Ha saját 3D szkennert szeretne készíteni, az első lépés egy webkamera keresése. Ha megvan, a teljes projekt költsége 40-50 dollárba kerül. Az asztali 3D szkennelés nagy előrelépést tett az elmúlt években, de még mindig vannak jelentős korlátai. A technika hardvere a szkennelés bizonyos volumenére és felbontására épül. Csak akkor érhet el jó eredményeket, ha a téma megfelel a felvételi követelményeknek és a felbontásnak.
Hogyan működik a 3D-s fényképezés
A fotogrammetria hagyományos 2D fényképeket használ, amelyeket egy tárgy körül minden irányból készítenek. Ha egy tárgyon egy pont legalább három képen látható, akkor a helyzete háromszögelhető és három dimenzióban mérhető. Több ezer vagy akár millió pont helyének azonosításával és kiszámításával a szoftver rendkívül pontos reprodukciót tud készíteni.
A hardveres szkennerekkel ellentétben ennek a folyamatnak nincs méret- vagy felbontáskorlátozása. Ha le tud fényképezni egy tárgyat, akkor beszkennelheti:
- A korlátozó tényezőA fotogrammetria a fényképek minősége, és ezért a fotós készsége.
- A fényképeknek jól láthatónak és élesen kell lenniük.
- Az objektum körül is el kell helyezni őket úgy, hogy minden részük takarva legyen.
3D szkenner nélkül csak nagy tárgyakról készíthet 3D képet. Kis tételek nem szkennelhetők. Ennek részletesebb megértéséhez elemezzük a fotogrammetria fogalmát.
Mi az a fotogrammetria, és hogyan befolyásolja az objektumok megjelenítését?
A fotogrammetria a fényképekből történő mérések tudománya, különösen a felületi pontok pontos helyzetének rekonstruálására. Használható továbbá a kijelölt rögzítési pontok mozgási útvonalának rekonstruálására bármely mozgó objektumon, annak összetevőin és a környezet közvetlen közelében.
Röviden: lehetővé teszi, hogy több fotóból 3D rácsot hozzon létre a képek közötti hasonlóságok összehasonlításával és a 3D térben történő háromszögeléssel.
A fotogrammetria már egy ideje létezik, de a dolgok csak akkor kezdtek működni, amikor az Autodesk beugrott a Memento bétaprogramjába. A Mementót átnevezték ReMake-re, amikor elhagyta a béta fázist. Varázslatnak hangzik, igaz? Nos, ez nem varázslat, ez a valóság. Mostantól bárki végezhet 3D szkennelést anélkül, hogy százakat költene egy szkennerre. Még a megfizethető, nyílt forráskódú 3D szkennerek is elég sok tudást igényelnek a megfelelő működésükhöz. TÓL TŐLa fotogrammetriával bárki megkaphatja, amit akar.
Lejátszó - a lapolvasó létrehozásának második szakasza
A saját 3D szkenner létrehozásához mindössze az okostelefonjára, a mellékelt fejhallgatóra és egy lejátszóra van szüksége. Ez így működik: elforgatod a forgattyút, és a lemezjátszó minden teljes elforgatásakor a telefon kameráját a fejhallgató hangereje 50-szer aktiválja.
Egyszerű! Másolja át a fényképeket a számítógépére, majd az Autodesk ReMake segítségével csodákat tehet. Csodálatos, de nem csak a hálózásban jó, hanem eszközöket is biztosít a háló finomításához, lyukak javításához, igazításhoz, 3D nyomtatásra való felkészüléshez, vagy rendszerformaként szolgál 3D-s erőforrásként játékokhoz vagy renderelésekhez!
Nos, tekintettel arra, hogy az Apple eltávolította a fejhallgató-csatlakozót az iPhone 7 és újabb készülékek esetében, a szkenner létrehozásának frissített verziója kerül felhasználásra. Ez azon az elven alapul, hogy a Bluetooth-kamera triggerén dolgozik. Ez helyettesíti a fejhallgató-csatlakozó szükségességét.
- A jó minőségű fotogrammetriai szkenneléshez jó minőségű fényképekre van szükség a témáról minden szögből.
- A kis dolgok beolvasásának legegyszerűbb módja, ha fényképezés közben elforgatjuk a tárgyat.
