Ako želite napraviti svoj vlastiti 3D skener, prvi korak je pronaći web kameru. Ako ga imate, cijena cijelog projekta koštat će 40-50 dolara. Desktop 3D skeniranje je napravilo veliki napredak posljednjih godina, ali još uvijek ima velika ograničenja. Hardver tehnike je izgrađen na osnovu određenog volumena i rezolucije skeniranja. Možete dobiti dobre rezultate samo ako vaš subjekat ispunjava uslove snimanja i rezoluciju.
Kako funkcionira 3D snimanje
Fotogrametrija koristi skup konvencionalnih 2D fotografija snimljenih iz svih pravaca oko objekta. Ako se tačka na objektu može vidjeti na najmanje tri slike, njena lokacija se može triangulirati i izmjeriti u tri dimenzije. Identifikovanjem i izračunavanjem lokacije hiljada ili čak miliona tačaka, softver može stvoriti izuzetno preciznu reprodukciju.
Za razliku od hardverskog skenera, ovaj proces nema ograničenja veličine ili rezolucije. Ako možete snimiti fotografiju objekta, možete ga skenirati:
- Ograničavajući faktor ufotogrametrija je kvaliteta fotografija i samim tim vještina fotografa.
- Fotografije moraju biti jasno vidljive i jasno u fokusu.
- Treba ih postaviti i oko predmeta tako da svaki njihov dio bude pokriven.
Bez 3D skenera možete napraviti samo 3D sliku velikih objekata. Male stavke se ne mogu skenirati. Da bismo ovo razumjeli detaljnije, analizirat ćemo koncept fotogrametrije.
Šta je fotogrametrija i kako utiče na prikaz objekata?
Fotogrametrija je nauka o mjerenju sa fotografija, posebno za rekonstrukciju tačne pozicije površinskih tačaka. Takođe se može koristiti za rekonstrukciju putanja kretanja određenih tačaka sidrišta na bilo kom pokretnom objektu, njegovim komponentama iu neposrednoj blizini okoline.
Ukratko, daje vam mogućnost da kreirate 3D mrežu od više fotografija upoređujući sličnosti između slika i triangulirajući ih u 3D prostoru.
Fotogrametrija postoji već neko vreme, ali tek kada je Autodesk uskočio u svoj Memento beta program, stvari su počele da rade. Memento je preimenovan u ReMake kada je izašao iz beta faze. Zvuči kao magija, zar ne? Pa, nije magija, to je realnost. Sada svako može raditi 3D skeniranje bez trošenja stotina na skener. Čak i pristupačni 3D skeneri otvorenog koda zahtijevaju dosta znanja da bi ispravno radili. ODsvako može dobiti šta želi fotogrametrijom.
Gratofon - druga faza kreiranja skenera
Sve što vam treba da kreirate sopstveni 3D skener je vaš pametni telefon, uključene slušalice i plejer. Evo kako to funkcionira: okrećete ručicu i za svaku potpunu rotaciju gramofona, kamera telefona se aktivira jačinom zvuka slušalica 50 puta.
Lako! Prenesite fotografije na računar, a zatim koristite Autodesk ReMake da učinite čuda. Neverovatan je, ali ne samo da je dobar u mreži, već takođe pruža alate za podešavanje mreže, popravku rupa, poravnavanje, pripremu za 3D štampanje ili služenje kao sistemski oblik kao 3D resurs za igre ili renderovanje!
Pa, s obzirom da je Apple uklonio priključak za slušalice za iPhone 7 i novije verzije, koristit će se ažurirana verzija kreiranja skenera. Zasnovan je na principu rada na okidaču za Bluetooth kameru. Ovo će zamijeniti potrebu za priključkom za slušalice.
- Visokokvalitetno fotogrametrijsko skeniranje zahtijeva visokokvalitetne fotografije subjekta iz svih uglova.
- Najlakši pristup skeniranju malih stvari je da rotirate objekat tokom fotografisanja.
