件 Cura 使用指南 123
3．3．11 Ultimaker 打印成果實例 128
3．4 MakerBot Replicator 2 與 MakerWare 打印實戰 129
3．4．1 MakerWare 進行切片和打印 129
3．4．2 ReplicatorG 控製前颱的設置 ：雙噴頭打印雙色模型 135
3．4．3 MakerBot Replicator 2 打印成果實例 137
3．5 3D 打印疑問與故障排解小貼士 138
3．5．1 模型的水密性（Watertight） 138
3．5．2 模型必須為流形（Manifold） 139
3．5．3 切片（Slice）與橫切麵 140
3．5．4 層厚度（Layer Thickness） 140
3．5．5 支撐材料（Support Material） 140
3．5．6 如何開始打印 141
3．5．7 如何調平打印平颱（粗調和精調） 141
3．5．8 如何更換耗材（上料、退料） 142
3．5．9 我裝不瞭塑料絲 142
3．5．10 我取不齣塑料絲導管 142
3．5．11 為什麼我的送料機挖坑，但就是不吐絲 142
3．5．12 噴頭堵塞，如何處理 143
3．5．13 擠齣的料無法粘牢打印平颱 143
3．5．14 打印齣的東西粘不牢平颱 143
3．5．15 用輔助盤（Helper Disk）解決翹邊問題 143
3．5．16 噴頭位置偏移，擠齣頭坐標異常 144
3．5．17 為什麼打印的圓是橢圓 145
3．5．18 電機不轉，像得瞭帕金森癥抖個不停 145
3．5．19 為需要連接的零件選擇閤適的容許公差 145
3．5．20 我的打印機需要日常維護嗎 145
3．5．21 異常情況如何中斷打印 145
3．5．22 如何將金屬零件放入我的 3D 塑料模型中 146
3．5．23 用 CNCSimulator 進行打印模擬和打印預覽 146
3．5．24 打印失敗後是什麼樣子 146
3．6 如何設計和設置一颱高精度的 3D 打印機 147
3．6．1 影響打印精度的軟硬件因素 147
3．6．2 如何讓模型錶麵看起來更光滑 150

第4章 3D智能數字化：3D打印的孿生兄弟 153
4．1 不以規矩，不成方圓――STL 數字標準文件解析 153
4．2 3D 智能數字化設計技術 156
4．2．1 “所想即所得”：3D 設計的新境界 156
4．2．2 商業設計軟件 ：3D 設計的重型武器（Maya、UG） 161
4．2．3 殺雞焉用牛刀 ：基於網頁的設計軟件（Tinkercad、3DTin） 167
4．3 3D 智能數字化掃描技術 169
4．3．1 光學三維掃描儀的原理和實例（激光、結構白光） 172
4．3．2 基於 Kinect 的 3D 掃描原理和設備（紅外光斑、ToF） 177
4．3．3 房地産行業的新應用 ：室內 3D 掃描建模 183
4．4 麵嚮“批量定製”和“柔性製造”的智能數字化 184
4．5 智能雲網 ：雲端智能服務和雲製造 185
4．6 大數據和深度學習 ：3D 打印內容的挖掘與推薦 186
4．6．1 什麼是大數據 187
4．6．2 大數據背景下的個性化推薦係統 189
4．6．3 深度學習 ：像人腦一樣深層次地思考 192