- Ehhez a szkenner egy léptetőmotort használ, amelyet az Arduino kártya vezérel.
- A léptető fix mértékben elforgatja az objektumot, majd az infravörös LED egy trükkös villanássorozattal kialszik, amelyek utánozzák a kamera vezeték nélküli távirányítóját.
LCD kijelző gombkészlettellehetővé teszi a felhasználó számára az Arduino vezérlését. A gombok segítségével a felhasználó kiválaszthatja, hogy fordulatonként hány felvételt készítsen. A kiváló minőségű DIY 3D szkenner képes automata üzemmódban is működni, ahol képet készít, előreviszi a léptetőmotort, és addig ismétli, amíg be nem fejez egy teljes fordulatot.
Létezik manuális üzemmód is, amelyben a gomb minden egyes megnyomására képet készít, mozgatja a léptetőtárcsát és vár. Ez a részletek beolvasásához hasznos. A 3D szkenner a képet keretező keretre fókuszál.
További szoftverek
Amikor a fotogrammetriai szoftver egy jellemzőt észlel egy fényképen, megpróbálja megtalálni azt a jellemzőt a többi képen, és rögzíti a helyet az összes megjelenő képen.
- Ha az objektum egy forgó objektum része, jó adatokat kapunk.
- Ha az észlelt funkció a háttérben van, és nem mozdul el az objektum többi részének vizsgálata közben, az megszakíthatja a tér-idő kontinuumot, legalábbis ami a szoftvert illeti.
Két megoldás létezik:
- Egyikük mozgatja a kamerát a téma körül, hogy a háttér szinkronban legyen a mozgással. Ez jó nagy objektumok esetén, de sokkal nehezebb automatizálni a folyamatot.
- Egy egyszerűbb megoldás, ha érintetlenül hagyja a hátteret. Ez könnyebben megtehető kis tárgyak esetén. Add hozzá a jogotvilágítás, és már úton is van a jellegtelen hátterek felé.
Egy másik tipp, hogy egy-két megállóval túlexponálja a képeket. Ez lehetővé teszi, hogy több részletet rögzítsen a téma árnyékában, miközben elválasztja a hátteret, így a megmaradt háttérobjektumok ragyogó fehérré tűnnek el.
- „Arduino”. Olyan tűkkel rendelkezik, amelyeket nem takar el az LCD-képernyő, így könnyen csatlakoztatható.
- SainSmart 1602 LCD Shield, amely kijelzővel és néhány gombbal rendelkezik a lapolvasó vezérléséhez.
- Léptetőmotor-meghajtó (Easy Driver).
A NEMA 17 léptetőmotor elforgatja a beolvasott objektumot. A nagy léptetőmotorral (megfelelő meghajtóval és tápegységgel) ez a kiváló minőségű DIY 3D szkenner képes felnagyítani a szkennelést. A 950 nm-es infravörös LED aktiválja a kamerát. A kézi 3D szkennerek néhány népszerű modellje ezen az elven alapul. Az építési folyamatot saját kezével is megismételheti. Számos lehetőség közül választhat.
Spinscan, Tony Buzer: minden szkenner alapja
2011-ben a 3D nyomtatás zsenije, Tony Buzer kiadta a Spinscant. Ez egy nyílt forráskódú házi készítésű 3D szkenner, amely lézeren és digitális fényképezőgépen alapul. Később a MakerBot a Spinscan ötleteit felhasználva létrehozta a zárt forráskódú digitalizáló szkennert.
FabScan
A FabScan egy érettségi projektként indult, és azóta egy kis közösség elfogadta, amely folyamatosan dolgozik a funkcióinak fejlesztésén. A FabScan sok más lézeres szkennerhez hasonlóan működik, de segíti a beépített ház, amely segít kiegyenlíteni a fényszintet, megakadályozva a torzítást a szkennelés során.
VirtuCube
A lézerszkennerek alternatív módszere a strukturált fényszkenner. Lézer helyett pico projektort használva a VirtuCube könnyen elkészíthető néhány nyomtatott alkatrész és alapvető elektronika segítségével. Ez az egész rendszer egy kartondobozba helyezhető, hogy más fényforrások ne okozzanak nyomtatási hibákat.
