Diy 3d skener: díly a technologie. Domácí 3d skener

Pokud chcete vytvořit 3D skener pro kutily, nejprve vyhledejte webovou kameru. Pokud ji máte, náklady na celý projekt budou stát 40-50. Stolní 3D skenování zaznamenalo v posledních letech velké skoky, ale stále má velká omezení. Hardware zařízení je konstruován na základě určitého objemu a rozlišení skenování. Dobré výsledky můžete dosáhnout pouze tehdy, pokud váš objekt splňuje požadavky a povolení fotografování.

Princip fotografování v objemovém režimu

Fotogrammetrie používá sadu běžných 2D fotografií pořízených ze všech stran kolem objektu. Pokud lze bod na objektu vidět alespoň na třech snímcích, lze jeho polohu triangulovat a měřit ve třech rozměrech. Určením a výpočtem umístění tisíců nebo dokonce milionů bodů může software vytvořit extrémně přesnou reprodukci.

Na rozdíl od hardwarového skeneru tento proces nemá omezení velikosti ani rozlišení. Pokud můžete fotografovat objekt, můžete jej naskenovat:

• Omezujícím faktorem ve fotogrammetrii je kvalita fotografií a tím i dovednost fotografa.
• Fotografie by měly být jasně viditelné a jasně zaostřené.
• Musí být také umístěny kolem objektu, aby byla každá jejich část pokryta.

Bez 3D skeneru budete moci vytvořit trojrozměrný obraz pouze velkých objektů. Malé předměty nelze naskenovat. Pro více informací to pochopit, pojďme analyzovat koncept fotogrammetrie.

Co je fotogrammetrie a jak ovlivňuje zobrazení položek?

Fotogrammetrie je věda o získávání měření z fotografií, zejména pro obnovení přesné polohy povrchových bodů. Lze jej také použít k obnovení trajektorií pohybu označených referenčních bodů na jakémkoli pohybujícím se objektu, jeho součástech a v těsné blízkosti prostředí.

Stručně řečeno, poskytuje možnost vytvořit trojrozměrnou mřížku více fotografií porovnáním podobností mezi obrázky a jejich triangulací v trojrozměrném prostoru.

Fotogrammetrie existuje již nějakou dobu, ale teprve když se Autodesk připojil ke svému beta programu Memento, věci začaly fungovat stabilně. Když opustil beta fázi, byl Memento přejmenován na ReMake. Zní to jako kouzlo, že? No, není to kouzlo, je to realita. Nyní může kdokoli provádět 3D skenování, aniž by utratil stovky za skener. Dokonce i cenově dostupné 3D skenery s otevřeným zdrojovým kódem vyžadují spoustu znalostí, aby fungovaly správně. S fotogrammetrií může kdokoli získat, co chce.

Otočný kruh - druhá fáze vytváření skeneru

K vytvoření 3D skeneru pro kutily potřebujete pouze smartphone, přiložená sluchátka a gramofon. Funguje to takto: otočíte klikou a při každém úplném otočení otočného stolu se fotoaparát telefonu spustí z hlasitosti sluchátek 50krát.

Prostě! Přeneste fotografie do počítače a poté pomocí Autodesk ReMake udělejte zázraky. Je to úžasné, ale nejen dobře vytváří mřížku, ale také poskytuje nástroje pro nastavení mřížky, opravu otvorů, zarovnání, přípravu na 3D tisk nebo slouží jako systémová forma jako 3D prostředek pro hraní her nebo vizualizaci!

Vzhledem k tomu, že Apple odstranil konektor sluchátek pro iPhone 7 a vyšší, bude použita aktualizovaná verze vytvoření skeneru. Základem je princip spouštění fotoaparátu Bluetooth. To nahradí potřebu konektoru pro sluchátka.