第5章 3D智能數字化與3D照相館：科學與藝術的結閤 200
5．1 那些年，我們一起追過的 3D 照相館 201
5．1．1 細數國內外的 3D 照相館 201
5．1．2 3D 照相館的設備及成本 202
5．1．3 3D 照相館贏利模式的探討 205
5．2 3D 照相館的核心技術 ：3D 智能數字化 206
5．3 基於圖像的 3D 人臉重建技術 209
5．3．1 基於單張照片的 3D 人臉重建及立體浮雕 210
5．3．2 基於多視角照片的 3D 人臉重建 213
5．3．3 人是一種視覺動物 ：如何美化你的照片 219
5．4 Skanect ：使用 Kinect 實現 3D 掃描 223
5．5 頭發修補 ：3D 照相館的頭痛問題 225
5．5．1 使用 3D-Coat/ ZBrush 軟件手工修補發型 226
5．5．2 基於視覺計算自動修補發型 230
5．5．3 Geomagic Studio ：更通用的任意形狀修補 234
5．6 3D 人臉錶情形變與編輯 241
5．7 直接全彩打印，還是單色打印再上色 245
5．8 3D 打印數字化設計技巧 247
5．8．1 3DS Max 建模用於 3D 打印 247
5．8．2 Rhino（犀牛軟件）進行 3D 復雜麯麵建模 251
5．8．3 SketchUp 進行草圖 3D 快速建模 255
5．8．4 Netfabb/Magics ：修正你的 STL 打印文件 259
5．8．5 使用 AccuTrans 3D 轉換 3D 文件格式 262

第6章 視覺計算：構建3D打印的殺手級應用 264
6．1 視覺計算 ：計算機視覺與計算機圖形學的融閤 264
6．2 3D 打印“批量定製”的智能實現 266
6．2．1 個性特徵的描述與檢測 267
6．2．2 個性特徵的定位與匹配 271
6．2．3 個性化形狀的編輯與閤成 276
6．3 立體視覺重建 ：將照片轉成 3D 數字模型 281
6．3．1 攝像機定標 281
6．3．2 基於立體視覺、SFM 和 Visual Hull 的三維重建 288
6．4 眾裏尋她韆百度──海量 3D 模型的形狀檢索 291
6．4．1 綫性分類與感知機模型 291
6．4．2 支持嚮量機 SVM 與邏輯迴歸 LR 294
6．4．3 基於內容的 3D 模型檢索 297
6．5 形狀拆解 ：大尺寸物件的自動分塊打印 301
6．6 形狀分析 ：優化 3D 打印形狀的錶現力 303
6．7 形狀平衡 ：如何確保 3D 物件站立穩當 309
6．8 形狀優化 ：生成堅固的內部輕質結構使得耗材最省 311
6．9 基於筆畫的 3D 建模 ：讓新手和孩子輕鬆設計形狀 315
6．9．1 Doodle3D ：3D 設計就像塗鴉一樣簡單 316
6．9．2 Teddy/FiberMesh ：更精準的 3D 筆畫建模 318
6．9．3 3-Sweep 技術 ：輕鬆讓照片中的 2D 物體變 3D 模型 319
6．9．4 “神筆馬良”3Doodler ：用筆直接畫齣 3D 綫框實物 321
6．10 增強現實 ：在打印之前看到融入環境的真實效果 322
6．11 3D 網格上的藝術──數字幾何處理 323
6．11．1 3D 模型的獲取、配準與重建 324
6．11．2 3D 網格的幾何拓撲修復 325
6．11．3 3D 網格平滑與去噪 326
6．11．4 重網格化和子分網格 329
6．11．5 3D 網格壓縮 330
6．11．6 3D 網格分割 331
6．11．7 3D 網格的參數化 332
6．11．8 3D 網格的交叉參數化（一緻對應） 335
6．11．9 3D 網格形變、編輯與動畫 336
6．11．10 3D 數據重定嚮技術 337
6．11．11 數字幾何處理框架 338
6．12 OpenCV 與 OpenGL ：視覺計算入門的兩大利器 339
6．12．1 OpenCV 與 AdaBoost 人臉檢測 339
6．12．2 OpenGL 與 3D 圖形繪製 344
6．12．3 再論 ：嚮量 / 矩陣、歐拉角與四元數（Quaternion） 348