- Da bi to uradio, skener koristi koračni motor koji kontroliše Arduino ploča.
- Steper rotira objekat za fiksnu količinu, a zatim se infracrvena LED dioda gasi u jebeno lukavom nizu bljeskova koji oponašaju bežični daljinski upravljač kamere.
LCD ekran sa skupom dugmadiomogućava korisniku da kontrolira Arduino. Koristeći dugmad, korisnik može odabrati broj snimaka po okretu. Visokokvalitetni DIY 3D skener može raditi u automatskom načinu rada, gdje snima sliku, napreduje koračni motor i ponavlja sve dok ne završi potpunu revoluciju.
Postoji i ručni način rada u kojem svaki pritisak na tipku snima sliku, pomiče džog točkić i čeka. Ovo je korisno za skeniranje detalja. 3D skener se fokusira na okvir koji uokviruje sliku.
Dodatni softver
Kada softver za fotogrametriju detektuje obeležje na fotografiji, pokušava da pronađe tu karakteristiku na drugim slikama i beleži lokaciju na svim slikama koje se pojavljuju.
- Ako je objekt dio rotirajućeg objekta, dobijamo dobre podatke.
- Ako je otkrivena karakteristika u pozadini i ne pomiče se dok se skenira ostatak objekta, to bi moglo prekinuti prostorno-vremenski kontinuum, barem što se vašeg softvera tiče.
Postoje dva rješenja:
- Jedan od njih pomera kameru oko subjekta kako bi pozadina bila sinhronizovana sa pokretom. Ovo je dobro za velike objekte, ali je mnogo teže automatizirati proces.
- Lakše rješenje je ostaviti pozadinu netaknutu. To je lakše učiniti za male objekte. Dodajte na to desnoosvjetljenje i na putu ste do bezličnih pozadina.
Još jedan savjet je da preeksponirate svoje slike sa zaustavljanjem ili dva. Ovo vam omogućava da snimite više detalja u sjeni subjekta dok odvajate pozadinu tako da svi preostali objekti pozadine nestaju u briljantnoj bijeloj boji.
- "Arduino". Ima igle koje nisu pokrivene LCD ekranom, što olakšava povezivanje.
- SainSmart 1602 LCD Shield koji ima ekran i nekoliko dugmadi za kontrolu skenera.
- Upravljač koračnog motora (Easy Driver).
NEMA 17 koračni motor će rotirati skenirani objekat. Sa velikim koračnim motorom (sa odgovarajućim drajverom i napajanjem), ovaj visokokvalitetni DIY 3D skener mogao bi povećati skeniranje. 950 nm IR LED pokreće kameru. Neki popularni modeli ručnih 3D skenera temelje se na ovom principu. Možete ponoviti proces izgradnje vlastitim rukama. Nudimo nekoliko opcija za odabir.
Spinscan by Tony Buzer: osnova svih skenera
U 2011, genije za 3D štampanje Tony Buzer objavio je Spinscan. Ovo je domaći 3D skener otvorenog koda baziran na laseru i digitalnom fotoaparatu. Kasnije je MakerBot koristio ideje iz Spinscan-a za kreiranje digitalnog skenera zatvorenog izvora.
FabScan
FabScan je započeo kao diplomski projekat i od tada ga je usvojila mala zajednica koja nastavlja da radi na poboljšanju njegovih karakteristika. FabScan radi kao i mnogi drugi laserski skeneri, ali mu pomaže ugrađeno kućište koje pomaže u izjednačavanju nivoa svjetlosti, sprječavajući izobličenje prilikom skeniranja.
VirtuCube
Alternativni metod za laserske skenere je strukturirani svjetlosni skener. Koristeći piko projektor umjesto lasera, VirtuCube se lako može kreirati s nekoliko odštampanih dijelova i osnovne elektronike. Ceo ovaj sistem se može staviti u kartonsku kutiju kako bi se sprečilo da drugi izvori svetlosti uzrokuju greške u štampanju.
