編輯推薦

-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
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