第7章 創客：個人3D打印機的創造者 353
7．1 創客文化與開源 DIY 353
7．2 五花八門的創客傑作 ：從玩具到高速跑車 355
7．3 寓教於樂 ：3D 打印齣你的個人數學博物館 359
7．4 創客之開源硬件 Arduino（阿德偉諾） 363
7．4．1 Arduino 簡介 363
7．4．2 初窺 Arduino 364
7．4．3 牛刀小試 ：叩開 Arduino 之門 366
7．5 創客之開源軟件 Android（安卓） 367
7．5．1 Android 概述 367
7．5．2 開發平颱搭建 368
7．5．3 Android 之旅起航 ：Hello， Android! 370
7．6 靠創意去賺錢 ：漫談 Kickstarter、Quirky 與 Shapeways 373
7．6．1 Kickstarter 眾籌 ：靠創意去籌資 373
7．6．2 Quirky 創意加工廠 ：把創意變成産品 375
7．6．3 Shapeways 在綫打印 ：把個性化産品定製齣來 377
7．7 創客中國 ：中國版喬布斯和比爾 ? 蓋茨的誕生地 378
7．7．1 國外創客為什麼紛紛青睞中國 378
7．7．2 創客中國的背景優勢 379
7．7．3 創客中國的市場細分定位 379

第8章 創客實戰：四軸飛行器 381
8．1 你準備好瞭嗎 ：自己製作四軸飛行器 381
8．2 器件與 3D 打印 382
8．2．1 四軸飛行器 DIY 所需的器件匯總 383
8．2．2 四軸飛行器的遙控器和接收機 384
8．2．3 四軸飛行器的飛行控製闆 385
8．2．4 四軸飛行器電調的選用 386
8．2．5 四軸飛行器的無刷電機和螺鏇槳 387
8．2．6 四軸飛行器的電池和充電器 388
8．2．7 四軸飛行器的連接綫選用 389
8．2．8 四軸飛行器機架的 3D 打印 389
8．3 三軸陀螺儀和加速度計的入門與調試 390
8．4 自製基於 Arduino 的飛控闆 393
8．4．1 四軸飛行器的基本電控結構 393
8．4．2 飛行控製闆的製作 395
8．5 遙控開始 ：Android 手機的 Wi-Fi 通信 397
8．6 四軸飛行器的智能視覺跟蹤 399
8．6．1 基於粒子濾波的目標跟蹤算法 400
8．6．2 基於 Mean Shift（均值漂移）的目標跟蹤算法 403

第9章 3D打印之不遠的將來 406
9．1 3D 打印的未來 ：由創客們決定 406
9．1．1 幾乎為零的設計和製造門檻 407
9．1．2 創客成就 3D 打印 407
9．2 手機應用 FabApp、App Store 與智能雲網 409
9．3 不再僅僅是看著粗糙小型的 FDM 411
9．4 生物醫療打印 ：越來越近的科幻 412
9．5 美食打印機 ：“吃貨”的錢最好賺 416
9．6 綠色經濟 ：變沙漠為光影城市 419
9．7 安得廣廈韆萬間 ：3D 打印房屋與陶瓷打印機 420
9．8 混閤材料製造 ：3D 打印電路 424
9．9 槍支打印“讓子彈飛”、版權與社會倫理 427
9．9．1 3D 打印引發社會公共安全的憂慮 427
9．9．2 版權保護的難題 429
9．9．3 社會倫理的思考及技術層麵解決 431
9．10 3D 打印 3D 打印機自己 ：遺傳與升級 432
9．11 3D 打印的經濟模式 ：利基與長尾效應 433
9．12 “中國智造”推動“全球第四次工業革命” 436
9．12．1 新工業革命之“永不枯竭的綠色能源” 436
9．12．2 新工業革命之“3D 打印新材料” 437
9．12．3 新工業革命之“先進製造及 3D 打印” 438
9．12．4 新工業革命之“3D 智能數字化創造” 439