Dva uzbudljiva nova laserska skenera otvorenog koda su već objavljena: BQ Cyclop i Murobo Atlas.
BQ - sistem laserskog skeniranja
Španska kompanija za potrošačku elektroniku BQ najavila je Cyclop 3D skener na CES-u. Cyclop koristi dva nivoa laserske linije, standardnu USB web kameru i BQ-ov prilagođeni Arduino kontroler. BQ je napisao vlastitu aplikaciju za skeniranje pod nazivom Horus. Iako izvještaji kažu da Cyclop još nije dostupan, BQ kaže da će to biti kasnije ove godine.
"Atlas" je razvijen projekat koji zahtijeva poboljšanja
Muroboov 3D skener trenutno traži sredstva na Kickstarteru. Kao i Spinscan, Digitizer i Cyclop, Atlas koristi laserske linijske module i web kameru za skeniranje objekta na rotirajućoj platformi. Atlas zamjenjuje Arduino Raspberry Pi kako bi integrirao kontrolu i snimanje u uređaj. Kao i Cyclop, tvorac Atlasa obećava da će to biti projekatopen source. Kompleti od 129 dolara su rasprodati, ali neki ostaju na 149 i 209 dolara.
U 2019. godini, kompanija ima za cilj lansirati 3D skener baziran na pametnom telefonu koji ne samo da će prikazati vidljivost pozadine, već i konstruirati fokus prilikom snimanja slike. U Americi, DIY noviteti su neverovatni. Ako ne znate kako napraviti 3D skener, koristite nedovršenu verziju Atlasa. Postoji prilično jasna funkcionalnost, a programeri samo trebaju flešovati uređaj i osigurati rad onih funkcija koje žele vidjeti kao rezultat.
CowTech Ciclop: novi model multifunkcionalne mašine
Cijena ide do 160 USD (u zavisnosti od toga da li štampate 3D dijelove ili ne). Kompanija je sa sjedištem u SAD-u. Rezolucija gotovih slika dostiže 0,5 mm. Maksimalni volumen skeniranja: 200 × 200 × 205 mm. BQ je formirao osnovu kompleta DIY 3D skenera za 3D štampač. Svojim vlastitim rukama možete modificirati verziju modela kako biste kreirali slike u četverodimenzionalnom prostoru.
CowTech Engineering je iskoristio sredstva pod vodstvom BQ-a kako bi dao jedinstvenu vrijednost ažuriranom modelu. Nove mogućnosti:
- recenzija životne sredine,
- pozadinsko snimanje,
- obrnuti stil prikaza sočiva.
Vjeran pokretu otvorenog koda, Cowtech je pokrenuo Kickstarter kampanju kako bi prikupio novac za pokretanje produkcijske verzije originalnog Ciclop CowTecha. Tim je postavio visok cilj da prikupi 10.000 dolara, ali je dočekan sa iznenađenjem ioduševljeni kada je zajednica uspjela prikupiti 183.000 dolara. Rođen CowTech Ciclop DIY 3D kamera i skener za telefon.
Pa koja je razlika između CowTech verzije i BQ DIY verzije?
CowTech Ciclop i dalje koristi Horus 3D softver jer je to fantastična prodavnica za skeniranje 3D objekata. Razlike, međutim, leže u malo drugačijem dizajnu, koji je tim proveo nekoliko dana razvijajući tako da se dijelovi mogu 3D štampati na bilo kojem FDM 3D štampaču.
Isti praznini se mogu koristiti za razvoj uređaja vlastitim rukama. 3D skeneri i štampači kompanije imaju samo malu zapreminu izrade, tako da je CowTech dizajnirao delove koji se mogu štampati na bilo kom štampaču sa zapreminom izrade od 115×110×65 mm, što se nalazi u skoro svim 3D štampačima.
Ciclop od CowTech:
- Ovde se nalaze podesivi držači lasera.
- CowTech DIY koristi laserski rezani akril.
