Ak si chcete vytvoriť vlastný 3D skener, prvým krokom je nájsť webovú kameru. Ak ho máte, náklady na celý projekt budú stáť 40-50 dolárov. Stolové 3D skenovanie urobilo v posledných rokoch veľký pokrok, no stále má veľké obmedzenia. Hardvér techniky je postavený na základe určitého objemu a rozlíšenia skenovania. Dobré výsledky môžete dosiahnuť iba vtedy, ak váš objekt spĺňa požiadavky na snímanie a rozlíšenie.
Ako funguje 3D snímanie
Fotogrammetria využíva súbor konvenčných 2D fotografií nasnímaných zo všetkých smerov okolo objektu. Ak je bod na objekte viditeľný aspoň na troch obrázkoch, jeho umiestnenie možno triangulovať a zmerať v troch rozmeroch. Identifikáciou a výpočtom polohy tisícov alebo dokonca miliónov bodov dokáže softvér vytvoriť mimoriadne presnú reprodukciu.
Na rozdiel od hardvérového skenera nemá tento proces žiadne obmedzenia veľkosti ani rozlíšenia. Ak môžete odfotiť objekt, môžete ho naskenovať:
- Obmedzujúcim faktoromfotogrammetria je kvalita fotografií a teda zručnosť fotografa.
- Fotky musia byť jasne viditeľné a jasne zaostrené.
- Mali by byť tiež umiestnené okolo objektu tak, aby bola zakrytá každá ich časť.
Bez 3D skenera môžete vytvoriť 3D obraz iba veľkých objektov. Malé položky nie je možné skenovať. Aby sme tomu porozumeli podrobnejšie, analyzujeme koncept fotogrametrie.
Čo je fotogrammetria a ako ovplyvňuje zobrazenie objektov?
Fotogrammetria je veda o meraní z fotografií, najmä na rekonštrukciu presnej polohy povrchových bodov. Môže byť tiež použitý na rekonštrukciu pohybových dráh určených kotviacich bodov na akomkoľvek pohybujúcom sa objekte, jeho komponentoch a v tesnej blízkosti prostredia.
V skratke, dáva vám možnosť vytvoriť 3D mriežku z viacerých fotografií porovnaním podobností medzi obrázkami a ich trianguláciou v 3D priestore.
Fotogrammetria je tu už nejaký čas, ale až keď Autodesk skočil do svojho beta programu Memento, veci začali fungovať. Memento bolo premenované na ReMake, keď opustilo beta fázu. Znie to ako mágia, však? No to nie je mágia, to je realita. Teraz môže každý robiť 3D skenovanie bez toho, aby musel minúť stovky na skener. Dokonca aj cenovo dostupné 3D skenery s otvoreným zdrojom vyžadujú na správne fungovanie dosť znalostí. ODkaždý môže pomocou fotogrammetrie získať, čo chce.
Turntable – druhá fáza vytvárania skenera
Na vytvorenie vlastného 3D skenera potrebujete iba smartfón, slúchadlá a prehrávač. Funguje to takto: otočíte kľukou a pri každom úplnom otočení otočného taniera sa 50-krát spustí kamera telefónu hlasitosťou slúchadiel.
Jednoduché! Preneste fotografie do počítača a potom pomocou Autodesk ReMake urobte zázraky. Je to úžasné, ale nielenže je dobré v sieťovaní, ale poskytuje aj nástroje na vyladenie siete, opravu dier, zarovnanie, prípravu na 3D tlač alebo slúži ako tvar systému ako 3D zdroj pre hry alebo rendery!
Vzhľadom na to, že spoločnosť Apple odstránila konektor slúchadiel pre iPhone 7 a vyššie, použije sa aktualizovaná verzia vytvorenia skenera. Je založený na princípe fungovania na spúšti pre Bluetooth kameru. Toto nahradí potrebu konektora pre slúchadlá.
- Vysokokvalitné fotogrametrické skenovanie vyžaduje vysokokvalitné fotografie objektu zo všetkých uhlov.
- Najjednoduchší spôsob skenovania malých vecí je otáčať objekt počas fotografovania.
- Na tento účel skener používa krokový motor riadený doskou Arduino.