Két izgalmas új, nyílt forráskódú lézerszkenner már megjelent: a BQ Cyclop és a Murobo Atlas.
BQ - lézeres letapogató rendszer
A BQ spanyol fogyasztói elektronikai cég a CES-en bejelentette a Cyclop 3D szkennert. A Cyclop két lézeres vonalszintet, egy szabványos USB webkamerát és a BQ egyedi Arduino vezérlőjét használ. BQ megírta saját szkennelő alkalmazását Horus néven. Míg a jelentések szerint a Cyclop még nem érhető el, a BQ szerint még ebben az évben lesz.
Az „Atlas” egy továbbfejlesztett projekt, amely fejlesztést igényel
A Murobo 3D szkennere jelenleg pénzt keres a Kickstarteren. A Spinscan-hez, a Digitalizer-hez és a Cyclop-hoz hasonlóan az Atlas is lézervonalmodulokat és webkamerát használ egy forgó platformon lévő objektum szkennelésére. Az Atlas leváltja az Arduino Raspberry Pi-t, hogy integrálja a vezérlést és a rögzítést egy eszközbe. A Cyclophoz hasonlóan az Atlas alkotója azt ígéri, hogy ez egy projekt lesznyílt forráskód. A 129 dolláros készletek elkeltek, de néhányuk továbbra is 149 és 209 dolláros.
2019-ben a vállalat célja egy okostelefon-alapú 3D szkenner piacra dobása, amely nem csak a háttér láthatóságát jeleníti meg, hanem a fókuszt is felállítja a kép rögzítésekor. Amerikában a barkács újdonságok csodálatosak. Ha nem tudja, hogyan készítsen 3D szkennert, használja az Atlas befejezetlen verzióját. Meglehetősen egyértelmű a funkció, és a fejlesztőknek csak flashelni kell az eszközt, és biztosítaniuk kell azoknak a funkcióknak a működését, amelyeket ennek eredményeként látni akarnak.
CowTech Ciclop: a többfunkciós gép új modellje
Az ár 160 dollárig emelkedik (attól függően, hogy nyomtat-e 3D részeket vagy sem). A cég székhelye az Egyesült Államokban található. A kész képek felbontása eléri a 0,5 mm-t. Maximális szkennelési térfogat: 200 × 200 × 205 mm. A BQ egy DIY 3D szkennerkészlet alapját képezte egy 3D nyomtatóhoz. Saját kezűleg módosíthatja a modell verzióját, hogy képeket hozzon létre négydimenziós térben.
A CowTech Engineering BQ-vezérelt alapokat vett igénybe, hogy egyedi értéket adjon a frissített modellnek. Új lehetőségek:
- környezeti áttekintés,
- háttérrögzítés,
- fordított stílusú objektívkijelző.
A nyílt forráskódú mozgalomhoz hűen a Cowtech Kickstarter kampányt indított, hogy pénzt gyűjtsön az eredeti, Ciclop CowTech gyártási verziójának elindításához. A csapat 10 000 dollár összegyűjtését tűzte ki maga elé, de meglepetéssel fogadtákörült, amikor a közösség 183 000 dollárt tudott összegyűjteni. Megszületett a CowTech Ciclop DIY 3D kamera és telefon szkenner készlet.
Szóval mi a különbség a CowTech és a BQ DIY verzió között?
A CowTech Ciclop továbbra is a Horus 3D szoftvert használja, mivel ez egy fantasztikus üzlet a 3D objektumok szkenneléséhez. A különbségek azonban egy kicsit más dizájnban rejlenek, amelynek fejlesztésével a csapat több napot töltött, hogy az alkatrészeket bármilyen FDM 3D nyomtatón ki lehessen nyomtatni 3D-ben.
Ugyanezekkel az üres lapokkal saját kezűleg is fejleszthet eszközöket. A cég 3D szkennerei és nyomtatói csak kis gyártási volumenűek, ezért a CowTech olyan alkatrészeket tervezett, amelyek bármilyen 115×110×65 mm-es gyártási térfogatú nyomtatóra nyomtathatók, ami szinte minden 3D nyomtatóban megtalálható.
Ciclop a CowTechtől:
- Vannak itt állítható lézertartók.
- A CowTech barkácsolás lézerrel vágott akrilt használ.