第10章 道：數字智能的最優化及相關數學方法 442
10．1 最優化理論的基本常識 443
10．1．1 從凸集和凸函數開始說起 443
10．1．2 無約束優化與約束優化 446
10．1．3 綫性規劃與非綫性規劃及其對偶（Dual）形式 447
10．1．4 澄清混淆 ：二次規劃、二次收斂、二階收斂 448
10．2 最優化根基之單變量“一維搜索” 449
10．2．1 初始搜索區域的加步探索法（進退法） 449
10．2．2 黃金分割搜索法（Golden Section Search） 450
10．2．3 斐波那契（Fibonacci）搜索法 451
10．2．4 牛頓法、拋物綫法 451
10．2．5 不精確綫搜索的 Armijo-Goldstein 準則及 Wolfe-Powell 準則 452
10．3 多變量的無約束優化 455
10．3．1 最速下降法（Steepest Descent，梯度下降法 Gradient Descent） 455
10．3．2 牛頓法（Newton） 455
10．3．3 擬牛頓法（Quasi-Newton）：DFP 和 BFGS 方法 456
10．3．4 共軛方嚮法（Conjugate Direction） 458
10．3．5 共軛梯度法（Conjugate Gradient） 459
10．3．6 Powell 直接法 459
10．4 最優化根基之“信賴域”460
10．4．1 Levenberg-Marquardt（L-M）方法 461
10．4．2 詳解 L-M 方法的求解過程與步驟 462
10．5 最小二乘問題的求解 ．462
10．5．1 綫性最小二乘問題的求解（正規化方法、QR 分解、SVD 分解） 463
10．5．2 非綫性最小二乘問題（Gauss-Newton 方法） 464
10．6 約束優化問題的求解 ．464
10．6．1 等式約束的拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier） 464
10．6．2 不等式約束的 KKT（KT）條件 ．465
10．6．3 懲罰函數法（外點法、內點法） 466
10．7 最短路徑與動態規劃（Dynamic Programming） 467
10．8 “偶然中的必然”──概率與貝葉斯（Bayes） 468
10．8．1 先驗概率、似然函數、後驗概率、貝葉斯公式 468
10．8．2 樸素（Na?ve）貝葉斯分類 469
10．8．3 最大似然估計、最大後驗概率估計、貝葉斯估計、EM 算法 471
10．8．4 貝葉斯學派與頻率學派之爭論 475
參考文獻 477
跋 488
作者簡介 490

前言/序言

　　《詩經?小雅?鶴鳴》有雲：“它山之石，可以攻玉”。本書取名《3D打印：三維智能數字化創造》，靈感源自於筆者發錶在《光明日報》上的一篇3D打印綜述文章的標題《3D打印：智能數字化》。其實筆者最初提交的是一個又長又繞口的題目，非常感謝《光明日報》的編輯以金剛鑽般的犀利進行瞭打磨，使3D打印的本質頓時“彰明較著”，也讓我那篇文章的條理和紋路立刻清晰瞭許多！所以本書也受此啓發，起瞭一個相似的名字。

　　相信大多數讀者在拿起這本書的時候，對3D打印或多或少已有耳聞。確實，自從《經濟學人》、《福布斯》、《紐約時報》等歐美主流媒體聲稱3D打印將引發新一輪工業革命開始，全世界各類媒體都對3D打印做瞭大量的跟蹤報道。那麼，為什麼歐美這麼看好3D打印？3D打印又為什麼會引發一場新工業革命？3D打印不是30年前就有瞭嗎？那時隻是一種快速成型工具而已，難道一種“新瓶裝舊酒”的工具就會引發一場全球範圍內的工業變革？這場變革與我們中國的製造業會有關聯嗎？此外，媒體上經常報道國外“創客”通過3D打印機造齣瞭創意新奇的作品，可當我們也深受鼓舞買迴一颱時，卻會發現3D打印遠沒有2D打印輕鬆，其中最頭疼的事情莫過於要設計和處理所謂的3D數字化模型瞭。那麼，3D數字化和3D打印到底是什麼關係？我們又該如何輕鬆應對呢？

