Jos haluat tehdä oman 3D-skannerin, ensimmäinen askel on löytää verkkokamera. Jos sinulla on se, koko projektin kustannukset maksavat 40-50 dollaria. Työpöydän 3D-skannaus on edistynyt suuresti viime vuosina, mutta sillä on edelleen suuria rajoituksia. Tekniikan laitteisto on rakennettu tietyn skannausvolyymin ja -resoluution perusteella. Voit saada hyviä tuloksia vain, jos kohde täyttää kuvausvaatimukset ja resoluution.
Kuinka 3D-kuvaus toimii
Fotogrammetria käyttää sarjaa tavanomaisia 2D-kuvia, jotka on otettu kaikista suunnista kohteen ympäriltä. Jos esineen piste näkyy vähintään kolmessa kuvassa, sen sijainti voidaan kolmioida ja mitata kolmiulotteisesti. Tunnistamalla ja laskemalla tuhansien tai jopa miljoonien pisteiden sijainnit ohjelmisto voi luoda erittäin tarkan jäljennöksen.
Toisin kuin laitteistoskannereilla, tällä prosessilla ei ole koko- tai resoluutiorajoituksia. Jos voit ottaa valokuvan kohteesta, voit skannata sen:
- Rajoittava tekijäfotogrammetria on valokuvien laatua ja siten valokuvaajan taitoa.
- Kuvien on oltava selvästi näkyvissä ja selkeästi tarkennettuina.
- Ne tulee myös sijoittaa kohteen ympärille niin, että jokainen osa niistä on peitetty.
Ilman 3D-skanneria voit tehdä 3D-kuvia vain suurista kohteista. Pieniä kohteita ei voi skannata. Ymmärtääksemme tätä yksityiskohtaisemmin analysoimme fotogrammetrian käsitettä.
Mitä fotogrammetria on ja miten se vaikuttaa objektien näyttöön?
Fotogrammetria on tiedettä mittausten ottamisesta valokuvista, erityisesti pintapisteiden tarkan sijainnin rekonstruoimiseksi. Sitä voidaan käyttää myös minkä tahansa liikkuvan kohteen, sen komponenttien ja ympäristön välittömässä läheisyydessä olevien määrättyjen ankkuripisteiden liikepolkujen rekonstruoimiseen.
Lyhyesti sanottuna se antaa sinulle mahdollisuuden luoda 3D-ruudukon useista valokuvista vertaamalla kuvien välisiä yhtäläisyyksiä ja kolmioimalla niitä 3D-avaruudessa.
Photogrammetria on ollut käytössä jo jonkin aikaa, mutta asiat alkoivat toimia vasta, kun Autodesk hyppäsi Memento-beta-ohjelmaan. Memento nimettiin uudelleen ReMakeksi, kun se poistui betavaiheesta. Kuulostaa magi alta, eikö? No, se ei ole taikuutta, se on todellisuutta. Nyt kuka tahansa voi tehdä 3D-skannausta kuluttamatta satoja skannereihin. Jopa edulliset avoimen lähdekoodin 3D-skannerit vaativat melko vähän tietoa, jotta ne toimivat kunnolla. FROMkuka tahansa voi saada mitä haluaa fotogrammetrialla.
Koitsija – skannerin luomisen toinen vaihe
Oman 3D-skannerin luomiseen tarvitset vain älypuhelimen, mukana tulevat kuulokkeet ja soittimen. Näin se toimii: käännät kampea, ja jokaisella levysoittimen täydellä kierroksella kuulokkeiden äänenvoimakkuus laukaisee puhelimen kameran 50 kertaa.
Helppoa! Siirrä valokuvat tietokoneellesi ja tee sitten ihmeitä käyttämällä Autodesk ReMakea. Se on hämmästyttävää, mutta se ei ole vain hyvä niveltymiseen, vaan se tarjoaa myös työkaluja verkon säätämiseen, reikien korjaamiseen, kohdistamiseen, 3D-tulostukseen valmistautumiseen tai järjestelmämuotona pelien tai renderöinnin 3D-resurssina!
No, koska Apple on poistanut kuulokeliittimen iPhone 7:stä ja uudemmista, skannerin luomisesta käytetään päivitettyä versiota. Se perustuu Bluetooth-kameran liipaisimen toiminnan periaatteeseen. Tämä korvaa kuulokeliitännän tarpeen.