• Vysoce kvalitní fotogrammetrické skenování vyžaduje vysoce kvalitní fotografie objektu ze všech úhlů.
• Nejjednodušším přístupem ke skenování malých věcí je otáčení objektu při fotografování.
• K tomu skener používá krokový motor ovládaný deskou Arduino.
• Stepper otočí objekt o pevnou částku a poté infračervená LED dioda zhasne zatraceně chytrými blikajícími sériemi, které simulují bezdrátové dálkové ovládání fotoaparátu.

Obrazovka LCD se sadou tlačítek umožňuje uživateli ovládat Arduino. Pomocí tlačítek může uživatel vybrat počet snímků, které mají být pořízeny za otáčku. Vysoce kvalitní 3D skener vyrobený pro kutily může pracovat v automatickém režimu, kde pořídí snímek, pohne krokovým motorem a opakuje jej, dokud nedokončí plnou rotaci.

K dispozici je také manuální režim, při kterém každé stisknutí tlačítka pořídí snímek, přesune krokový ovladač a čeká. To je užitečné pro skenování dílů. 3D skener se zaměřuje na rámeček, který rámuje obrázek.

Doplňkový software

Když software fotogrammetrie detekuje funkci na fotografii, pokusí se tuto funkci Najít na jiných obrázcích a zaznamená umístění na všech zobrazených snímcích.

1. Pokud je objekt součástí rotujícího objektu, získáme dobrá data.
2. Pokud je detekovaná funkce na pozadí a nepohybuje se, zatímco zbytek objektu je naskenován, může to způsobit narušení časoprostorového kontinua, alespoň pokud jde o vaše programové vybavení.

Existují dvě řešení:

• Jedním z nich je pohyb kamery kolem objektu, aby pozadí zůstalo synchronizované s pohybem. To je dobré pro velké objekty, ale je mnohem obtížnější automatizovat proces.
• Jednodušším řešením je ponechat pozadí bez funkcí. To je snazší pro malé objekty. Přidejte k tomu správné osvětlení a jste na cestě k anonymním pozadím.

Dalším tipem je přeexponovat vaše obrázky pomocí zastávky nebo dvou. To vám umožní zachytit více detailů ve stínu objektu a zároveň oddělit pozadí, takže všechny zbývající objekty na pozadí zmizí v šumivé bílé barvě.

• "Arduino". Má kontakty, které nejsou uzavřeny LCD obrazovkou, což usnadňuje připojení.
• SainSmart 1602 LCD Shield, který má displej a několik tlačítek pro ovládání skeneru.
• Ovladač krokového motoru (Easy Driver).

Krokový motor NEMA 17 otočí objekt skenování. S velkým krokovým motorem (s odpovídajícím ovladačem a napájecím zdrojem) by tento vysoce kvalitní 3D skener vyrobený pro kutily mohl přiblížit skenování. IR LED 950 nm spouští fotoaparát. Na tomto principu jsou založeny některé populární modely ruční 3D skenery. S vlastními rukama můžete opakovat stavební proces. Nabízíme několik možností na výběr.

Spinscan od Tonyho Busera: základ všech skenerů

V roce 2011 vydal génius 3D tisku Tony Buser Spinscan. Jedná se o domácí 3D open source skener založený na laseru a digitálním fotoaparátu. MakerBot později použil nápady od Spinscan k vytvoření uzavřeného zdrojového skeneru Digitizer.

FabScan

FabScan začal jako diplomový projekt a byl od té doby přijat malou komunitou, která nadále pracuje na zlepšení svých schopností. FabScan funguje jako mnoho jiných laserových skenerů, ale pomáhá mu vestavěné pouzdro, které pomáhá vyrovnat úrovně světla a zároveň zabraňuje zkreslení při skenování.

VirtuCube

Alternativní metodou pro laserové skenery je strukturovaný světelný skener. Pomocí Pico projektoru místo laseru lze VirtuCube snadno vytvořit s několika tištěnými částmi a základní elektronikou. Celý tento systém lze umístit do lepenkové krabice, aby ostatní světla nezpůsobila chyby při tisku.

