Jeśli chcesz stworzyć własny skaner 3D, pierwszym krokiem jest znalezienie kamery internetowej. Jeśli go masz, koszt całego projektu wyniesie 40-50 dolarów. Skanowanie 3D na komputerach stacjonarnych poczyniło w ostatnich latach ogromne postępy, ale nadal ma poważne ograniczenia. Sprzęt techniki budowany jest w oparciu o określoną objętość i rozdzielczość skanowania. Dobre wyniki można uzyskać tylko wtedy, gdy obiekt spełnia wymagania dotyczące fotografowania i rozdzielczość.
Jak działa fotografowanie 3D
Fotogrametria wykorzystuje zestaw konwencjonalnych zdjęć 2D wykonanych ze wszystkich kierunków wokół obiektu. Jeśli punkt na obiekcie można zobaczyć na co najmniej trzech obrazach, jego położenie można triangulować i zmierzyć w trzech wymiarach. Identyfikując i obliczając położenie tysięcy, a nawet milionów punktów, oprogramowanie może stworzyć niezwykle dokładną reprodukcję.
W przeciwieństwie do skanera sprzętowego, ten proces nie ma ograniczeń rozmiaru ani rozdzielczości. Jeśli możesz zrobić zdjęcie obiektu, możesz go zeskanować:
- Czynnik ograniczający wfotogrametria to jakość zdjęć, a zatem umiejętności fotografa.
- Zdjęcia muszą być wyraźnie widoczne i wyraźne.
- Powinny być również umieszczone wokół obiektu tak, aby każda ich część była zakryta.
Bez skanera 3D możesz tworzyć obrazy 3D tylko dużych obiektów. Nie można skanować małych przedmiotów. Aby zrozumieć to bardziej szczegółowo, przeanalizujemy pojęcie fotogrametrii.
Co to jest fotogrametria i jak wpływa na wyświetlanie obiektów?
Fotogrametria to nauka polegająca na wykonywaniu pomiarów ze zdjęć, zwłaszcza w celu rekonstrukcji dokładnego położenia punktów na powierzchni. Może być również używany do rekonstrukcji ścieżek ruchu wyznaczonych punktów zakotwiczenia na dowolnym poruszającym się obiekcie, jego komponentach oraz w bliskiej odległości od otoczenia.
W skrócie, daje możliwość tworzenia siatki 3D z wielu zdjęć poprzez porównywanie podobieństw między obrazami i triangulację ich w przestrzeni 3D.
Fotogrametria istnieje już od jakiegoś czasu, ale dopiero gdy Autodesk włączył swój program Memento w wersji beta, wszystko zaczęło działać. Memento zostało przemianowane na ReMake, gdy opuściło fazę beta. Brzmi jak magia, prawda? Cóż, to nie magia, to rzeczywistość. Teraz każdy może skanować 3D bez wydawania setek na skaner. Nawet niedrogie skanery 3D typu open source wymagają sporej wiedzy, aby działały prawidłowo. Zdzięki fotogrametrii każdy może uzyskać to, czego chce.
Gramofon - drugi etap tworzenia skanera
Wszystko, czego potrzebujesz do stworzenia własnego skanera 3D, to smartfon, dołączone słuchawki i odtwarzacz. Oto, jak to działa: kręcisz korbą i na każdy pełny obrót gramofonu aparat telefonu jest wyzwalany 50 razy przez głośność słuchawek.
Łatwe! Przenieś zdjęcia na komputer, a następnie użyj Autodesk ReMake, aby zdziałać cuda. Jest niesamowity, ale nie tylko jest dobry w tworzeniu siatki, ale także zapewnia narzędzia do poprawiania siatki, naprawy dziur, wyrównywania, przygotowania do drukowania 3D lub służy jako kształt systemu jako zasób 3D do gier lub renderowania!
Cóż, biorąc pod uwagę, że Apple usunął gniazdo słuchawkowe dla iPhone'a 7 i nowszych, zostanie użyta zaktualizowana wersja tworzenia skanera. Opiera się na zasadzie pracy na wyzwalaczu do kamery Bluetooth. Zastąpi to potrzebę korzystania z gniazda słuchawkowego.
- Wysokiej jakości skanowanie fotogrametryczne wymaga wysokiej jakości zdjęć obiektu ze wszystkich stron.