- Laadukas fotogrammetrinen skannaus edellyttää korkealaatuisia valokuvia kohteesta kaikista kulmista.
- Helppoin tapa skannata pieniä asioita on kiertää kohdetta valokuvauksen aikana.
- Tätä varten skanneri käyttää Arduino-kortilla ohjattua askelmoottoria.
- Askelin pyörittää kohdetta tietyn verran, ja sitten infrapuna-LED sammuu hirvittävän hankalana salamasarjana, joka jäljittelee kameran langatonta kaukosäädintä.
LCD-näyttö, jossa on painikkeitaantaa käyttäjälle mahdollisuuden ohjata Arduinoa. Painikkeiden avulla käyttäjä voi valita kierrosta kohden otettavien laukausten määrän. Laadukas DIY 3D -skanneri voi toimia automaattitilassa, jossa se ottaa kuvan, siirtää askelmoottoria eteenpäin ja toistaa sitä, kunnes se suorittaa täydellisen kierroksen.
On myös manuaalinen tila, jossa jokainen painikkeen painallus ottaa kuvan, siirtää jog-valitsinta ja odottaa. Tästä on hyötyä yksityiskohtien skannauksessa. 3D-skanneri keskittyy kuvan kehystävään kehykseen.
Lisäohjelmistot
Kun fotogrammetriaohjelmisto havaitsee piirteen valokuvassa, se yrittää löytää ominaisuuden muista kuvista ja tallentaa sijainnin kaikkiin näkyviin tuleviin kuviin.
- Jos kohde on osa pyörivää objektia, saamme hyviä tietoja.
- Jos havaittu ominaisuus on taustalla eikä liiku, kun objektin muuta osaa skannataan, se voi katkaista tila-aikajatkunnon, ainakin ohjelmistosi os alta.
On olemassa kaksi ratkaisua:
- Yksi niistä liikuttaa kameraa kohteen ympärillä, jotta tausta pysyy synkronoituna liikkeen kanssa. Tämä on hyvä suurille esineille, mutta prosessia on paljon vaikeampi automatisoida.
- Helpompi ratkaisu on jättää tausta koskematta. Tämä on helpompi tehdä pienille esineille. Lisää siihen oikeusvalaistus ja olet matkalla kohti piirteettömiä taustoja.
Toinen vinkki on ylivalottaa kuvat yhdellä tai kahdella pykälällä. Tämän avulla voit vangita enemmän yksityiskohtia kohteen varjossa samalla kun erotat taustan niin, että kaikki jäljellä olevat taustaobjektit katoavat loistavan valkoiseksi.
- "Arduino". Siinä on nastat, joita LCD-näyttö ei peitä, joten se on helppo liittää.
- SainSmart 1602 LCD Shield, jossa on näyttö ja joitain painikkeita skannerin ohjaamiseen.
- Askelmoottoriohjain (Easy Driver).
NEMA 17 -askelmoottori pyörittää skannattua kohdetta. Suurella askelmoottorilla (sopivilla ajureilla ja virtalähteellä) tämä korkealaatuinen DIY 3D -skanneri voi skaalata skannausta. 950 nm IR-LED laukaisee kameran. Jotkut suositut kädessä pidettävien 3D-skannerien mallit perustuvat tähän periaatteeseen. Voit toistaa rakennusprosessin omin käsin. Tarjoamme useita vaihtoehtoja, joista valita.
Spinscan by Tony Buzer: kaikkien skannerien perusta
Vuonna 2011 3D-tulostuksen nero Tony Buzer julkaisi Spinscanin. Tämä on avoimen lähdekoodin kotitekoinen 3D-skanneri, joka perustuu laseriin ja digitaalikameraan. Myöhemmin MakerBot käytti Spinscanin ideoita luodakseen suljetun lähdekoodin Digitizer Scannerin.
FabScan
FabScan aloitti valmistumisprojektina, ja sen jälkeen on otettu käyttöön pieni yhteisö, joka jatkaa ominaisuuksiensa parantamista. FabScan toimii kuten monet muut laserskannerit, mutta sitä tukee sisäänrakennettu kotelo, joka tasoittaa valotasoja ja estää vääristymisen skannauksen aikana.
VirtuCube
Vaihtoehtoinen menetelmä laserskannereille on strukturoitu valoskanneri. Käyttämällä pico-projektoria laserin sijaan, VirtuCube voidaan luoda helposti muutamalla painetulla osalla ja peruselektroniikassa. Tämä koko järjestelmä voidaan sijoittaa pahvilaatikkoon, jotta muut valonlähteet eivät aiheuta tulostusvirheitä.
