3D二维码:可直接打印的浮雕二维码
3D二维码不是一张图片,而是一个把二维码做成浮雕、拥有独立颜色的实体部件。我们来讲讲它是什么,以及是怎么做出来的。
什么是二维码
QR是Quick Response(快速响应)的缩写。它是一种由黑白方块组成的矩阵图案,可以编码文字、链接、WiFi信息,或几乎任何简短的数据,让摄像头在极短时间内就能读取,即便是倒转或斜着看也没问题。
它由日本Denso Wave公司(丰田的子公司)在1994年发明,最初是为了在生产线上追踪汽车零部件——此前使用的普通条形码只能沿一个方向存储数据,已经不够用了。Denso Wave决定不对这项专利收取授权费,所以今天任何人都可以免费生成和读取二维码;这项标准本身已经作为ISO/IEC 18004发布。
二维码四个角中的三个角上有大方块图案,用来告诉扫描设备每条边的方向,所以不管倒过来还是斜着放都能正常读取。其余的模块存储数据以及这些数据的冗余副本,即使部分区域脏污、划伤或被徽标遮挡,也能重建出完整信息。
为什么二维码缺了一角还能读出来
这种冗余机制叫做纠错,标准中定义了四个等级。等级越高,重复数据占用的空间越大,同样内容生成的二维码也越大,但能承受的损坏程度也越高。
| 等级 | 可恢复数据比例 | 适用场景 |
|---|---|---|
| L | 约7% | 短链接,二维码非常干净且不带徽标 |
| M | 约15% | 通用场景——QR3D的默认等级 |
| Q | 约25% | 打印在不太平整的表面上 |
| H | 约30% | 中间带徽标或表情符号:QR3D会自动启用此等级 |
3D二维码到底是什么
3D二维码是一个实体物件,二维码的图案被建模成真实的几何结构:深色模块相对底座凸起(或凹陷)。和贴纸或印刷海报不同,二维码本身就是物件的一部分,不会脱落,也不会因摩擦而磨损,还可以用和承载它的物体相同的材料来制作。
从技术角度看,文件包含两个独立的实体:底座和浮雕部分。这个分离正是一切的关键,因为它能让切片软件识别出这是不同的部件,从而为它们分别指定材料。
浮雕还是颜色:到底是什么让3D二维码能被扫描
很多人会以为浮雕本身就足够让摄像头区分出各个模块,但实际上并非如此:手机摄像头识别的是亮度,而同色的浮雕只会产生阴影,阴影效果又取决于光源的位置。在光线柔和的室内——比如餐厅或酒店走廊——这些阴影几乎会消失,二维码就读不出来了。
真正让打印出来的二维码可靠的,是两个部件之间的颜色对比度。不过浮雕结构依然有用:它带来触感,能增强阴影效果,更重要的是,它是在不需要多材料打印硬件的FDM打印机上实现双色打印的自然方式(只需要在底座高度处暂停一次换料即可)。
哪些配色能用,哪些不能用
| 底座颜色 | 二维码颜色 | 效果 |
|---|---|---|
| 白色或米白色 | 黑色或深蓝色 | 最佳,始终可读 |
| 奶油色 | 赤陶色或森林绿 | 非常好,更有质感 |
| 黑色 | 白色 | 可用(反色二维码),部分老旧扫描设备可能识别失败 |
| 中灰色 | 深灰色 | 读不出来:对比度不足 |
| 木纹/闪粉 | 任意颜色 | 不可靠:光泽会干扰摄像头识别 |
3D二维码与其他制作方式的对比
| 方法 | 耐久度 | 成本 | 难度 |
|---|---|---|---|
| 贴纸或不干胶 | 低:会脱落、被阳光晒褪色 | 很低 | 无门槛 |
| 激光雕刻 | 高,但只能单色 | 中到高(需外部服务) | 需要一台激光雕刻机 |
| 手工上色 | 低且不均匀 | 低 | 需要稳定的手法和模板 |
| 3D二维码(浮雕+双色) | 高:耐摩擦、耐水、耐清洁 | 很低,用自己的打印机即可 | 无门槛,用这个工具就行 |
这个工具是如何生成模型的
- 先按你选择的样式(方形、圆角、点状等)生成二维码,并读取它真实的模块矩阵。
- 把这个样式化后的二维码本身栅格化为黑白图案,作为浮雕的蒙版,这样打印出来的实物会和预览效果完全一致,包括圆角和徽标。
- 把相邻的像素合并成尽可能少的矩形。一个典型的二维码可以从数万个小方块简化为几百个棱柱体,文件体积也从几兆字节降到几十千字节。
- 每个矩形都会转换成一个棱柱体,并嵌入底座0.15毫米深,这样切片软件才能把两个部件牢固地焊接在一起,不留空气缝隙。
- 最后生成一个包含两到三个部件及其颜色信息的3MF文件。
常见疑问
3D二维码的扫描方式和普通二维码一样吗?
是的,用手机摄像头就行,不需要任何特殊App。区别在于物理条件:对比度、尺寸和边距。只要这三点都满足,扫描设备根本分辨不出这是纸质印刷的二维码还是3D打印的二维码。
二维码是谁发明的?为什么可以免费使用?
是日本的Denso Wave公司在1994年发明的,最初用来在工厂追踪汽车零部件。该公司决定不对这项格式的专利收取授权费,所以任何人都能免费生成或读取二维码。
一个二维码能装下多少数据?
取决于二维码的版本,从21×21个模块(版本1)到177×177个模块(版本40)不等。短链接用小版本就够了;内容越多,需要的模块就越多,打印时物件也要相应做大,才能保证每个模块都清晰可读。
静态二维码和动态二维码有什么区别?
静态二维码(QR3D生成的这种)直接指向你的内容,永久有效,不依赖任何服务器。动态二维码要经过第三方短链接服务跳转:好处是不用重新打印就能更改跳转目标,但一旦那家服务商倒闭或停止续费,所有已经打印出去的二维码会同时失效。
浮雕二维码是凸起好还是凹陷好?
凸起更好。凹陷(雕刻式)会要求二维码部分的耗材先于底座打印,这会让换色变得更麻烦;而且污垢容易积在凹槽里。QR3D生成的始终是凸起浮雕。
浮雕应该凸起多高?
1到2毫米之间。默认值1.2毫米已经有足够的层数让颜色不透底,同时不会拉长打印时间。低于0.8毫米时,下层的颜色可能会透出来。
单色打印机能做出来吗?
可以。先打印底座,当切片软件进度到达底座高度时,插入一个暂停并更换耗材。所有现代切片软件都有这个功能(通常叫“换料暂停”或“指定高度暂停”)。
如果我的链接特别长会怎样?
二维码需要更多模块,每个模块也会相应变小。工具会实时显示每个模块对应的毫米数:如果低于1.5毫米,就把物件做大一些,或者用短链接工具压缩一下。