- Stepper otočí objekt o pevnú hodnotu a potom infračervená LED zhasne v sérii neuveriteľne zložitých zábleskov, ktoré napodobňujú bezdrôtové diaľkové ovládanie fotoaparátu.
Obrazovka LCD so sadou tlačidielumožňuje užívateľovi ovládať Arduino. Pomocou tlačidiel si používateľ môže zvoliť počet záberov, ktoré sa majú urobiť na otáčku. Vysokokvalitný 3D skener pre domácich majstrov môže pracovať v automatickom režime, kde nasníma obrázok, posunie krokový motor a opakuje ho, kým nedokončí úplnú otáčku.
K dispozícii je aj manuálny režim, v ktorom každé stlačenie tlačidla urobí fotografiu, posunie otočný ovládač a čaká. Je to užitočné pri skenovaní podrobností. 3D skener sa zameriava na rám, ktorý tvorí rám obrazu.
Dodatočný softvér
Keď softvér na fotogrametriu zistí objekt na fotografii, pokúsi sa nájsť tento prvok na iných obrázkoch a zaznamená polohu na všetkých obrázkoch, ktoré sa objavia.
- Ak je objekt súčasťou rotujúceho objektu, získame dobré údaje.
- Ak je detekovaná funkcia na pozadí a nepohybuje sa počas skenovania zvyšku objektu, môže narušiť časopriestorové kontinuum, aspoň pokiaľ ide o váš softvér.
Sú dve riešenia:
- Jedným z nich je pohyb fotoaparátu okolo objektu, aby bolo pozadie synchronizované s pohybom. To je dobré pre veľké objekty, ale automatizovať proces je oveľa ťažšie.
- Jednoduchším riešením je ponechať pozadie nedotknuté. Je to jednoduchšie pre malé predmety. Pridajte k tomu právoosvetlenie a ste na ceste k nevýrazným pozadiam.
Ďalším tipom je preexponovať snímky jedným alebo dvoma zastávkami. To vám umožní zachytiť viac detailov v tieni objektu a zároveň oddeliť pozadie, takže všetky zostávajúce objekty na pozadí zmiznú do žiarivej bielej.
- "Arduino". Má kolíky, ktoré nie sú zakryté obrazovkou LCD, čo uľahčuje pripojenie.
- SainSmart 1602 LCD štít, ktorý má displej a niekoľko tlačidiel na ovládanie skenera.
- Ovládač krokového motora (Easy Driver).
Krokový motor NEMA 17 otočí skenovaný objekt. S veľkým krokovým motorom (s príslušným ovládačom a napájaním) môže tento vysokokvalitný 3D skener pre domácich majstrov zväčšiť skenovanie. 950 nm IR LED spúšťa fotoaparát. Na tomto princípe sú založené niektoré populárne modely ručných 3D skenerov. Proces budovania môžete zopakovať vlastnými rukami. Ponúkame niekoľko možností na výber.
Spinscan od Tonyho Buzera: základ všetkých skenerov
V roku 2011 uviedol génius pre 3D tlač Tony Buzer na trh Spinscan. Ide o open source domáci 3D skener založený na laseri a digitálnom fotoaparáte. Neskôr MakerBot použil nápady zo Spinscanu na vytvorenie uzavretého zdroja digitalizačného skenera.
FabScan
FabScan začal ako absolventský projekt a odvtedy si ho osvojila malá komunita, ktorá naďalej pracuje na zlepšovaní jeho funkcií. FabScan funguje ako mnoho iných laserových skenerov, ale pomáha mu vstavaný kryt, ktorý pomáha vyrovnať úrovne osvetlenia a zabraňuje skresleniu pri skenovaní.
VirtuCube
Alternatívnou metódou pre laserové skenery je štruktúrovaný svetelný skener. Pomocou pikoprojektoru namiesto laseru možno VirtuCube jednoducho vytvoriť s niekoľkými tlačenými dielmi a základnou elektronikou. Celý tento systém je možné umiestniť do kartónovej škatule, aby sa predišlo chybám tlače iným zdrojom svetla.
Dva vzrušujúce nové open source laserové skenery už boli vydané: BQ Cyclop a Murobo Atlas.