Kaksi jännittävää uutta avoimen lähdekoodin laserskanneria on jo julkaistu: The BQ Cyclop ja Murobo Atlas.
BQ - laserskannausjärjestelmä
Espanjalainen kulutuselektroniikkayritys BQ julkisti Cyclop 3D-skannerin CES:ssä. Cyclop käyttää kahta laserviivatasoa, tavallista USB-verkkokameraa ja BQ:n mukautettua Arduino-ohjainta. BQ on kirjoittanut oman skannaussovelluksensa nimeltä Horus. Vaikka raporttien mukaan Cyclop ei ole vielä saatavilla, BQ sanoo sen olevan myöhemmin tänä vuonna.
"Atlas" on kehitetty projekti, joka vaatii parannuksia
Murobon 3D-skanneri hakee tällä hetkellä varoja Kickstarterista. Kuten Spinscan, Digitizer ja Cyclop, Atlas käyttää laserlinjamoduuleja ja web-kameraa objektin skannaamiseen pyörivällä alustalla. Atlas korvaa Arduino Raspberry Pi:n integroidakseen ohjauksen ja sieppauksen laitteeseen. Kuten Cyclop, Atlasin luoja lupaa, että se on projektiavoin lähdekoodi. 129 dollarin setit on myyty loppuun, mutta osa on edelleen 149 dollaria ja 209 dollaria.
Vuonna 2019 yritys pyrkii tuomaan markkinoille älypuhelimeen perustuvan 3D-skannerin, joka näyttää taustan näkyvyyden lisäksi myös tarkentaa kuvaa otettaessa. Amerikassa DIY-uutuudet ovat uskomattomia. Jos et osaa tehdä 3D-skanneria, käytä Atlasin keskeneräistä versiota. Siinä on melko selkeä toiminnallisuus, ja kehittäjien tarvitsee vain vilkkua laite ja varmistaa niiden toimintojen toiminta, jotka he haluavat nähdä tuloksena.
CowTech Ciclop: uusi monitoimikoneen malli
Hinta nousee 160 dollariin (riippuen siitä, tulostatko 3D-osia vai et). Yhtiön kotipaikka on Yhdysvalloissa. Valmiiden kuvien resoluutio on 0,5 mm. Suurin skannaustilavuus: 200 × 200 × 205 mm. BQ muodosti perustan 3D-tulostimen tee-se-itse-skannerisarjalle. Voit muokata mallin versiota omilla käsilläsi kuvien luomiseksi neliulotteisessa avaruudessa.
CowTech Engineering hyödynsi BQ-johtoisia varoja antaakseen päivitetylle mallille ainutlaatuista arvoa. Uusia mahdollisuuksia:
- ympäristökatsaus,
- taustakaappaus,
- käänteinen linssinäyttö.
Uskollisena avoimen lähdekoodin liikkeelle Cowtech käynnisti Kickstarter-kampanjan kerätäkseen rahaa alkuperäisen Ciclop CowTechin tuotantoversion käynnistämiseksi. Joukkue asetti korkean tavoitteen kerätä 10 000 dollaria, mutta se kohtasi yllätyksen jailoinen, kun yhteisö pystyi keräämään 183 000 dollaria. CowTech Ciclop DIY 3D-kamera- ja puhelimen skannerisarja on syntynyt.
Mitä eroa on CowTech-versiolla ja BQ DIY -versiolla?
CowTech Ciclop käyttää edelleen Horus 3D -ohjelmistoa, koska se on loistava kauppa 3D-objektien skannaukseen. Erot ovat kuitenkin hieman erilaisessa suunnittelussa, jonka kehittämiseen tiimi käytti useita päiviä, jotta osat voidaan tulostaa 3D-tulostukseen millä tahansa FDM 3D-tulostimella.
Samoja aihioita voi käyttää laitteiden kehittämiseen omin käsin. Yrityksen 3D-skannereilla ja tulostimilla on vain pieni koontivolyymi, joten CowTech on suunnitellut osia, jotka voidaan tulostaa millä tahansa tulostimella, jonka koontitilavuus on 115×110×65 mm, mikä löytyy melkein kaikista 3D-tulostimista.
CowTechin Ciclop:
- Tässä on säädettävät lasertelineet.
- CowTech DIY käyttää laserleikattua akryylia.