- Najłatwiejszym sposobem skanowania małych rzeczy jest obracanie obiektu podczas fotografowania.
- W tym celu skaner wykorzystuje silnik krokowy sterowany przez płytkę Arduino.
- Kroker obraca obiekt o ustaloną wartość, a następnie dioda podczerwieni gaśnie w serii dziwnie skomplikowanych błysków, które naśladują bezprzewodowy pilot aparatu.
Wyświetlacz LCD z zestawem przyciskówumożliwia użytkownikowi sterowanie Arduino. Za pomocą przycisków użytkownik może wybrać liczbę strzałów do wykonania na obrót. Wysokiej jakości skaner 3D DIY może pracować w trybie automatycznym, w którym robi zdjęcie, przesuwa silnik krokowy i powtarza go aż do pełnego obrotu.
Istnieje również tryb ręczny, w którym każde naciśnięcie przycisku wykonuje zdjęcie, przesuwa pokrętło jog i czeka. Jest to przydatne do skanowania szczegółów. Skaner 3D skupia się na kadrowaniu obrazu.
Dodatkowe oprogramowanie
Gdy oprogramowanie fotogrametryczne wykryje cechę na zdjęciu, spróbuje znaleźć tę cechę na innych obrazach i zarejestruje lokalizację na wszystkich pojawiających się zdjęciach.
- Jeśli obiekt jest częścią obracającego się obiektu, otrzymujemy dobre dane.
- Jeżeli wykryta funkcja znajduje się w tle i nie porusza się podczas skanowania reszty obiektu, może to przerwać kontinuum czasoprzestrzenne, przynajmniej jeśli chodzi o oprogramowanie.
Istnieją dwa rozwiązania:
- Jednym z nich jest przesuwanie aparatu wokół obiektu, aby tło było zsynchronizowane z ruchem. Jest to dobre dla dużych obiektów, ale znacznie trudniej jest zautomatyzować proces.
- Łatwiejszym rozwiązaniem jest pozostawienie nietkniętego tła. Łatwiej to zrobić w przypadku małych przedmiotów. Dodaj do tego prawooświetlenie i jesteś na dobrej drodze do pozbawionego cech tła.
Kolejną wskazówką jest prześwietlenie zdjęć z zatrzymaniem lub dwoma. Pozwala to uchwycić więcej szczegółów w cieniu obiektu, jednocześnie oddzielając tło, tak aby wszelkie pozostałe obiekty tła zniknęły w olśniewającej bieli.
- "Arduino". Posiada styki, które nie są zakryte ekranem LCD, co ułatwia podłączenie.
- SainSmart 1602 LCD Shield z wyświetlaczem i kilkoma przyciskami do sterowania skanerem.
- Sterownik silnika krokowego (łatwy sterownik).
Silnik krokowy NEMA 17 będzie obracał skanowany obiekt. Dzięki dużemu silnikowi krokowemu (z odpowiednim sterownikiem i zasilaczem), ten wysokiej jakości skaner 3D do samodzielnego montażu może zwiększyć skalę skanowania. Dioda LED IR 950 nm wyzwala kamerę. Niektóre popularne modele ręcznych skanerów 3D opierają się na tej zasadzie. Możesz powtórzyć proces budowania własnymi rękami. Oferujemy kilka opcji do wyboru.
Spinscan by Tony Buzer: podstawa wszystkich skanerów
W 2011 roku geniusz druku 3D Tony Buzer wydał Spinscan. Jest to domowy skaner 3D typu open source oparty na laserze i aparacie cyfrowym. Później MakerBot wykorzystał pomysły Spinscan do stworzenia zamkniętego skanera Digitizer Scanner.
FabScan
FabScan powstał jako projekt dyplomowy i od tego czasu został przyjęty przez małą społeczność, która nadal pracuje nad ulepszaniem swoich funkcji. FabScan działa jak wiele innych skanerów laserowych, ale jest wspomagany przez wbudowaną obudowę, która pomaga wyrównać poziomy światła, zapobiegając zniekształceniom podczas skanowania.
VirtuCube
Alternatywną metodą dla skanerów laserowych jest skaner światła strukturalnego. Używając pikoprojektora zamiast lasera, VirtuCube można łatwo stworzyć za pomocą kilku drukowanych części i podstawowej elektroniki. Cały ten system można umieścić w pudełku kartonowym, aby inne źródła światła nie powodowały błędów drukowania.