BQ – laserový skenovací systém
Španielska spoločnosť zaoberajúca sa spotrebnou elektronikou BQ ohlásila na CES 3D skener Cyclop. Cyclop používa dve úrovne laserových línií, štandardnú webovú kameru USB a vlastný ovládač Arduino od BQ. BQ napísal svoju vlastnú aplikáciu na skenovanie s názvom Horus. Zatiaľ čo správy hovoria, že Cyclop ešte nie je k dispozícii, BQ tvrdí, že bude neskôr v tomto roku.
„Atlas“je vyvinutý projekt, ktorý si vyžaduje vylepšenia
3D skener Murobo momentálne hľadá prostriedky na Kickstarteri. Rovnako ako Spinscan, Digitizer a Cyclop, Atlas používa laserové líniové moduly a webovú kameru na skenovanie objektu na rotujúcej platforme. Atlas nahrádza Arduino Raspberry Pi a integruje ovládanie a snímanie do zariadenia. Rovnako ako Cyclop, tvorca Atlasu sľubuje, že to bude projektopen source. Sady za 129 USD sú vypredané, ale niektoré zostávajú za 149 USD a 209 USD.
V roku 2019 má spoločnosť v úmysle uviesť na trh 3D skener založený na smartfóne, ktorý nielenže zobrazí viditeľnosť na pozadí, ale aj zaostrí pri snímaní obrazu. V Amerike sú DIY novinky úžasné. Ak neviete, ako vyrobiť 3D skener, použite nedokončenú verziu Atlasu. Funkčnosť je pomerne jasná a vývojárom stačí zariadenie flashnúť a zabezpečiť fungovanie tých funkcií, ktoré chcú ako výsledok vidieť.
CowTech Ciclop: nový model multifunkčného stroja
Cena sa vyšplhá až na 160 USD (v závislosti od toho, či tlačíte 3D diely alebo nie). Spoločnosť sídli v USA. Rozlíšenie hotových obrázkov dosahuje 0,5 mm. Maximálny skenovací objem: 200 × 200 × 205 mm. BQ vytvorilo základ pre svojpomocnú sadu 3D skenera pre 3D tlačiareň. Vlastnými rukami môžete upraviť verziu modelu a vytvoriť tak obrázky v štvorrozmernom priestore.
CowTech Engineering využil fondy vedené BQ, aby aktualizovanému modelu dodal jedinečnú hodnotu. Nové príležitosti:
- environmental review,
- snímanie na pozadí,
- obrátený štýl displeja objektívu.
Verný hnutiu s otvoreným zdrojom Cowtech spustil kampaň na Kickstarteri s cieľom získať peniaze na spustenie produkčnej verzie originálu Ciclop CowTech. Tím si stanovil vysoký cieľ vyzbierať 10 000 dolárov, ale bol prekvapenýpotešilo, keď sa komunite podarilo vyzbierať 183 000 dolárov. Zrodila sa súprava 3D fotoaparátu CowTech Ciclop pre domácich majstrov a skenera telefónu.
Aký je teda rozdiel medzi verziou CowTech a verziou BQ DIY?
CowTech Ciclop stále používa softvér Horus 3D, pretože je to fantastický obchod na skenovanie 3D objektov. Rozdiely však spočívajú v trochu odlišnom dizajne, ktorého vývojom tím strávil niekoľko dní, aby bolo možné diely 3D vytlačiť na akejkoľvek FDM 3D tlačiarni.
Rovnaké polotovary možno použiť na vývoj zariadení vlastnými rukami. 3D skenery a tlačiarne spoločnosti majú len malý objem zostavy, takže CowTech navrhol diely, ktoré možno vytlačiť na akejkoľvek tlačiarni s objemom zostavy 115 × 110 × 65 mm, ktorá sa nachádza takmer vo všetkých 3D tlačiarňach.
Ciclop od CowTech:
- Sú tu nastaviteľné laserové držiaky.
- CowTech DIY používa laserom rezaný akryl.
BQ Ciclop:
- Modely používajú závitové tyče.
- Neexistuje laserom vyrezaný akryl.