BQ Ciclop:
- Malleissa käytetään kierretankoja.
- Laserleikattua akryylia ei ole.
Ei iso juttu, ja skannerit näyttävät edelleen melko samanlaisilta, mutta CowTechin tarkoituksena oli vain parantaa nykyistä suunnittelua, ei uudistaa sitä. CowTech myy verkkosivuillaan skannausvalmiin Ciclopin hintaan 159 dollaria. Kaiken kaikkiaan se on loistava halpa DIY 3D-skanneri, erittäin tehokas laserkolmio-3D-skannaukseen.
Kiertokoneet ja pöydät skannerien luomiseen
- Matkapuhelinvarustettu tee-se-itse 3D-skanneritekniikalla: fotogrammetria - tekninen ominaisuus olemassa.
- Hinta: Ilmainen tulostus itse (vaikka materiaalit maksavat noin 30 dollaria).
- Tämä DIY 3D -skanneri on melko helppo luoda. Brittivalmistaja Dave Clark varmisti, että mallit voidaan purkaa jo ennen myynnin alkua. Varaosia käytetään muiden skannerien rakentamiseen.
Tämä johtuu siitä, että se perustuu fotogrammetriaan, ei lasertriangulaatioon, ja on yhteensopiva älypuhelimesi kanssa! Voit ladata 3D-tulostettavan tiedoston synkronointilaitteita varten.
Omin käsin 3D-skanneri voidaan valmistaa improvisoiduilla keinoilla. Sinun tarvitsee vain luottaa DIY 3D:n luojiin. Yksinkertainen laite muuttaa iPhonesi tai Androidisi välittömästi 3D-skanneriksi yhdistämällä sen tähän soittimeen. Sitten se ottaa kuulokkeiden ja puhelimen kameran avulla kohteesta yli 50 kuvaa, jotka skannataan levysoittimen pyöriessä.
Kun olet ottanut nämä kuvat, voit ladata ne ohjelmaan, kuten Autodesk ReCap, muuttaaksesi valokuvat täydelliseksi 3D-tiedostoksi.
Kaiken kaikkiaan tämä on fantastinen luova projekti ja loistava tee-se-itse 3D-skanneri pienille ihmisille.
Microsoft Kinect 3D-skanneri
Se on vieläkin alhaisempi, vain 99 dollaria (mutta ei enää myydä, vaikka Kinect V2 on edelleen saatavilla Xbox Onelle). Yrityksen slogan on: Tee oma 3D-skannerisi Kinectistä ja yllätä ystäväsi.
Vaikka Microsoft on vastannut kysyntään luomalla oman 3D-skannaussovelluksen Kinect-skannerille, on olemassa useita kolmannen osapuolen vaihtoehtoja, jotka voivat olla parempia. Näitä ovat:
- Skanect, valmistaja Occupital, joka myy myös pintakuvioanturia.
- ReconstructMe. Se tarjoaa joukon työkaluja, joiden avulla voit suorittaa 3D-skannauksen alle 100 dollarilla.
Tulokset eivät ole loistavia, mutta sellaiseen hintaan se on varsin hyväksyttävä. Sen on osoitettu olevan laadultaan heikompi kuin perinteinen protogrammetria, erityisesti hienoissa yksityiskohdissa, kuten pienissä malleissa, kuten hain hampaissa. Aloitteleville 3D-skannereille tämä on kuitenkin loistava aloitustason tuote, varsinkin kun sinulla saattaa jo olla sellainen Xbox 360:lle.
Ennen skannerin luomista
Voit käyttää monia kameroita. Tietenkin, jotta tiedät kuinka tehdä 3D-skanneri puhelimestasi omin käsin, sinun on laskettava, mitä tähän tarvitaan. Jos aiot käyttää Pi Scania kameroiden ohjaamiseen, sinun tulee käyttää Canon PowerShot ELPH 160:tä. Mutta jos käytät muita asetuksia, tässä on joitain yleisiä kamerasuosituksia:
- Kuinka monta megapikseliä tarvitset? Mittaa kohteet, joita olet aikeissa skannata. Tavoittele suurinta keskikokoa (älä valitse suurimpia poikkeamia). Esimerkiksi useimmat oppikirjat ovat kooltaan 22,86 × 27,94 cm. Nyt kerrotaan tämä koko PPI:llä (pikseliä senttimetriä kohti), jonka aiot kaapata. 300-tämä on turvallinen minimi, vaikka et voi mennä pieleen, jos otat enemmän. Joten esimerkissämme - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Tarvitsemme kuvan, jonka koko on vähintään 2700 × 3300=8 910 000 pikseliä eli noin 9 megapikseliä.
