Pokud si chcete vytvořit svůj vlastní 3D skener, prvním krokem je najít webovou kameru. Pokud ji máte, náklady na celý projekt budou stát 40-50 dolarů. Stolní 3D skenování udělalo v posledních letech velký pokrok, ale stále má velká omezení. Hardware techniky je postaven na základě určitého objemu a rozlišení skenování. Dobré výsledky můžete dosáhnout pouze tehdy, pokud váš objekt splňuje požadavky na fotografování a rozlišení.
Jak funguje 3D fotografování
Fotogrammetrie využívá sadu konvenčních 2D fotografií pořízených ze všech směrů kolem objektu. Pokud je bod na objektu vidět alespoň na třech snímcích, jeho umístění lze triangulovat a změřit ve třech rozměrech. Identifikací a výpočtem umístění tisíců nebo dokonce milionů bodů může software vytvořit extrémně přesnou reprodukci.
Na rozdíl od hardwarového skeneru nemá tento proces žádná omezení velikosti ani rozlišení. Pokud můžete vyfotografovat předmět, můžete jej naskenovat:
- Omezujícím faktoremfotogrammetrie je kvalita fotografií a tím i dovednost fotografa.
- Fotky musí být jasně viditelné a jasně zaostřené.
- Měly by být také umístěny kolem objektu tak, aby byla zakryta každá jejich část.
Bez 3D skeneru můžete vytvořit pouze 3D obraz velkých objektů. Malé položky nelze skenovat. Abychom tomu porozuměli podrobněji, analyzujeme koncept fotogrammetrie.
Co je fotogrammetrie a jak ovlivňuje zobrazení objektů?
Fotogrammetrie je věda o měření z fotografií, zejména za účelem rekonstrukce přesné polohy povrchových bodů. Může být také použit k rekonstrukci pohybových drah určených kotevních bodů na jakémkoli pohybujícím se objektu, jeho součástech a v těsné blízkosti prostředí.
Stručně řečeno, dává vám možnost vytvořit 3D mřížku z více fotografií porovnáním podobností mezi obrázky a jejich triangulací ve 3D prostoru.
Fotogrammetrie existuje již nějakou dobu, ale teprve když Autodesk skočil do svého beta programu Memento, věci začaly fungovat. Memento bylo přejmenováno na ReMake, když opustilo beta fázi. Zní to jako kouzlo, že? No, to není kouzlo, to je realita. Nyní může každý provádět 3D skenování, aniž by utrácel stovky za skener. Dokonce i cenově dostupné 3D skenery s otevřeným zdrojovým kódem vyžadují poměrně dost znalostí, aby správně fungovaly. Zkdokoli může pomocí fotogrammetrie získat, co chce.
Turntable – druhá fáze vytváření skeneru
Vše, co potřebujete k vytvoření vlastního 3D skeneru, je váš chytrý telefon, sluchátka a přehrávač. Funguje to takto: otočíte klikou a při každém úplném otočení gramofonu se 50krát spustí kamera telefonu hlasitostí sluchátek.
Snadné! Přeneste fotografie do počítače a poté pomocí Autodesk ReMake dělejte zázraky. Je to úžasné, ale nejen že je dobré při vytváření sítě, ale také poskytuje nástroje pro vyladění sítě, opravu děr, zarovnání, přípravu na 3D tisk nebo slouží jako tvar systému jako 3D zdroj pro hry nebo rendery!
No, vzhledem k tomu, že Apple odstranil konektor pro sluchátka pro iPhone 7 a vyšší, bude použita aktualizovaná verze vytvoření skeneru. Je založen na principu práce na spoušti pro Bluetooth kameru. To nahradí potřebu konektoru pro sluchátka.
- Vysoce kvalitní fotogrammetrické skenování vyžaduje vysoce kvalitní fotografie předmětu ze všech úhlů.
- Nejjednodušší způsob skenování malých věcí je otočit objekt při fotografování.
- K tomu skener používá krokový motor řízený deskou Arduino.
- Stepper otočí objekt o pevně stanovenou hodnotu a poté infračervená LED zhasne v děsivě složité sérii záblesků, které napodobují bezdrátové dálkové ovládání fotoaparátu.
LCD displej se sadou tlačítekumožňuje uživateli ovládat Arduino. Pomocí tlačítek si uživatel může zvolit počet snímků, které se pořídí za otáčku. Vysoce kvalitní 3D skener pro kutily může pracovat v automatickém režimu, kdy pořídí snímek, posune krokový motor dopředu a opakuje jej, dokud nedokončí úplnou otáčku.
K dispozici je také manuální režim, ve kterém každé stisknutí tlačítka pořídí snímek, posune ovládací kolečko a čeká. To je užitečné pro skenování podrobností. 3D skener se zaměřuje na rám, který rámuje obraz.