Žiadny veľký problém a skenery stále vyzerajú dosť podobne, ale CowTech zamýšľal iba vylepšiť existujúci dizajn, nie ho reformovať. CowTech predáva na svojej webovej stránke Ciclop pripravený na skenovanie za 159 dolárov. Celkovo je to skvelý lacný 3D skener pre domácich majstrov, veľmi efektívny pre laserové triangulačné 3D skenovanie.
Rotačné stroje a stoly na vytváranie skenerov
- Mobilný telefónvybavené technológiou 3D skenera pre domácich majstrov: fotogrammetria – prítomná technologická funkcia.
- Cena: Bezplatná vlastná tlač (hoci materiál bude stáť okolo 30 USD).
- Tento svojpomocný 3D skener bude celkom jednoduché vytvoriť. Britský výrobca Dave Clark sa postaral o to, aby sa modely dali rozobrať ešte pred začiatkom predaja. Náhradné diely budú použité na výrobu ďalších skenerov.
Je to preto, že je založené na fotogrammetrii, nie na laserovej triangulácii, a je kompatibilné s vaším smartfónom! Môžete si stiahnuť 3D vytlačiteľný súbor na synchronizáciu zariadení.
3D skener je možné vyrobiť vlastnými rukami z improvizovaných prostriedkov. Musíte len dôverovať tvorcom 3D DIY. Jednoduché zariadenie okamžite premení váš iPhone alebo Android na 3D skener pripojením k tomuto prehrávaču. Potom pomocou slúchadiel a fotoaparátu telefónu nasníma viac ako 50 fotografií objektu, ktoré sa naskenujú pri otáčaní otočného taniera.
Po nasnímaní týchto obrázkov ich môžete načítať do programu, ako je Autodesk ReCap, aby ste z nich urobili úplný 3D súbor.
Celkovo ide o fantastický kreatívny projekt a skvelý svojpomocný 3D skener pre ľudí s obmedzeným rozpočtom.
Microsoft Kinect 3D skener
Je ešte nižšia, iba 99 dolárov (ale už sa nepredáva, hoci Kinect V2 je stále k dispozícii na Xbox One). Slogan spoločnosti znie: „Vyrobte si svoj vlastný 3D skener z Kinectu a prekvapte svojich priateľov.
Aj keď spoločnosť Microsoft zareagovala na dopyt vytvorením vlastnej aplikácie 3D Scan pre skener Kinect, existuje množstvo možností tretích strán, ktoré môžu byť vhodnejšie. Patria sem:
- Skanect, vyrobený spoločnosťou Occupital, ktorá predáva aj senzor textúr.
- ReconstructMe. Poskytuje súpravu nástrojov, ktoré vám umožňujú vykonávať 3D skenovanie za menej ako 100 USD.
Výsledky nie sú fantastické, ale za takú cenu je to celkom prijateľné. Ukázalo sa, že kvalita je horšia ako tradičná protogrammetria, najmä v jemných detailoch, ako napríklad na malých modeloch, ako sú žraločie zuby. Pre začiatočníkov 3D skenery je to však fantastický produkt základnej úrovne, najmä preto, že už jeden možno máte pre Xbox 360.
Pred vytvorením skenera
Je veľa kamier, ktoré môžete použiť. Samozrejme, aby ste vedeli, ako vyrobiť 3D skener z telefónu vlastnými rukami, musíte si vypočítať, čo je na to potrebné. Ak plánujete používať Pi Scan na ovládanie svojich fotoaparátov, mali by ste použiť Canon PowerShot ELPH 160. Ak však používate akékoľvek iné nastavenie, tu je niekoľko všeobecných odporúčaní pre fotoaparát:
- Koľko megapixelov potrebujete? Zmerajte položky, ktoré sa chystáte skenovať. Zamerajte sa na najväčšiu priemernú veľkosť (nevyberajte najväčšie odľahlé hodnoty). Napríklad väčšina učebníc má rozmery 22,86 × 27,94 cm. Teraz túto veľkosť vynásobte PPI (pixely na centimeter), ktoré chcete zachytiť. 300-toto je bezpečné minimum, aj keď sa nemôžete pokaziť, ak chytíte viac. Takže v našom príklade - 9 × 300=2 700. 11 × 300=3 300. Potrebujeme obrázok s rozlíšením aspoň 2 700 × 3 300=8 910 000 pixelov, čiže približne 9 megapixelov.
