2014年5月，曾經(jīng)報(bào)道日本一名大學(xué)職工因利用3D打印機(jī)制造手槍而被逮捕，個(gè)人也能制作危險(xiǎn)物品是3D打印機(jī)的負(fù)面因素等觀點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注。據(jù)報(bào)道，這名大學(xué)職工是從國外網(wǎng)站上下載3D數(shù)據(jù)并制作出了手槍。

　　雖然也有人指出，“就算沒有3D打印機(jī)，以前也有人用其他方法制造槍支，因此只指責(zé)3D打印機(jī)并不正確”。但是，用樹脂制作的槍支用金屬探測(cè)器是檢測(cè)不出來的，這就讓問題變得更加棘手。有意見稱，與復(fù)印機(jī)、一體機(jī)等植入了無法制造假鈔的功能一樣，廠家也必須在責(zé)任范圍內(nèi)為3D打印機(jī)附加能控制危險(xiǎn)數(shù)據(jù)輸出的功能。

　　恰在這時(shí)，日本最大的印刷公司Dai Nippon Printing發(fā)布了用來檢查3D數(shù)據(jù)的“安全程序”，目的是防止用戶制作這種危險(xiǎn)物品以及有可能侵犯版權(quán)的仿制品。比如，當(dāng)程序判斷出形狀數(shù)據(jù)與手槍數(shù)據(jù)相似時(shí)，就會(huì)停止打印（見下圖）。

　　什么是相似的3D數(shù)據(jù)

　　這種程序必須要有可自動(dòng)判斷3D數(shù)據(jù)描述的形狀是否存在問題的技術(shù)。也就是說，要判斷“是否與手槍部件相似”、“是否與某公司擁有版權(quán)的老鼠卡通形象相似”等，因此必須對(duì)3D數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，查明形狀“是否相似”。

　　3D打印機(jī)使用的數(shù)據(jù)被定義為立體的多邊形（小三角形或四邊形）的集合體。完全相同的文件還判斷，但要判斷被稍作加工的3D數(shù)據(jù)是否與原始數(shù)據(jù)相同卻并非易事。就算表現(xiàn)出的形狀相同，如果多邊形的細(xì)節(jié)或分割方法不同，文件中的bit（0、1）的排列就會(huì)完全改變，數(shù)據(jù)容量也不相同。如果要查明“形狀有兩個(gè)突起還是三個(gè)突起”等，就必須從形狀中提取突起部分這樣的處理，這同樣不容易實(shí)現(xiàn)。

　　DNP開發(fā)出了簡(jiǎn)化多邊形之后進(jìn)行對(duì)比的方法。簡(jiǎn)化多邊形的原因有三點(diǎn)，第一是容易統(tǒng)一多邊形的粒度來進(jìn)行對(duì)比，第二是可消除形狀的微小差異，第三是可減輕比對(duì)的計(jì)算負(fù)荷。首先要?jiǎng)h掉對(duì)整個(gè)3D形狀影響較小的三角形，同時(shí)還要?jiǎng)h掉或者修正相鄰的三角形。然后對(duì)3D數(shù)據(jù)的尺寸和角度（朝向）做符合標(biāo)準(zhǔn)的“規(guī)格化”處理。最后再進(jìn)行多邊形之間的比對(duì)。

　　進(jìn)行規(guī)格化處理時(shí)，要計(jì)算出各個(gè)多邊形的中心位置的平均值并以此為原點(diǎn)，將其與最遠(yuǎn)的多邊形的距離作為標(biāo)準(zhǔn)長度，并將其方向作為Z軸。在比對(duì)處理中，要對(duì)表面積、體積及坐標(biāo)等進(jìn)行對(duì)比，觀察相似性。總之，這是一種可直接處理多邊形的方法。

　　從庫中選出CAD數(shù)據(jù)相似的部件

　　判斷相似形狀的技術(shù)已被用于制造業(yè)的設(shè)計(jì)開發(fā)制造用BOM（Bill of Materials）工具及部件庫工具。不設(shè)計(jì)新部件、而是盡量對(duì)現(xiàn)有部件進(jìn)行再利用，是最近制造業(yè)低成本化的一大趨勢(shì)，為此，必須進(jìn)行搜索，看看是否有接近目的形狀的現(xiàn)有部件。由于比較對(duì)象往往不是多邊形的集合體，而是表面由曲面及平面構(gòu)成的3D-CAD數(shù)據(jù)，因此算法與使用3D打印機(jī)時(shí)不同。

　　比如，日本圖研公司為BOM（Bill of Materials）管理系統(tǒng)“PreSight/visualBOM”設(shè)置了通過“Osada法”這種算法來檢索類似形狀部件的功能。這種算法能以一定的密度在形狀表面的曲面（或者平面）上產(chǎn)生很多點(diǎn)，并針對(duì)取出其中兩點(diǎn)的所有組合，計(jì)算出任意兩點(diǎn)之間的距離。先繪制出橫軸為距離、縱軸為組合數(shù)（頻率）的矩形圖（頻率分布），并將該矩形圖作為形狀的特征量。然后對(duì)兩個(gè)形狀的矩形圖進(jìn)行對(duì)比（對(duì)二者之差的絕對(duì)值進(jìn)行積分運(yùn)算），越相近（積分值越小）則相似度越高。

　　加拿大3D Semantix公司開發(fā)出了用來檢索相似形狀部件的系統(tǒng)“3DPartFinder”，并將其植入PDM工具中。據(jù)了解，該系統(tǒng)可以查找出3D形狀與檢索部件相似的部件，并顯示出檢索結(jié)果。

　　該系統(tǒng)采用的算法是，以數(shù)學(xué)方式表示3D數(shù)據(jù)的特征，并將其作為大小約15KB的“signature”數(shù)據(jù)提取出來，然后在signature之間進(jìn)行對(duì)比。signature數(shù)據(jù)與壓縮表示數(shù)據(jù)不同，無法據(jù)此復(fù)原形狀，只能用來判斷形狀的相似度。

　　雖然相似形狀檢索功能已開始普及，但其實(shí)用化歷史還很短。圖研公司在發(fā)布系統(tǒng)時(shí)說，“本來以為市場(chǎng)上已經(jīng)有幾種3D相似形狀檢索功能，但發(fā)現(xiàn)幾乎沒有，所以只能自己開發(fā)”。今后該公司還要積累業(yè)績，將誤判（將相同的形狀誤認(rèn)為不同，或者將不同的形狀誤認(rèn)為相同）概率降到最小程度。