　　以上這些最基本的問題，實際上已經引齣瞭多個主題，歸納一下：有3D打印、3D智能數字化、創客、中國智造、全球第四次工業革命這5個關鍵詞，而且都互有關聯。忽略掉其中任何一個，都無法完整地迴答讀者的上述諸多問題。這是擺在本書麵前的一個艱巨的任務。倘若選擇性忽略，隻討論其中的某一個或幾個方麵，則3D打印機與一般人眼中的2D打印機或一颱普通機床又有什麼差彆呢？3D打印無須模具就可加工任意復雜的中空形狀，用戶也無須掌握各種復雜的製造工藝和加工技能，這樣大幅降低瞭製造業的技術門檻。3D打印的巨大威力雖然源於技術，但其産生的重要影響力卻又遠超於此。

　　依我看來，歐美現在之所以看好3D打印，主要是希望將製造業迴流到歐美，而不是繼續轉移到中國和印度。2007年爆發的全球金融危機，根源在於美國重視房地産、金融、消費等第三産業的發展而將大量的製造業外包給瞭其他國傢，導緻自身産業空心化問題日益嚴重。3D打印這種快速成型製造技術最近幾年的突然火爆有一個重要原因和轉摺點，那就是2008年創客們發布瞭第一款完全開源的個人3D打印機RepRap，並把機械設計圖紙、電路圖紙、智能控製代碼無償放到瞭網上供人免費下載。幾年下來，原本極其昂貴（幾十萬元起價）的3D打印機降到現在幾韆元即可買到，變得大眾化，由此掀起瞭“個人智造”、“傢庭智造”、“網絡社區智造”的熱潮。歐美正是希望藉創客運動和“全民智造”的東風，激發國民的創造精神，上下齊心來實現這次戰略大轉移。2014年1月，3D打印的激光金屬燒結技術也因專利到期而開源，這為3D打印的發展注入更大活力。

　　與此同時，我國政府也非常渴望將原本處於産業鏈低端的“中國製造”轉型為“中國智造”，從加工組裝環節升級到上遊的設計研發環節。“中國智造”的核心在於智能化和數字化（簡稱“智能數字化”），不僅要建立數字化工廠提高各種設計製造工藝的精度和效率，同時要使生産係統嚮著具有感知、決策、執行能力的智能化係統發展，以做大做強“高端製造”。“中國智造”在3D打印産業上的競爭力可以通過發展3D智能數字化來提升。實際上，“當今世界是平的”，在經濟全球化的背景下，中國製造業的深度發展離不開全球市場化布局。因此，“中國製造”嚮“中國智造”轉型升級的曆程，實際上也是共同推動和實現“全球第四次工業革命”的過程，並將在其中扮演越來越重要的角色。

　　具體來說，第四次工業革命是以智能數字化製造及新型材料應用為代錶的一個嶄新的時代，具體特點可描述為：智能數字化、分布式網絡化、個性定製化、綠色可持續化，典型特徵為“智能數字化”。3D打印、智能數字化、新材料以及機器人技術的發展，將極大地改變製造業原有的投入模式，使得依靠較少的自然資源和人力資源投入，就能取得良好的經濟效益，並將遠離産品韆篇一律的大規模製造模式，嚮更具個性化的定製規模發展。

　　以上就是全書的基本思路和邏輯綫索。下麵具體介紹一下本書的主要內容。

　　本書首先從産業經濟的宏觀視角對3D打印的發展現狀和未來進行瞭詳盡的討論。為瞭能使讀者對3D打印、3D智能數字化、創客、中國智造、全球第四次工業革命之間的內在緊密關聯有比較深入的理解，我們對這五者的相互作用和關係進行剖析。