Již byly vydány dva zajímavé nové open source laserové skenery: the BQ Cyclop a Murobo Atlas.

BQ-laserový skenovací systém

Španělská společnost spotřební elektroniky BQ oznámila na CES 3D skener Cyclop. Cyclop používá dvě laserové lineární úrovně, standardní webovou kameru USB a vlastní řadič Arduino od BQ. BQ napsal svou vlastní skenovací aplikaci s názvem Horus. Zatímco zprávy říkají, že Cyclop ještě není k dispozici, BQ říká, že bude koncem tohoto roku.

"Atlas" - navržený projekt vyžadující vylepšení

3D skener s popisem princip práce od Murobo v současné době hledá finanční prostředky na Kickstarter. Stejně jako Spinscan, Digitizer a Cyclop používá Atlas laserové lineární moduly a webovou kameru ke skenování objektu na rotující platformě. Atlas nahrazuje Arduino Raspberry Pi, aby spojil ovládání a zachycení do zařízení. Stejně jako Cyclop, tvůrce Atlas slibuje, že to bude open source projekt. Sady 129 $ jsou vyprodány, ale některé zůstaly za 149 $ a 209 $ .

V roce 2019 se společnost snaží uvolnit 3D skener vytvořený ze smartphonu, který bude nejen zobrazovat viditelnost na pozadí, ale také navrhovat zaostření při snímání obrazu. V Americe jsou novinky pro kutily ohromující. Pokud nevíte, jak vytvořit 3D skener, použijte nedokončenou verzi "Atlas". Existuje poměrně jasná funkčnost a vývojáři potřebují pouze flash zařízení a zajistit, aby funkce, které chcete vidět jako výsledek.

CowTech Ciclop: nový model multifunkčního zařízení

Cena dosahuje 160 $ (podle toho, zda tisknete 3D díly nebo ne). Společnost je založena v USA. Rozlišení hotových obrázků dosahuje 0,5 mm. Maximální objem skenování: 200 × 200 × 205 mm. BQ tvořil základ sady DIY 3D skeneru pro 3D tiskárnu. Vlastníma rukama můžete vylepšit verzi modelu před vytvořením obrázků ve čtyřrozměrném prostoru.

CowTech Engineering používal fondy vedené BQ, což dává aktualizovanému modelu jedinečný význam. Objevily se příležitosti:

• přehled okolního prostředí,
• zachycení pozadí,
• zobrazení objektivu v obráceném stylu.

Cowtech, věrný hnutí open source, zahájil kampaň Kickstarter, aby získal peníze na uvedení původní verze do výroby - Ciclop CowTech. Tým si stanovil vysoký cíl získat 10 000 dolarů, ale setkal se s překvapením a nadšením, když komunita dokázala získat 183 000 dolarů. Sada 3D skeneru z fotoaparátu a telefonu CowTech CICLOP DIY se narodila.

Jaký je tedy rozdíl mezi verzí CowTech a BQ DIY?

CowTech Ciclop stále používá software Horus 3D, protože je to fantastický obchod pro 3D skenování objektů. Rozdíly však spočívají v poněkud odlišném designu, jehož vývoj tým strávil několik dní, takže díly mohou být vytištěny ve 3D na jakékoli 3D tiskárně FDM.

Stejné polotovary lze použít k vývoji zařízení vlastními rukama. 3D skenery a tiskárny této společnosti mají pouze malé množství sestavení, takže společnost CowTech vyvinula díly, které lze vytisknout na jakékoli tiskárně s objemem sestavení 115 × 110 × 65 mm, který je k dispozici téměř ve všech 3D tiskárnách.

Ciclop od CowTech:

• K dispozici jsou nastavitelné držáky laseru.
• CowTech DIY používá laserové řezání akrylu.

BQ Ciclop:

• Modely používají závitové tyče.
• Laserové řezání akrylu chybí.