BQ Ciclop:
- Modeli koriste navojne šipke.
- Ne postoji laserski rezan akril.
Ništa strašno, i skeneri i dalje izgledaju prilično slično, ali CowTech je samo namjeravao poboljšati postojeći dizajn, a ne reformirati ga. CowTech prodaje Ciclop spreman za skeniranje za 159 dolara na svojoj web stranici. Sve u svemu, to je odličan jeftini DIY 3D skener, vrlo efikasan za lasersko triangulaciono 3D skeniranje.
Rotacione mašine i stolovi za kreiranje skenera
- Mobilni telefonopremljen DIY 3D skener tehnologijom: fotogrametrija - prisutna tehnološka karakteristika.
- Cijena: Besplatno štampate sami (iako će materijali koštati oko $30).
- Ovaj DIY 3D skener će biti prilično lako napraviti. Dave Clark, britanski proizvođač, pobrinuo se da se modeli mogu rastaviti i prije početka prodaje. Rezervni dijelovi će se koristiti za izradu drugih skenera.
To je zato što se zasniva na fotogrametriji, a ne na laserskoj triangulaciji, i kompatibilan je sa vašim pametnim telefonom! Možete preuzeti 3D datoteku za štampanje za sinhronizaciju uređaja.
Svojim rukama, 3D skener se može napraviti od improvizovanih sredstava. Samo trebate vjerovati kreatorima DIY 3D. Jednostavan uređaj trenutno pretvara vaš iPhone ili Android u 3D skener spajanjem na ovaj plejer. Zatim, koristeći slušalice i kameru telefona, snima preko 50 fotografija objekta, koje će se skenirati dok se gramofon okreće.
Kada snimite ove slike, možete ih učitati u program kao što je Autodesk ReCap da pretvorite fotografije u punu 3D datoteku.
Sve u svemu, ovo je fantastičan kreativni projekat i odličan DIY 3D skener za ljude sa ograničenim budžetom.
Microsoft Kinect 3D skener
Još je niži na samo 99 dolara (ali se više ne prodaje, iako je Kinect V2 još uvijek dostupan na Xbox One). Slogan kompanije je: Napravite svoj 3D skener od Kinect-a i iznenadite svoje prijatelje.
Iako je Microsoft odgovorio na zahtjev kreiranjem vlastite aplikacije 3D Scan za Kinect skener, postoji niz opcija treće strane koje bi mogle biti poželjnije. Ovo uključuje:
- Skanect, proizvođača Occupital, koji takođe prodaje senzor teksture.
- ReconstructMe. Pruža skup alata koji vam omogućavaju da izvršite 3D skeniranje za manje od 100 USD.
Rezultati nisu fantastični, ali za takvu cijenu je sasvim prihvatljiv. Pokazalo se da je inferioran u odnosu na tradicionalnu protogrametriju u kvaliteti, posebno u finim detaljima, kao što su mali modeli kao što su zubi ajkule. Ipak, za početnike 3D skenere, ovo je fantastičan početnički proizvod, pogotovo jer ga možda već imate za Xbox 360.
Prije kreiranja skenera
Postoji mnogo kamera koje možete koristiti. Naravno, da biste znali kako napraviti 3D skener sa svog telefona vlastitim rukama, morate izračunati šta je za to potrebno. Ako planirate koristiti Pi Scan za kontrolu vaših kamera, trebali biste koristiti Canon PowerShot ELPH 160. Ali ako koristite bilo koje drugo podešavanje, evo nekih općih preporuka za kameru:
- Koliko megapiksela vam treba? Izmjerite stavke koje ćete skenirati. Ciljajte na najveću prosječnu veličinu (ne birajte najveće vanjske vrijednosti). Na primjer, većina udžbenika je 22,86×27,94 cm. Sada pomnožite ovu veličinu sa PPI (piksela po centimetru) koji namjeravate snimiti. 300-ovo je siguran minimum, iako ne možete pogriješiti ako zgrabite više. Dakle, u našem primjeru - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Potrebna nam je slika od najmanje 2700 × 3300=8,910,000 piksela, ili oko 9 megapiksela.