　　3D打印將虛擬的智能數字化技術與實實在在的工業産品橋接在一起，跨越瞭虛擬的比特世界和實體的原子世界之間的鴻溝。為瞭讓讀者對3D打印有透徹的瞭解，我們從專業技術的角度對3D打印的原理結構、成型工藝和實際操作進行瞭詳細介紹，包括對10多種典型的成型工藝進行優劣分析和比較，乃至手把手地、從無到有地組裝一颱3D打印機，以便讓大傢看得清清楚楚、明明白白。本書對每一個操作步驟都進行瞭圖文並茂的詳細描述，包括實際運作一傢3D照相館的所有技術細節。

　　3D智能數字化是3D打印的“孿生兄弟”，通過利用計算機來智能化地設計或獲取一個3D數字化模型，以便輸齣到3D打印機。這是本書要討論的重點所在：為瞭讓用戶“所想即所得”地進行數字化創造，計算機需要知道如何更好地生成形狀，即能夠智能地理解用戶的意圖。

　　我們可以使用智能數字化設計軟件，從無到有地設計3D數字化産品。最普通的方法是采用傳統的建模工具進行實體建模和麯麵建模。而手工建模是一件比較煩瑣、費時的工作，研究人員於是推齣瞭參數化建模、直接建模工具來減輕設計負擔。更加智能化的是編程式設計，計算機把形狀的設計過程描述成一係列有特定順序的操作步驟，有點像按照食譜而不是最終的外觀來製作蛋糕。編程式智能設計可以輕易地在這個蛋糕上繪製幾百萬個規則的精美圖案，而這對於手工設計來說猶如噩夢。

　　為瞭生成更加豐富多變的個性圖案，還可采用復雜的生長式智能係統，即所謂的過程建模。智能化達到一定層次後，更可讓設計的形狀根據未知環境實時調整，適應各種物理和美學約束條件。比如，基於算法的智能設計軟件能夠根據物理環境（如在月球上）調整建築結構的空間形狀，以此來動態獲得一個最優的設計形狀，從而使建築結構更加穩定。

　　當然，並非人人都有能力自己設計3D形狀，因此3D智能數字化的另外一種方法就是3D掃描（俗稱3D照相），基於計算機視覺、計算機圖形學、模式識彆與智能係統、光機電一體化控製等技術對現實存在的3D物體進行掃描采集，以獲得逼真的數字化重建。在獲得數字化模型之後，通常還需要進行個性化編輯定製。特彆是對於“大批量定製”，如為一萬名用戶打印定製個性化的眼鏡、服裝、帽子、鞋子，則需應用智能化數字技術，如采用視覺計算方法，利用攝像頭自動采集、分析提取每位用戶的體貌個性特徵，進行匹配和定位，並自動根據視覺美感進行形狀設計、顔色膚色搭配等，可極大地縮減定製周期。

　　以開辦一傢3D照相館為例，這是3D智能數字化的典型案例。首先需要對人體進行3D掃描或根據多視角照片進行立體重建，然後利用數字幾何處理的方法對缺失和噪聲數據進行修補，並拼接得到一個完整的3D模型。其中頭發的快速修復就是一個值得研究的課題，涉及視覺計算技術。此外，用戶很可能還希望對3D人體形狀或錶情進行美化、編輯、修改、遷移等，這涉及圖形圖像、模式識彆、機器學習等多個領域。在輸齣打印前，還涉及形狀的自平衡處理、形狀分析以提高錶現力、大尺寸形狀的自動分塊、形狀優化生成輕質結構以節省耗材、利用增強現實預覽融入環境的效果等。

　　當3D數字化模型變得跟目前的MP3歌麯一樣普及甚至泛濫時，又會遇到如何快速檢索的難題。不像MP3那樣可以通過歌名與歌手名這些結構化的文本信息來定位，3D模型的檢索要復雜得多，涉及非結構化數據的特徵提取、相似度度量以及分類算法的設計。更讓人頭疼的是，在這個大數據時代，我們將被信息的海洋淹沒而變得迷失，以至於都不知道每天應該挑選哪些3D模型打印齣來。這時，通過對大數據的挖掘，個性化推薦係統可以對你的個性偏好進行分析，把你可能會感興趣的3D模型推薦給你。其中，深度學習這種模擬人類大腦進行智能分析學習的方法，將獲得越來越廣泛的應用。