Dwa ekscytujące nowe skanery laserowe typu open source zostały już wydane: BQ Cyclop i Murobo Atlas.
BQ - system skanowania laserowego
Hiszpańska firma BQ zajmująca się elektroniką użytkową zaprezentowała na targach CES skaner Cyclop 3D. Cyclop wykorzystuje dwa poziomy linii lasera, standardową kamerę internetową USB i niestandardowy kontroler Arduino firmy BQ. BQ napisał własną aplikację do skanowania o nazwie Horus. Podczas gdy raporty mówią, że Cyclop nie jest jeszcze dostępny, BQ mówi, że nastąpi to jeszcze w tym roku.
„Atlas” to rozbudowany projekt, który wymaga ulepszeń
Skaner 3D Murrobo poszukuje obecnie funduszy na Kickstarterze. Podobnie jak Spinscan, Digitizer i Cyclop, Atlas wykorzystuje moduły linii laserowych i kamerę internetową do skanowania obiektu na obrotowej platformie. Atlas zastępuje Arduino Raspberry Pi, aby zintegrować sterowanie i przechwytywanie z urządzeniem. Podobnie jak Cyclop, twórca Atlasa obiecuje, że będzie to projektotwarte źródło. Zestawy za 129 USD zostały wyprzedane, ale niektóre pozostają na poziomie 149 USD i 209 USD.
W 2019 roku firma zamierza wprowadzić na rynek skaner 3D oparty na smartfonach, który nie tylko wyświetli widoczność tła, ale także skupi się na przechwytywaniu obrazu. W Ameryce nowości DIY są niesamowite. Jeśli nie wiesz, jak zrobić skaner 3D, skorzystaj z niedokończonej wersji Atlasa. Funkcjonalność jest dość przejrzysta, a programiści muszą tylko sflashować urządzenie i zapewnić działanie tych funkcji, które chcą w rezultacie zobaczyć.
CowTech Ciclop: nowy model maszyny wielofunkcyjnej
Cena wzrasta do 160 USD (w zależności od tego, czy drukujesz części 3D, czy nie). Firma ma siedzibę w USA. Rozdzielczość gotowych obrazów sięga 0,5 mm. Maksymalna objętość skanowania: 200 × 200 × 205 mm. BQ stanowił podstawę zestawu DIY skanera 3D do drukarki 3D. Własnymi rękami możesz modyfikować wersję modelu, aby tworzyć obrazy w czterowymiarowej przestrzeni.
CowTech Engineering wykorzystało fundusze prowadzone przez BQ, aby nadać wyjątkową wartość zaktualizowanemu modelowi. Nowe możliwości:
- przegląd środowiska,
- przechwytywanie w tle,
- odwrócony wyświetlacz obiektywu.
Wierny ruchowi open source, Cowtech uruchomił kampanię Kickstarter, aby zebrać pieniądze na uruchomienie produkcyjnej wersji oryginału, Ciclop CowTech. Zespół wyznaczył sobie wzniosły cel, jakim było zebranie 10 000 $, ale spotkał się z zaskoczeniem izachwycony, gdy społeczność była w stanie zebrać 183 000 dolarów. Powstaje zestaw kamery 3D i skanera telefonu CowTech Ciclop DIY.
Jaka jest więc różnica między wersją CowTech a wersją BQ DIY?
CowTech Ciclop nadal używa oprogramowania Horus 3D, ponieważ jest to fantastyczny sklep do skanowania obiektów 3D. Różnice polegają jednak na nieco innym projekcie, nad którym zespół spędził kilka dni, aby części można było wydrukować w 3D na dowolnej drukarce 3D FDM.
Te same puste miejsca można wykorzystać do opracowania urządzeń własnymi rękami. Skanery i drukarki 3D firmy mają niewielką objętość roboczą, więc CowTech zaprojektował części, które można drukować na dowolnej drukarce o objętości roboczej 115×110×65 mm, którą można znaleźć w prawie wszystkich drukarkach 3D.
Ciclop autorstwa CowTech:
- Tu są regulowane uchwyty laserowe.
- CowTech DIY używa akrylu wycinanego laserowo.
Ciclop BQ:
- Modele wykorzystują pręty gwintowane.