- Mitä ohjausta tarvitset? Jos skannaat vain yksittäistä kirjaa tai skannaat vain kohdetta sen informatiivisen sisällön vuoksi (toisin kuin yrität vangita todellista ulkoasua), et tarvitse kovin hyviä kuvia. Jos valaistus- tai kamera-asetukset muuttuvat otoksista toiseen, saat silti hyviä tuloksia.
- Suljinaika - valkotasapainon ISO-aukko.
- Salama päällä/pois. Mikä tahansa mukautettu kuvankäsittely (terävöinti, värien korostus jne.).
- Tarkennus (ihannetapauksessa kyky lukita tarkennus).
- Valotuskorjaus.
- Suurennus – useimmat DSLR-laitteet mahdollistavat kaiken tämäntyyppisen ohjauksen; kompaktikameroissa vain Canon Powershot -kameroita, jotka tukevat CHDK:ta. Niiden avulla voit hallita kaikkia näitä parametreja.
Paljon riippuu budjetista. Skannerit myydään samaan hintaan kuin kamerat. Jos haluat tehdä kaiken itse, budjetti on rajallinen. Kiinnitä huomiota optiikka- ja varaosamarkkinoiden edulliseen segmenttiin.
- Ensimmäinen vaikeus 3D-laserskannerin rakentamisessa on pyörivän alustan löytäminen. Samanaikaisesti sitä on ohjattava vain MatLabin avulla. Sen sijaan, että kuluttaisit paljon rahaa tai aikaa, voit ostaa28BYJ-48-5V askelmoottori ULN2003-käyttötestimoduulilevyllä.
- Liimaa seuraavaksi alusta askelmoottorin akseliin ja aseta se pitimen sisällä olevaan uraan. Alustan tulee olla samassa tasossa "marmorin" kanssa, mutta muista, että mitä halvempi se on, sitä epäjohdonmukaisempi halkaisija voi saada asiat epätasaiseksi.
- Jos sinulla on menetelmä saada tarkka kierto, jota voidaan ohjata Mat Labissa, aseta kamera mille tahansa etäisyydelle ja korkeudelle, samoin kuin laserlinjan vasemmalle tai oikealle puolelle kamerasta ja levysoittimesta. Laserin kulman tulee olla optimaalinen peittämään suurimman osan levysoittimesta, mutta minkään ei tarvitse olla tarkkaa, käsittelemme mallin mittakaavaeron koodissa.
- Kameran kalibrointi on tärkein osa oikean toiminnan kann alta. MatLabin tietokonenäkötyökalupakin avulla saat kameran tarkan polttovälin ja optisen keskipisteen 0,14 pikselin tarkkuudella.
Huomaa, että kameran resoluution muuttaminen muuttaa kalibrointiprosessin arvoja. Tärkeimmät etsimämme arvot ovat polttoväli pikseliyksiköissä mitattuna ja kuvatason optisen keskipisteen pikselikoordinaatit.
Useimmissa halvoissa kompaktikameroissa ei ole ohjelmistokäyttöliittymää. Niitä voidaan käyttää vain käsin tai mekaanisesti. Mutta ryhmä vapaaehtoisia on kehittänyt ohjelmiston, jonka avulla voit etäohjata ja määrittää Canonin kompaktikameroita. Tämä ohjelmisto on nsCHDK.
- CHDK ladataan SD-kortille, joka asetetaan sitten kameraan.
- Kun kamera käynnistyy, CHDK käynnistyy automaattisesti.
- Koska CHDK ei koskaan tee pysyviä muutoksia kameraan, voit aina vain poistaa CHDK:n SD-kortin normaalia kameran käyttöä varten.
CHDK on olennainen edellytys alla lueteltujen ohjelmisto-ohjainten käyttämiselle. Ohjaimet toimivat PC:llä tai Raspberry Pi:llä ja kommunikoivat kameroissa käynnissä olevan CHDK-ohjelmiston kanssa USB:n kautta. Käytettäessä muunlaisia halpoja kameroita ainoa ohjausvaihtoehto on jonkinlainen mekaaninen tai manuaalinen käynnistys asennusohjelmien kautta, kuten yllä on esitetty.