Není to nic hrozného a skenery stále vypadají docela podobně, ale CowTech měl v úmyslu pouze vylepšit stávající design, nikoli jej reformovat. CowTech prodává na svých webových stránkách ciclop připravený ke skenování za 159. Celkově je to skvělý levný DIY 3D skener, velmi účinný pro laserové triangulační 3D skenování.

Gramofony a stoly pro vytváření skenerů

1. Mobilní telefon je vybaven technologií 3D skeneru pro kutily: fotogrammetrie-je zde technologická funkce.
2. Cena: tisk zdarma sami (i když materiály budou stát asi 30 dolarů).
3. Tento 3D skener pro kutily bude docela jednoduchý. Dave Clarke, britský výrobce, se ještě před zahájením prodeje ujistil, že modely mohou rozumět. Díly půjdou na výrobu dalších skenerů.

Je proto založen spíše na fotogrammetrii než na laserové triangulaci a kompatibilní s vaším smartphonem! Můžete si stáhnout 3D tiskový soubor pro synchronizaci zařízení.

S vlastními rukama bude 3D skener vyroben z improvizovaných prostředků. Musíte pouze důvěřovat tvůrcům DIY 3D. Jednoduché zařízení okamžitě změní váš iPhone nebo Android na 3D skener připojením k tomuto přehrávači. Poté pomocí sluchátek a fotoaparátu telefonu pořídí více než 50 fotografií objektu, který bude naskenován při otáčení otočného stolu.

Jakmile tyto obrázky pořídíte, můžete je nahrát do programu, jako je Autodesk ReCap, a proměnit fotografie v plnohodnotný 3D soubor.

Celkově je to fantastický kreativní projekt a skvělý DIY 3D skener pro lidi s rozpočtem.

Microsoft Kinect 3D skener

Jeho cena je ještě nižší na pouhých 99 $ (již se však neprodává, i když Kinect V2 je stále k dispozici s Xbox One). Slogan společnosti: "DIY 3D skener z "Kinekta" a překvapte přátele.

Přestože společnost Microsoft reagovala na poptávku vytvořením vlastní aplikace 3D Scan Pro skener Kinect, existuje řada možností třetích stran, které mohou být upřednostňovány. Patří mezi ně:

• Skanect vyrobený společností Occupital, který také prodává senzor struktury.
• ReconstructMe. Poskytuje sadu nástrojů, které umožňují 3D skenování za méně než 100 USD.

Výsledky nejsou fantastické, ale za tuto cenu jsou naprosto přijatelné. Bylo prokázáno, že je horší než tradiční varianty protogrammetrie v kvalitě, zejména v malých detailech, například u malých modelů, jako jsou žraločí zuby. Pro začátečníky 3D skenerů je to však fantastický základní produkt, zejména proto, že již můžete mít jeden pro Xbox 360.

Před vytvořením skeneru

Existuje mnoho kamer, které můžete použít. Samozřejmě, abyste věděli, jak vyrobit 3D skener z telefonu vlastníma rukama, musíte spočítat, co k tomu potřebujete. Pokud plánujete používat Pi Scan k ovládání kamer, měli byste použít Canon PowerShot ELPH 160. Ale pokud používáte nějaké jiné nastavení, Zde je několik obecných doporučení pro výběr kamera:

1. Kolik megapixelů potřebujete? Změřte položky, které chcete skenovat. Zaměřte se na největší průměrnou velikost (nevybírejte největší emise). Například většina učebnic měří 22,86 × 27,94 cm. Nyní vynásobte tato velikost na PPI (pixely na centimetr), které chcete zachytit. 300 je bezpečné minimum, i když se nemůžete pokazit, pokud chytíte více. Takže v našem příkladu - 9 × 300 = 2700. 11 × 300 = 3300. Potřebujeme obrázek nejméně 2700 × 3300 = 8 910 000 pixelů, nebo asi 9 megapixelů.
2. Jakou kontrolu potřebujete? Pokud jednoduše naskenujete jednu knihu nebo naskenujete položku pouze pro její informační obsah (na rozdíl od pokusu o zachycení skutečného vzhledu), nepotřebujete velmi dobré snímky. Pokud se osvětlení nebo nastavení fotoaparátu změní ze snímku na snímek, stále získáte kvalitní výsledek.
3. Rychlost závěrky-vyvážení bílé clona ISO.
4. Blesk zapnuto / vypnuto. Jakékoli vlastní zpracování obrazu (ostření, vylepšení barev atd.). d.).
5. Zaměření (ideálně možnost uzamčení zaostření).
6. Kompenzace expozice.
7. Zvětšení obrazu-většina DSLR umožňují veškerý tento druh kontroly; u kompaktních fotoaparátů pouze fotoaparáty Canon Powershot, které podporují CHDK. Umožňují vám ovládat vše tyto parametry jsou.

Hodně záleží na rozpočtu. Skenery se prodávají za stejnou cenu jako fotoaparáty. Pokud chcete dělat všechno sami, rozpočet je omezený. Věnujte pozornost dostupnému segmentu trhu s optikou a náhradními díly.

• Prvním problémem, kterému čelí při vytváření 3D laserového skeneru, je nalezení rotující platformy. V tomto případě je třeba jej spravovat pouze pomocí Matlabu. Místo utrácení spousty peněz nebo času si můžete koupit krokový motor 28BYJ-48-5V s deskou testovacího modulu pohonu ULN2003.
• Dále přilepte plošinu k hřídeli krokového motoru a vložte ji do drážky uvnitř držáku. Platforma musí být na stejné úrovni jako "mramor", ale pamatujte, že čím levnější je, tím nekompatibilnější jsou průměry, které mohou věci nevyrovnat.
• Pokud máte metodu získání přesné rotace, kterou lze ovládat v Mat Lab, nastavte fotoaparát na libovolnou vzdálenost a výšku a laserovou čáru vlevo nebo vpravo od fotoaparátu a od otočného stolu. Úhel laseru by měl být optimální pro pokrytí většiny točny, ale nic by nemělo být přesné, budeme zpracovávat rozdíl v měřítku modelu v kódu.
• Samý důležitá část pro správnou funkci je kalibrace kamery. Pomocí sady nástrojů pro počítačové vidění MatLab je možné získat přesnou ohniskovou vzdálenost a optické centrum fotoaparátu s přesností 0,14 pixelu.

Nezapomeňte, že změna rozlišení kamery změní hodnoty procesu kalibrace. Hlavní hodnoty, které hledáme, jsou ohnisková vzdálenost měřená v pixelových jednotkách a pixelové souřadnice optického středu obrazové roviny.

Většina levných kompaktních fotoaparátů nemá softwarové rozhraní. Lze je ovládat pouze ručním nebo mechanickým spuštěním. Tým dobrovolníků však vyvinul software, který umožňuje dálkové ovládání a přizpůsobení kompaktních fotoaparátů Canon. Tento software se nazývá CHDK.

• CHDK se načte na SD kartu, která se poté vloží do fotoaparátu.
• Když se fotoaparát spustí, CHDK se spustí automaticky.
• Protože CHDK nikdy neprovádí trvalé změny ve fotoaparátu, můžete vždy jednoduše vyjmout vyhrazenou kartu CHDK SD pro normální provoz fotoaparátu.

CHDK je důležitým předpokladem pro softwarové řadiče uvedené níže. Řadiče běží na PC nebo Raspberry Pi a komunikují se softwarem CHDK běžícím na kamerách přes USB. Při použití jiných druhů levných kamer je jedinou možností ovládání jakýkoli druh mechanického nebo ručního spuštění prostřednictvím instalačních programů, jak je uvedeno výše.