Další software
Když fotogrammetrický software detekuje prvek na fotografii, pokusí se najít tento prvek na jiných snímcích a zaznamená polohu na všech obrázcích, které se objeví.
- Pokud je objekt součástí rotujícího objektu, získáváme dobrá data.
- Pokud je detekovaný prvek na pozadí a během skenování zbytku objektu se nepohybuje, mohlo by to narušit časoprostorové kontinuum, alespoň pokud jde o váš software.
Existují dvě řešení:
- Jedním z nich je pohyb fotoaparátu kolem objektu, aby bylo pozadí synchronizováno s pohybem. To je dobré pro velké objekty, ale je mnohem těžší proces automatizovat.
- Snazším řešením je nechat pozadí nedotčené. To je jednodušší pro malé předměty. Přidejte k tomu právoosvětlení a jste na cestě k nevýrazným pozadím.
Dalším tipem je přeexponovat snímky o jednu nebo dvě zastávky. To vám umožní zachytit více detailů ve stínu objektu a zároveň oddělit pozadí, takže všechny zbývající objekty na pozadí zmizí do zářivě bílé.
- "Arduino". Má kolíky, které nejsou zakryty LCD obrazovkou, což usnadňuje připojení.
- SainSmart 1602 LCD štít, který má displej a některá tlačítka pro ovládání skeneru.
- Ovladač krokového motoru (Easy Driver).
Krokový motor NEMA 17 otočí skenovaný objekt. S velkým krokovým motorem (s vhodným ovladačem a napájecím zdrojem) dokáže tento vysoce kvalitní 3D skener pro svépomocné použití zvětšit rozsah skenování. 950 nm IR LED spouští kameru. Na tomto principu jsou založeny některé oblíbené modely ručních 3D skenerů. Proces budování můžete opakovat vlastníma rukama. Nabízíme několik možností na výběr.
Spinscan od Tonyho Buzera: základ všech skenerů
V roce 2011 vydal génius pro 3D tisk Tony Buzer Spinscan. Jedná se o open source domácí 3D skener založený na laseru a digitálním fotoaparátu. Později MakerBot použil nápady ze Spinscanu k vytvoření uzavřeného zdrojového digitalizačního skeneru.
FabScan
FabScan začal jako absolventský projekt a od té doby byl přijat malou komunitou, která nadále pracuje na vylepšování jeho funkcí. FabScan funguje jako mnoho jiných laserových skenerů, ale je podporován vestavěným krytem, který pomáhá vyrovnat úrovně osvětlení a zabraňuje zkreslení při skenování.
VirtuCube
Alternativní metodou pro laserové skenery je strukturovaný světelný skener. Pomocí pikoprojektoru místo laseru lze VirtuCube snadno vytvořit s několika tištěnými díly a základní elektronikou. Celý tento systém lze umístit do kartonové krabice, aby se zabránilo jiným zdrojům světla způsobovat tiskové chyby.
Dva vzrušující nové open source laserové skenery již byly vydány: BQ Cyclop a Murobo Atlas.
BQ – laserový skenovací systém
Španělská společnost zabývající se spotřební elektronikou BQ oznámila na CES 3D skener Cyclop. Cyclop používá dvě úrovně laserové čáry, standardní USB webovou kameru a vlastní Arduino ovladač BQ. BQ napsal svou vlastní skenovací aplikaci s názvem Horus. Zatímco zprávy říkají, že Cyclop ještě není k dispozici, BQ říká, že bude později v tomto roce.
"Atlas" je vyvinutý projekt, který vyžaduje vylepšení
Muroboův 3D skener aktuálně hledá finanční prostředky na Kickstarteru. Stejně jako Spinscan, Digitizer a Cyclop využívá Atlas laserové liniové moduly a webovou kameru ke skenování objektu na otočné platformě. Atlas nahrazuje Arduino Raspberry Pi a integruje ovládání a snímání do zařízení. Stejně jako Cyclop, tvůrce Atlasu slibuje, že půjde o projektopen source. Sady za 129 $ jsou vyprodány, ale některé zůstávají za 149 $ a 209 $.
V roce 2019 si společnost klade za cíl uvést na trh 3D skener založený na chytrém telefonu, který bude zobrazovat nejen viditelnost na pozadí, ale také zaostřit při pořizování snímku. V Americe jsou DIY novinky úžasné. Pokud nevíte, jak vyrobit 3D skener, použijte nedokončenou verzi Atlasu. Funkčnost je poměrně jasná a vývojářům stačí zařízení flashnout a zajistit fungování těch funkcí, které chtějí jako výsledek vidět.