- Nie ma akrylu wycinanego laserowo.
To nic wielkiego, a skanery nadal wyglądają dość podobnie, ale CowTech zamierzał jedynie ulepszyć istniejący projekt, a nie go zreformować. CowTech sprzedaje na swojej stronie internetowej Ciclop gotowy do skanowania za 159 USD. Podsumowując, jest to świetny tani skaner 3D DIY, bardzo wydajny do skanowania 3D z triangulacją laserową.
Maszyny obrotowe i stoły do tworzenia skanerów
- Telefon komórkowywyposażony w technologię DIY skanera 3D: fotogrametria - funkcja technologiczna obecna.
- Cena: Bezpłatne drukowanie samodzielnie (chociaż materiały będą kosztować około 30 USD).
- Ten DIY skaner 3D będzie dość łatwy do stworzenia. Brytyjski producent Dave Clark zadbał o to, aby modele można było zdemontować jeszcze przed rozpoczęciem sprzedaży. Części zamienne zostaną użyte do budowy innych skanerów.
Dzieje się tak, ponieważ opiera się na fotogrametrii, a nie triangulacji laserowej i jest kompatybilny ze smartfonem! Możesz pobrać plik do druku 3D, aby zsynchronizować urządzenia.
Własnymi rękami można zrobić skaner 3D z improwizowanych środków. Wystarczy zaufać twórcom DIY 3D. Proste urządzenie błyskawicznie zamienia iPhone'a lub Androida w skaner 3D, podłączając go do tego odtwarzacza. Następnie za pomocą słuchawek i aparatu w telefonie wykonuje ponad 50 zdjęć obiektu, które zostaną zeskanowane wraz z obracaniem się gramofonu.
Po zrobieniu tych zdjęć możesz je załadować do programu, takiego jak Autodesk ReCap, aby przekształcić zdjęcia w pełny plik 3D.
Ogólnie jest to fantastyczny, kreatywny projekt i świetny skaner 3D typu „zrób to sam” dla osób z ograniczonym budżetem.
Skaner 3D Microsoft Kinect
Jest jeszcze niższa i wynosi zaledwie 99 USD (ale już nie jest sprzedawana, chociaż Kinect V2 jest nadal dostępny na Xbox One). Hasło firmy brzmi: „Stwórz własny skaner 3D od Kinect i zaskocz znajomych.
Chociaż firma Microsoft odpowiedziała na zapotrzebowanie, tworząc własną aplikację do skanowania 3D dla skanera Kinect, istnieje wiele opcji innych firm, które mogą być preferowane. Należą do nich:
- Skanect, wyprodukowany przez firmę Occupital, która sprzedaje również czujnik tekstury.
- Rekonstruuj mnie. Zapewnia zestaw narzędzi, które pozwalają na wykonanie skanowania 3D za mniej niż 100 USD.
Wyniki nie są fantastyczne, ale za taką cenę jest to całkiem do przyjęcia. Wykazano, że jakość jest gorsza od tradycyjnej protogrammetrii, zwłaszcza w przypadku drobnych szczegółów, takich jak małe modele, takie jak zęby rekina. Mimo to dla początkujących skanerów 3D jest to fantastyczny produkt dla początkujących, zwłaszcza, że możesz już mieć taki na Xbox 360.
Przed utworzeniem skanera
Istnieje wiele kamer, z których możesz korzystać. Oczywiście, aby wiedzieć, jak zrobić skaner 3D z telefonu własnymi rękami, musisz obliczyć, co jest do tego potrzebne. Jeśli planujesz używać Pi Scan do sterowania kamerami, powinieneś użyć Canon PowerShot ELPH 160. Ale jeśli używasz innej konfiguracji, oto kilka ogólnych zaleceń dotyczących kamer:
- Ile megapikseli potrzebujesz? Zmierz przedmioty, które zamierzasz zeskanować. Celuj w największy średni rozmiar (nie wybieraj największych wartości odstających). Na przykład większość podręczników ma wymiary 22,86 × 27,94 cm. Teraz pomnóż ten rozmiar przez PPI (piksele na centymetr), które zamierzasz przechwycić. 300-jest to bezpieczne minimum, chociaż nie możesz się pomylić, jeśli złapiesz więcej. W naszym przykładzie 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Potrzebujemy obrazu o wymiarach co najmniej 2700 × 3300=8 910 000 pikseli, czyli około 9 megapikseli.