BQ Ciclop:
- A modellek menetes rudat használnak.
- Nincs lézerrel vágott akril.
Nem nagy ügy, és a szkennerek még mindig nagyon hasonlónak tűnnek, de a CowTech csak javítani kívánt a meglévő kialakításon, nem pedig megreformálni azt. A CowTech egy szkennelésre kész Ciclopot 159 dollárért árul a weboldalán. Összességében ez egy nagyszerű, olcsó DIY 3D szkenner, nagyon hatékony a lézeres háromszögeléses 3D szkenneléshez.
Forgógépek és asztalok szkennerek létrehozásához
- MobiltelefonDIY 3D szkenner technológiával felszerelt: fotogrammetria – technológiai funkció jelen van.
- Ár: Önálló nyomtatás ingyenes (bár az anyagok körülbelül 30 dollárba kerülnek).
- Ezt a DIY 3D szkennert nagyon könnyű elkészíteni. Dave Clark brit gyártó gondoskodott arról, hogy a modellek már az értékesítés megkezdése előtt szétszedhetők legyenek. A tartalék alkatrészeket más szkennerek gyártásához használjuk fel.
Ez azért van, mert fotogrammetrián alapul, nem lézeres háromszögelésen, és kompatibilis az okostelefonjával! Letöltheti a 3D nyomtatható fájlt az eszközök szinkronizálásához.
Saját kezével 3D szkenner készíthető rögtönzött eszközökkel. Csak bíznia kell a DIY 3D alkotóiban. Egy egyszerű eszköz azonnal 3D-s szkennerré varázsolja iPhone-ját vagy Androidját, ha ehhez a lejátszóhoz csatlakoztatja. Ezután fejhallgatóval és telefonkamerával több mint 50 fényképet készít az objektumról, amelyeket a rendszer a lemezjátszó forogásakor szkennel.
Ha elkészítette ezeket a képeket, betöltheti őket egy programba, például az Autodesk ReCap programba, hogy a fényképeket teljes 3D fájllá alakítsa.
Összességében ez egy fantasztikus kreatív projekt és egy nagyszerű barkácsolás 3D-s szkenner a kis költségvetésű emberek számára.
Microsoft Kinect 3D szkenner
Még alacsonyabb, mindössze 99 dollár (de már nem adják el, bár a Kinect V2 továbbra is elérhető Xbox One-on). A cég szlogenje: Készítse el saját 3D szkennerét a Kinecttől, és lepje meg barátait.
Bár a Microsoft az igényekre reagálva létrehozta saját 3D Scan alkalmazását a Kinect szkennerhez, számos, harmadik féltől származó lehetőség is előnyösebb lehet. Ezek a következők:
- Skanect, az Occupital cég, amely textúraérzékelőt is árul.
- ReconstructMe. Olyan eszközöket biztosít, amelyek lehetővé teszik, hogy 3D szkennelést végezzen kevesebb mint 100 dollárért.
Az eredmények nem fantasztikusak, de ilyen áron ez teljesen elfogadható. Bebizonyosodott, hogy minőségében gyengébb a hagyományos protogrammetriánál, különösen finom részletekben, például olyan kis modelleken, mint például a cápafogak. Ennek ellenére a kezdő 3D szkennerek számára ez egy fantasztikus belépő szintű termék, különösen azért, mert lehet, hogy már van egy Xbox 360-ra.
Szkenner létrehozása előtt
Sok kamerát használhat. Természetesen annak érdekében, hogy megtudja, hogyan készítsen 3D szkennert a telefonjáról saját kezével, ki kell számítania, mi szükséges ehhez. Ha a Pi Scan alkalmazást tervezi a kamerák vezérlésére, akkor a Canon PowerShot ELPH 160-at használja. Ha azonban más beállítást használ, íme néhány általános kamerajavaslat:
- Hány megapixelre van szüksége? Mérje meg a beolvasni kívánt elemeket. Törekedjen a legnagyobb átlagos méretre (ne a legnagyobb kiugró értékeket válassza). Például a legtöbb tankönyv 22,86 × 27,94 cm-es. Most szorozza meg ezt a méretet a rögzíteni kívánt PPI-vel (pixel per centiméter). 300-ez egy biztonságos minimum, bár nem tévedhetsz, ha többet ragadsz. Tehát a mi példánkban - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Legalább 2700 × 3300=8 910 000 képpont méretű képre van szükségünk, vagyis körülbelül 9 megapixeles.