CowTech Ciclop: nový model multifunkčního stroje
Cena se vyšplhá až na 160 $ (v závislosti na tom, zda tisknete 3D díly nebo ne). Společnost sídlí v USA. Rozlišení hotových obrázků dosahuje 0,5 mm. Maximální snímací objem: 200 × 200 × 205 mm. BQ tvořil základ DIY sady 3D skeneru pro 3D tiskárnu. Vlastními rukama můžete upravit verzi modelu a vytvářet obrazy ve čtyřrozměrném prostoru.
CowTech Engineering využil prostředky vedené BQ, aby aktualizovanému modelu dodaly jedinečnou hodnotu. Nové příležitosti:
- recenze životního prostředí,
- snímání na pozadí,
- obrácený styl displeje objektivu.
Společnost Cowtech, věrná hnutí s otevřeným zdrojovým kódem, zahájila kampaň na Kickstarteru s cílem získat peníze na spuštění produkční verze originálu Ciclop CowTech. Tým si stanovil vysoký cíl získat 10 000 $, ale setkal se s překvapením apotěšilo, když se komunitě podařilo vybrat 183 000 $. Sada CowTech Ciclop DIY 3D fotoaparát a skener telefonu je na světě.
Jaký je tedy rozdíl mezi verzí CowTech a verzí BQ DIY?
CowTech Ciclop stále používá software Horus 3D, protože je to fantastický obchod pro skenování 3D objektů. Rozdíly však spočívají v mírně odlišném designu, jehož vývojem tým strávil několik dní, aby bylo možné díly 3D tisknout na jakékoli FDM 3D tiskárně.
Stejné polotovary lze použít k vývoji zařízení vlastníma rukama. 3D skenery a tiskárny společnosti mají pouze malý objem sestavy, takže CowTech navrhl díly, které lze vytisknout na jakékoli tiskárně s objemem sestavy 115 × 110 × 65 mm, který se nachází téměř ve všech 3D tiskárnách.
Ciclop od CowTech:
- Tady jsou nastavitelné laserové držáky.
- CowTech DIY používá laserem řezaný akryl.
BQ Ciclop:
- Modely používají závitové tyče.
- Neexistuje žádný laserem řezaný akryl.
Žádný velký problém a skenery stále vypadají dost podobně, ale CowTech zamýšlel pouze vylepšit stávající design, ne jej reformovat. CowTech na svých webových stránkách prodává Ciclop připravený ke skenování za 159 dolarů. Celkově vzato je to skvělý levný 3D skener pro kutily, velmi účinný pro laserové triangulační 3D skenování.
Rotační stroje a stoly pro vytváření skenerů
- Mobilní telefonvybaveno DIY 3D skenerovou technologií: fotogrammetrie – přítomná technologická funkce.
- Cena: Bezplatný vlastní tisk (ačkoli materiál bude stát kolem 30 $).
- Tento DIY 3D skener bude docela snadné vytvořit. Britský výrobce Dave Clark se postaral o to, aby bylo možné modely rozebrat ještě před zahájením prodeje. Náhradní díly budou použity k sestavení dalších skenerů.
Je to proto, že je založeno na fotogrammetrii, nikoli na laserové triangulaci, a je kompatibilní s vaším chytrým telefonem! Můžete si stáhnout 3D tisknutelný soubor pro synchronizaci zařízení.
Vlastníma rukama lze vyrobit 3D skener z improvizovaných prostředků. Jen musíte věřit tvůrcům DIY 3D. Jednoduché zařízení připojením k tomuto přehrávači okamžitě promění váš iPhone nebo Android na 3D skener. Poté pomocí sluchátek a fotoaparátu telefonu pořídí více než 50 fotografií objektu, které budou naskenovány při otáčení otočného talíře.
Jakmile tyto snímky pořídíte, můžete je načíst do programu, jako je Autodesk ReCap, a přeměnit fotografie na úplný 3D soubor.
Celkově jde o fantastický kreativní projekt a skvělý 3D skener pro svépomocné uživatele s nízkým rozpočtem.
Microsoft Kinect 3D skener
Je ještě nižší za pouhých 99 $ (ale již se neprodává, ačkoli Kinect V2 je stále k dispozici na Xbox One). Slogan společnosti zní: „Vyrobte si svůj vlastní 3D skener z Kinectu a překvapte své přátele.
I když Microsoft zareagoval na poptávku vytvořením vlastní aplikace 3D Scan pro skener Kinect, existuje řada možností třetích stran, které mohou být vhodnější. Patří mezi ně:
- Skanect, vyrobený společností Occupital, která také prodává senzor textury.
- ReconstructMe. Poskytuje sadu nástrojů, které vám umožní provádět 3D skenování za méně než 100 $.
Výsledky nejsou fantastické, ale za takovou cenu je to docela přijatelné. Ukázalo se, že kvalita je horší než tradiční protogrammetrie, zejména v jemných detailech, jako jsou malé modely, jako jsou žraločí zuby. Pro začínající 3D skenery se však jedná o fantastický produkt základní úrovně, zejména proto, že jej již možná máte pro Xbox 360.