- Jakiej kontroli potrzebujesz? Jeśli skanujesz tylko pojedynczą książkę lub skanujesz tylko przedmiot pod kątem zawartości informacyjnej (w przeciwieństwie do próby uchwycenia rzeczywistego wyglądu), nie potrzebujesz bardzo dobrych ujęć. Jeśli ustawienia oświetlenia lub aparatu zmienią się z jednego ujęcia na ujęcie, nadal będziesz uzyskiwać dobre wyniki.
- Czas otwarcia migawki - balans bieli przysłona ISO.
- Włącz/wyłącz lampę błyskową. Wszelkie niestandardowe przetwarzanie obrazu (wyostrzanie, ulepszanie kolorów itp.).
- Focus (najlepiej możliwość zablokowania ostrości).
- Kompensacja ekspozycji.
- Powiększenie - większość lustrzanek cyfrowych umożliwia wszystkie tego rodzaju sterowanie; w przypadku aparatów kompaktowych tylko aparaty Canon Powershot obsługujące CHDK. Pozwalają kontrolować wszystkie te parametry.
Wiele zależy od budżetu. Skanery sprzedawane są w tej samej cenie co aparaty fotograficzne. Jeśli chcesz zrobić wszystko sam, budżet jest ograniczony. Zwróć uwagę na przystępny segment rynku optyki i części zamiennych.
- Pierwszą trudnością napotkaną podczas budowy skanera laserowego 3D jest znalezienie obracającej się platformy. Jednocześnie trzeba nim sterować tylko za pomocą MatLaba. Zamiast wydawać dużo pieniędzy lub czasu, możesz kupićSilnik krokowy 28BYJ-48-5V z płytą modułu testowego napędu ULN2003.
- Następnie przyklej platformę do wału silnika krokowego i umieść ją w rowku wewnątrz uchwytu. Platforma powinna być równo z „marmurem”, ale pamiętaj, że im jest tańsza, tym bardziej niespójne średnice mogą sprawić, że rzeczy nie będą wypoziomowane.
- Jeśli masz metodę uzyskiwania precyzyjnego obracania, którą można kontrolować w Mat Lab, ustaw kamerę w dowolnej odległości i wysokości, a także linię lasera po lewej lub prawej stronie kamery i stołu obrotowego. Kąt lasera powinien być optymalny, aby pokryć większość stołu obrotowego, ale nic nie musi być dokładne, poradzimy sobie z różnicą skali modelu w kodzie.
- Najważniejszą częścią prawidłowego działania jest kalibracja kamery. Korzystając z zestawu narzędzi do widzenia komputerowego MatLab, można uzyskać dokładną ogniskową i środek optyczny kamery z dokładnością do 0,14 pikseli.
Pamiętaj, że zmiana rozdzielczości kamery zmieni wartości procesu kalibracji. Główne wartości, których szukamy, to ogniskowa mierzona w pikselach oraz współrzędne w pikselach optycznego środka płaszczyzny obrazu.
Większość tanich aparatów kompaktowych nie ma interfejsu programowego. Mogą być obsługiwane wyłącznie ręcznie lub mechanicznie. Jednak zespół wolontariuszy opracował oprogramowanie, które pozwala zdalnie sterować i konfigurować kompaktowe aparaty Canon. To oprogramowanie nazywa sięCHDK.
- CHDK jest pobierany na kartę SD, która jest następnie wkładana do aparatu.
- Kiedy kamera uruchamia się, CHDK uruchamia się automatycznie.
- Ponieważ CHDK nigdy nie wprowadza trwałych zmian w aparacie, zawsze możesz po prostu wyjąć dedykowaną kartę SD CHDK w celu normalnej pracy aparatu.
CHDK jest niezbędnym warunkiem wstępnym dla kontrolerów oprogramowania wymienionych poniżej. Kontrolery działają na komputerze PC lub Raspberry Pi i komunikują się z oprogramowaniem CHDK działającym na kamerach przez USB. W przypadku korzystania z innych rodzajów tanich kamer jedyną opcją sterowania jest jakiś rodzaj mechanicznego lub ręcznego startu za pomocą programów instalacyjnych, jak pokazano powyżej.