- Milyen vezérlésre van szüksége? Ha csak egyetlen könyvet olvas be, vagy csak egy elemet szkennel az információs tartalma miatt (nem pedig a tényleges megjelenést próbálja megragadni), nincs szüksége túl jó felvételekre. Ha a világítás vagy a kamera beállításai képről felvételre változnak, akkor is jó eredményeket érhet el.
- Záridő – fehéregyensúly ISO-rekesz.
- Vaku be/ki. Bármilyen egyedi képfeldolgozás (élesítés, színjavítás stb.).
- Fókusz (ideális esetben a fókusz rögzítésének lehetősége).
- Expozíciókompenzáció.
- Nagyítás – a legtöbb DSLR lehetővé teszi az összes ilyen vezérlést; kompakt fényképezőgépeknél csak a CHDK-t támogató Canon Powershot fényképezőgépek. Lehetővé teszik ezen paraméterek vezérlését.
Sok múlik a költségvetésen. A szkennereket a fényképezőgépekkel megegyező áron értékesítik. Ha mindent magad akarsz csinálni, akkor a költségvetés korlátozott. Ügyeljen az optika és alkatrészpiac megfizethető szegmensére.
- A 3D lézerszkenner felépítése során felmerülő első nehézség egy forgó platform megtalálása. Ugyanakkor csak a MatLab segítségével kell vezérelni. Ahelyett, hogy sok pénzt vagy időt költene, vásárolhat28BYJ-48-5V léptetőmotor ULN2003 hajtásteszt modul kártyával.
- Ezután ragassza a platformot a léptetőmotor tengelyéhez, és helyezze be a tartó belsejében lévő horonyba. Az emelvénynek egy szintben kell lennie a "márvánnyal", de ügyeljen arra, hogy minél olcsóbb, annál inkonzisztensebb az átmérője, ami miatt a dolgok nem egyenrangúak.
- Ha van módszere a precíz forgatás elérésére, amely a Mat Labban vezérelhető, állítsa be a kamerát tetszőleges távolságra és magasságra, valamint a lézervonalat a kamerától és a lemezjátszótól balra vagy jobbra. A lézer szögének optimálisnak kell lennie ahhoz, hogy a lemezjátszó nagy részét lefedje, de semmi sem kell, hogy pontos legyen, a modell léptékkülönbségét kódban kezeljük.
- A megfelelő működés legfontosabb része a kamera kalibrálása. A MatLab számítógépes látás eszközkészletével 0,14 pixeles pontossággal megkaphatja a kamera pontos gyújtótávolságát és optikai középpontját.
Ne feledje, hogy a kamera felbontásának megváltoztatása megváltoztatja a kalibrációs folyamat értékeit. A keresett fő értékek a pixelegységben mért gyújtótávolság és a képsík optikai középpontjának pixelkoordinátái.
A legtöbb olcsó kompakt fényképezőgépnek nincs szoftveres felülete. Csak manuálisan vagy mechanikusan működtethetők. Egy önkéntes csapat azonban olyan szoftvert fejlesztett ki, amely lehetővé teszi a Canon kompakt fényképezőgépek távoli vezérlését és konfigurálását. Ezt a szoftvert az únCHDK.
- A CHDK letöltődik az SD-kártyára, majd behelyezik a kamerába.
- Amikor a kamera elindul, a CHDK automatikusan elindul.
- Mivel a CHDK soha nem hajt végre végleges változtatásokat a kamerán, mindig egyszerűen eltávolíthatja a dedikált CHDK SD-kártyát a kamera normál működéséhez.
A CHDK elengedhetetlen előfeltétele az alább felsorolt szoftvervezérlőknek. A vezérlők PC-n vagy Raspberry Pi-n futnak, és USB-n keresztül kommunikálnak a kamerákon futó CHDK szoftverrel. Más típusú olcsó kamerák használatakor az egyetlen vezérlési lehetőség valamilyen mechanikus vagy kézi indítás a telepítőprogramokon keresztül, a fent látható módon.