Před vytvořením skeneru
Je mnoho kamer, které můžete použít. Samozřejmě, abyste věděli, jak vyrobit 3D skener z telefonu vlastníma rukama, musíte si spočítat, co je k tomu potřeba. Pokud plánujete používat Pi Scan k ovládání svých fotoaparátů, měli byste použít Canon PowerShot ELPH 160. Pokud však používáte jiné nastavení, zde jsou některá obecná doporučení ohledně fotoaparátu:
- Kolik megapixelů potřebujete? Změřte položky, které se chystáte skenovat. Zaměřte se na největší průměrnou velikost (nevybírejte největší odlehlé hodnoty). Například většina učebnic má rozměry 22,86 × 27,94 cm. Nyní tuto velikost vynásobte PPI (pixely na centimetr), které chcete zachytit. 300-to je bezpečné minimum, i když nemůžete udělat chybu, když chytnete víc. Takže v našem příkladu - 9 × 300=2 700. 11 × 300=3 300. Potřebujeme obrázek o velikosti alespoň 2 700 × 3 300=8 910 000 pixelů, tedy asi 9 megapixelů.
- Jaké ovládání potřebujete? Pokud skenujete pouze jednu knihu nebo pouze skenujete položku pro její informační obsah (na rozdíl od snahy zachytit skutečný vzhled), nepotřebujete příliš dobré záběry. Pokud se osvětlení nebo nastavení fotoaparátu změní snímek od snímku, stále budete mít dobré výsledky.
- Rychlost závěrky – vyvážení bílé Clona ISO.
- Zapnutí/vypnutí blesku. Jakékoli vlastní zpracování obrazu (doostření, vylepšení barev atd.).
- Ostření (ideálně možnost uzamknout zaostření).
- Kompenzace expozice.
- Zvětšení – většina DSLR umožňuje všechny tyto druhy ovládání; u kompaktních fotoaparátů pouze fotoaparáty Canon Powershot, které podporují CHDK. Umožňují vám ovládat všechny tyto parametry.
Hodně záleží na rozpočtu. Skenery se prodávají za stejnou cenu jako fotoaparáty. Pokud chcete dělat vše sami, pak je rozpočet omezený. Věnujte pozornost cenově dostupnému segmentu trhu s optikou a náhradními díly.
- Prvním problémem, na který narazíte při stavbě 3D laserového skeneru, je nalezení otočné platformy. Přitom je potřeba jej ovládat pouze pomocí MatLabu. Místo toho, abyste utráceli spoustu peněz nebo času, můžete nakupovatKrokový motor 28BYJ-48-5V s deskou testovacího modulu pohonu ULN2003.
- Poté přilepte plošinu k hřídeli krokového motoru a umístěte ji do drážky uvnitř držáku. Plošina by měla být v jedné rovině s „mramorem“, ale uvědomte si, že čím levnější, tím více nekonzistentních průměrů může způsobit, že věci nebudou vyrovnané.
- Pokud máte metodu pro získání přesné rotace, kterou lze ovládat v Mat Lab, nastavte kameru na libovolnou vzdálenost a výšku, stejně jako laserovou linii nalevo nebo napravo od kamery a otočného talíře. Úhel laseru by měl být optimální, aby pokryl většinu otočného talíře, ale nic nemusí být přesné, rozdíl v měřítku modelu zvládneme v kódu.
- Nejdůležitější částí pro správnou funkci je kalibrace kamery. Pomocí sady nástrojů pro počítačové vidění MatLab můžete získat přesnou ohniskovou vzdálenost a optický střed kamery s přesností 0,14 pixelu.
Uvědomte si, že změna rozlišení kamery změní hodnoty procesu kalibrace. Hlavní hodnoty, které hledáme, jsou ohnisková vzdálenost, měřená v pixelových jednotkách, a pixelové souřadnice optického středu roviny obrazu.
Většina levných kompaktních fotoaparátů nemá softwarové rozhraní. Lze je ovládat pouze ručně nebo mechanicky. Tým dobrovolníků však vyvinul software, který vám umožňuje na dálku ovládat a konfigurovat kompaktní fotoaparáty Canon. Tento software se nazýváCHDK.
- CHDK se stáhne na SD kartu, která se poté vloží do fotoaparátu.
- Když se kamera spustí, CHDK se spustí automaticky.
- Protože CHDK nikdy neprovádí trvalé změny na kameře, můžete vždy pouze vyjmout vyhrazenou CHDK SD kartu pro normální provoz fotoaparátu.
CHDK je základním předpokladem pro softwarové ovladače uvedené níže. Ovladače 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 nějaký druh mechanického nebo ručního spuštění pomocí instalačních programů, jak je uvedeno výše.