- Koju kontrolu trebate? Ako samo skenirate jednu knjigu, ili skenirate samo stavku radi njenog informativnog sadržaja (za razliku od pokušaja da uhvatite stvarni izgled), nisu vam potrebne baš dobre snimke. Ako se postavke osvjetljenja ili kamere mijenjaju sa snimka na snimak, i dalje ćete dobiti dobre rezultate.
- Brzina zatvarača - ISO otvor blende balans bijele boje.
- Blic uključen/isključen. Bilo koja prilagođena obrada slike (izoštravanje, poboljšanje boje, itd.).
- Fokus (idealno mogućnost zaključavanja fokusa).
- Kompenzacija ekspozicije.
- Uvećanje - većina DSLR-a dozvoljava svu ovu vrstu kontrole; za kompaktne fotoaparate, samo Canon Powershot fotoaparate koji podržavaju CHDK. Oni vam omogućavaju da kontrolišete sve ove parametre.
Mnogo zavisi od budžeta. Skeneri se prodaju po istoj cijeni kao i kamere. Ako želite sve sami, onda je budžet ograničen. Obratite pažnju na pristupačan segment tržišta optike i rezervnih dijelova.
- Prva poteškoća s kojom se susreću u izgradnji 3D laserskog skenera je pronalaženje rotirajuće platforme. Istovremeno, potrebno ga je kontrolisati samo uz pomoć MatLaba. Umjesto da trošite mnogo novca ili vremena, možete kupiti28BYJ-48-5V koračni motor sa ULN2003 pločom modula za testiranje pogona.
- Dalje, zalijepite platformu na osovinu koračnog motora i postavite je u žljeb unutar držača. Platforma bi trebalo da bude u ravni sa "mermerom", ali imajte na umu da što je jeftinija, to su prečnici nedosledniji zbog kojih stvari mogu da se nerave.
- Ako imate metod za postizanje precizne rotacije koji se može kontrolisati u Mat Lab-u, postavite kameru na bilo koju udaljenost i visinu, kao i lasersku liniju lijevo ili desno od kamere i gramofona. Ugao lasera bi trebao biti optimalan da pokrije većinu gramofona, ali ništa ne mora biti precizno, mi ćemo riješiti razliku u skali modela u kodu.
- Najvažniji dio za pravilan rad je kalibracija kamere. Koristeći MatLab komplet alata za kompjuterski vid, možete dobiti tačnu žižnu daljinu i optički centar kamere sa tačnošću od 0,14 piksela.
Imajte na umu da će promjena rezolucije kamere promijeniti vrijednosti procesa kalibracije. Glavne vrijednosti koje tražimo su žižna daljina, mjerena u jedinicama piksela, i koordinate piksela optičkog centra ravni slike.
Većina jeftinih kompaktnih fotoaparata nema softverski interfejs. Njima se može upravljati samo ručno ili mehanički. Ali tim volontera je razvio softver koji vam omogućava daljinsko upravljanje i konfiguraciju Canon kompaktnih fotoaparata. Ovaj softver se zoveCHDK.
- CHDK se preuzima na SD karticu, koja se zatim ubacuje u kameru.
- Kada se kamera pokrene, CHDK se automatski pokreće.
- Pošto CHDK nikada ne vrši trajne promjene na kameri, uvijek možete jednostavno ukloniti namjensku CHDK SD karticu za normalan rad kamere.
CHDK je osnovni preduslov za softverske kontrolere navedene u nastavku. Kontroleri rade na PC-u ili Raspberry Pi-u i komuniciraju sa CHDK softverom koji radi na kamerama preko USB-a. Kada koristite druge vrste jeftinih kamera, jedina opcija kontrole je neka vrsta mehaničkog ili ručnog pokretanja kroz programe za instalaciju kao što je prikazano iznad.