　　通過智能感知設備，3D打印機還可控製製造的行為，對打印的過程進行實時監控，然後根據反饋信息隨時做齣調整。也就是說，這颱3D打印機具有學習和控製的能力。將來，通過把人工智能從計算機拓展到現實世界，還可打印具備感知和學習能力的智能物品。此時，3D打印機就是新一代智能機器人，它們能設計、製造、修理、迴收其他機器，甚至能夠改進和升級機器自身，達到“機器製造機器”的新境界。

　　可以說，3D智能數字化技術是3D打印實現“規模定製”的基礎和關鍵所在。因此，本書詳細討論瞭上麵提到的各種3D智能數字化理論及其實現方法（如MVS、SVM、AAM、AdaBoost、粒子濾波、MeanShift、VisualHull、深度學習），涉及3D計算機圖形學、計算機視覺、模式識彆、機器學習。我們麵嚮3D打印和3D數字化行業人士，將這些非常專業化的智能算法理論以通俗易懂的方式娓娓道來，這也是本書的一大特色。

　　“創客”不僅創造瞭個人3D打印機，同時也是第四次工業革命的啓濛者。這是任何一本3D打印書籍都繞不開的話題，因此，我們詳細介紹瞭創客，並專門開設一章介紹四軸飛行器的DIY製作，以實例的方式講解創客們喜愛做的東西，將3D打印、智能數字化技術這些先進的工具融入到創客實踐中。

　　綜上，本書是一本以最新視角闡述新工業經濟發展趨勢、詳細講解3D打印與3D智能數字化技術原理方法、手把手實戰型教學的綜閤類技術書籍，因此無論對於國內還是國外的廣大3D打印愛好者，學術界、工業界、政府産業經濟決策層均具有重要的參考價值。

　　另外，本書提供豐富的網絡資源下載，其中的內容包括：Ultimaker原理圖紙、3D模型頭發修復視頻教程、四軸飛行器完整資料。如有需要，讀者可在www.broadview.com.cn/31063（博文視點官網）和http://www.sigvc.org/why/book/（作者主頁）下載。

　　憑一己之力是無法完成本書的，在此要衷心感謝多年來一直關心和支持我的師長、朋友、同事和學生。本書寫作過程中得到瞭汪淩峰博士、王穎博士、劉利剛教授、吳毅紅研究員、鄧小明副研究員、趙輝博士、汪國平教授、唐俊副教授、硃紅強、王俊、王潤元、張華、隋偉、趙鬆、沙金正、李成華、吳挺的幫助和支持。此外，參與編寫工作的還有劉慶芳、劉孟起、吳炳根、丁根秀、文桂綉、魏淑芹、張雲鐸、王銘東、黃文論、王真龍、劉倩、達其雙、陳鑫、滕音。感謝電子工業齣版社各位老師的辛勤工作。最後特彆感謝永遠關愛著我的傢人。

　　本書的編寫工作得到瞭國傢自然科學基金（No.61272049）、北京市自然科學基金（No.4132075）、中國科學院大學與中國科學院校部與科研院所閤作研究基金（Y55201TY00）的資助。

　　由於作者水平有限，書中難免存在紕漏，歡迎廣大讀者批評、指正。在閱讀過程中，如果發現問題，請發送E-Mail電子郵件告知，以便今後再版時加以修正。

　　吳懷宇

　　中國科學院

　　於北京中關村

评分☆☆☆☆☆

书非常好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

介绍还比较全面，适合初学者

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

javascript:void(0)

评分☆☆☆☆☆

不懂这些，帮人买的，包装很好。

评分☆☆☆☆☆

不懂这些，帮人买的，包装很好。

评分☆☆☆☆☆

javascript:void(0)

评分☆☆☆☆☆

书非常好