- Akú kontrolu potrebujete? Ak skenujete iba jednu knihu alebo iba skenujete položku pre jej informačný obsah (na rozdiel od snahy zachytiť skutočný vzhľad), nepotrebujete veľmi dobré zábery. Ak sa osvetlenie alebo nastavenia fotoaparátu zmenia od záberu k záberu, stále budete mať dobré výsledky.
- Rýchlosť uzávierky – vyváženie bielej Clona ISO.
- Zapnutie/vypnutie blesku. Akékoľvek vlastné spracovanie obrazu (zaostrenie, vylepšenie farieb atď.).
- Zaostrenie (ideálne možnosť uzamknutia zaostrenia).
- Kompenzácia expozície.
- Zväčšenie – väčšina digitálnych zrkadloviek umožňuje všetky tieto druhy ovládania; pre kompaktné fotoaparáty iba fotoaparáty Canon Powershot, ktoré podporujú CHDK. Umožňujú vám ovládať všetky tieto parametre.
Veľa závisí od rozpočtu. Skenery sa predávajú za rovnakú cenu ako fotoaparáty. Ak chcete robiť všetko sami, potom je rozpočet obmedzený. Venujte pozornosť cenovo dostupnému segmentu trhu s optikou a náhradnými dielmi.
- Prvým problémom, s ktorým sa stretávame pri zostavovaní 3D laserového skenera, je nájsť otočnú platformu. Zároveň ho treba ovládať len pomocou MatLabu. Namiesto toho, aby ste míňali veľa peňazí alebo času, môžete si kúpiťKrokový motor 28BYJ-48-5V s doskou testovacieho modulu pohonu ULN2003.
- Potom prilepte plošinu na hriadeľ krokového motora a umiestnite ju do drážky vo vnútri držiaka. Plošina by mala byť v jednej rovine s „mramorom“, ale uvedomte si, že čím je lacnejšia, tým sú priemery nekonzistentnejšie, čo môže spôsobiť, že veci nebudú vyrovnané.
- Ak máte metódu na získanie presnej rotácie, ktorú je možné ovládať v Mat Lab, nastavte kameru na ľubovoľnú vzdialenosť a výšku, ako aj laserovú čiaru naľavo alebo napravo od kamery a otočného taniera. Uhol lasera by mal byť optimálny, aby pokryl väčšinu otočného taniera, ale nič nemusí byť presné, rozdiel v mierke modelu zvládneme v kóde.
- Najdôležitejšou súčasťou správnej prevádzky je kalibrácia fotoaparátu. Pomocou sady nástrojov počítačového videnia MatLab môžete získať presnú ohniskovú vzdialenosť a optický stred kamery s presnosťou 0,14 pixelov.
Uvedomte si, že zmena rozlíšenia kamery zmení hodnoty procesu kalibrácie. Hlavné hodnoty, ktoré hľadáme, sú ohnisková vzdialenosť meraná v pixelových jednotkách a pixelové súradnice optického stredu roviny obrazu.
Väčšina lacných kompaktných fotoaparátov nemá softvérové rozhranie. Môžu byť ovládané iba ručne alebo mechanicky. Tím dobrovoľníkov však vyvinul softvér, ktorý vám umožňuje diaľkovo ovládať a konfigurovať kompaktné fotoaparáty Canon. Tento softvér sa nazývaCHDK.
- CHDK sa stiahne na SD kartu, ktorá sa potom vloží do fotoaparátu.
- Keď sa kamera spustí, CHDK sa spustí automaticky.
- Pretože CHDK nikdy nerobí trvalé zmeny vo fotoaparáte, vždy môžete jednoducho vybrať vyhradenú CHDK SD kartu pre normálnu prevádzku fotoaparátu.
CHDK je základným predpokladom pre softvérové ovládače uvedené nižšie. Ovládače bežia na PC alebo Raspberry Pi a komunikujú so softvérom CHDK bežiacim na kamerách cez USB. Pri používaní iných druhov lacných kamier je jedinou možnosťou ovládania nejaký druh mechanického alebo manuálneho spustenia pomocou inštalačných programov, ako je uvedené vyššie.
