Se vuoi creare il tuo scanner 3D, il primo passo è trovare una webcam. Se ce l'hai, il costo dell'intero progetto costerà 40-50 dollari. La scansione 3D desktop ha fatto passi da gigante negli ultimi anni, ma presenta ancora grossi limiti. L'hardware della tecnica è costruito sulla base di un certo volume e risoluzione di scansione. È possibile ottenere buoni risultati solo se il soggetto soddisfa i requisiti di scatto e la risoluzione.
Come funzionano le riprese 3D
La fotogrammetria utilizza una serie di fotografie 2D convenzionali scattate da tutte le direzioni attorno a un oggetto. Se un punto su un oggetto può essere visto su almeno tre immagini, la sua posizione può essere triangolata e misurata in tre dimensioni. Identificando e calcolando la posizione di migliaia o addirittura milioni di punti, il software può creare una riproduzione estremamente accurata.
A differenza di uno scanner hardware, questo processo non ha limiti di dimensioni o risoluzione. Se puoi scattare una foto di un oggetto, puoi scansionarlo:
- Il fattore limitantela fotogrammetria è la qualità delle fotografie e quindi l'abilità del fotografo.
- Le foto devono essere chiaramente visibili e chiaramente a fuoco.
- Dovrebbero anche essere posizionati attorno all'oggetto in modo che ogni parte di essi sia coperta.
Senza uno scanner 3D, puoi creare un'immagine 3D solo di oggetti di grandi dimensioni. Non è possibile eseguire la scansione di piccoli oggetti. Per capirlo più in dettaglio, analizzeremo il concetto di fotogrammetria.
Cos'è la fotogrammetria e come influisce sulla visualizzazione degli oggetti?
La fotogrammetria è la scienza che consente di effettuare misurazioni dalle fotografie, in particolare per ricostruire l'esatta posizione dei punti della superficie. Può anche essere utilizzato per ricostruire i percorsi di movimento dei punti di ancoraggio designati su qualsiasi oggetto in movimento, i suoi componenti e nelle immediate vicinanze dell'ambiente.
In breve, ti dà la possibilità di creare una griglia 3D da più foto confrontando le somiglianze tra le immagini e triangolandole nello spazio 3D.
La fotogrammetria è in circolazione da un po', ma è stato solo quando Autodesk è entrata nel suo programma beta Memento che le cose hanno iniziato a funzionare. Memento è stato rinominato ReMake quando ha lasciato la fase beta. Sembra una magia, vero? Beh, non è magia, è re altà. Ora chiunque può eseguire scansioni 3D senza spendere centinaia di euro per uno scanner. Anche gli scanner 3D open source economici richiedono un bel po' di conoscenze per farli funzionare correttamente. DAchiunque può ottenere ciò che vuole con la fotogrammetria.
Giradischi - la seconda fase della creazione di uno scanner
Tutto ciò di cui hai bisogno per creare il tuo scanner 3D è il tuo smartphone, cuffie incluse e un lettore. Ecco come funziona: giri la manovella e per ogni rotazione completa del giradischi, la fotocamera del telefono viene attivata dal volume delle cuffie 50 volte.
Facile! Trasferisci le foto sul tuo computer e poi usa Autodesk ReMake per fare miracoli. È incredibile, ma non solo è bravo a creare mesh, ma fornisce anche strumenti per modificare la mesh, riparare fori, allineare, preparare per la stampa 3D o servire come forma di sistema come risorsa 3D per giochi o rendering!
Beh, dato che Apple ha rimosso il jack per le cuffie per iPhone 7 e versioni successive, verrà utilizzata una versione aggiornata della creazione dello scanner. Si basa sul principio di lavorare su un trigger per una fotocamera Bluetooth. Questo sostituirà la necessità di un jack per le cuffie.
- La scansione fotogrammetrica di alta qualità richiede fotografie di alta qualità del soggetto da tutte le angolazioni.
- L'approccio più semplice per scansionare piccoli oggetti è ruotare l'oggetto mentre si fotografa.
- Per fare ciò, lo scanner utilizza un motore passo-passo controllato dalla scheda Arduino.
- Lo stepper ruota l'oggetto di una quantità fissa, quindi il LED a infrarossi si spegne in una serie di lampi che imitano il telecomando wireless di una fotocamera.
Schermo LCD con una serie di pulsanticonsente all'utente di controllare Arduino. Utilizzando i pulsanti, l'utente può selezionare il numero di scatti da effettuare per giro. Uno scanner 3D fai-da-te di alta qualità può funzionare in modalità automatica, dove scatta una foto, fa avanzare il motore passo-passo e la ripete fino a completare un giro completo.
C'è anche una modalità manuale in cui ogni pressione del pulsante scatta una foto, sposta il jog dial e attende. Questo è utile per scansionare i dettagli. Lo scanner 3D si concentra sul fotogramma che inquadra l'immagine.
Software aggiuntivo
Quando il software di fotogrammetria rileva una caratteristica in una foto, prova a trovarla in altre immagini e registra la posizione su tutte le immagini che appaiono.
- Se l'oggetto fa parte di un oggetto rotante, otteniamo buoni dati.
- Se la funzione rilevata è in background e non si muove mentre il resto dell'oggetto viene scansionato, potrebbe interrompere il continuum spazio-temporale, almeno per quanto riguarda il tuo software.
Ci sono due soluzioni:
- Uno di questi sta muovendo la fotocamera attorno al soggetto per mantenere lo sfondo sincronizzato con il movimento. Questo va bene per oggetti di grandi dimensioni, ma è molto più difficile automatizzare il processo.
- Una soluzione più semplice è lasciare in alterato lo sfondo. Questo è più facile da fare per piccoli oggetti. Aggiungi a questo il dirittoilluminazione e sei sulla buona strada per sfondi senza caratteristiche.
Un altro consiglio è di sovraesporre le tue immagini con uno o due stop. Ciò ti consente di catturare più dettagli nell'ombra del soggetto mentre separi lo sfondo in modo che tutti gli oggetti rimanenti sullo sfondo scompaiano in un bianco brillante.
- "Arduino". Dispone di pin che non sono coperti dallo schermo LCD, facilitando il collegamento.
- SainSmart 1602 LCD Shield che ha un display e alcuni pulsanti per controllare lo scanner.
- Driver motore passo-passo (Easy Driver).
Il motore passo-passo NEMA 17 ruoterà l'oggetto scansionato. Con un grande motore passo-passo (con driver e alimentatore appropriati), questo scanner 3D fai-da-te di alta qualità potrebbe aumentare la scansione. Il LED IR da 950 nm attiva la fotocamera. Alcuni modelli popolari di scanner 3D portatili si basano su questo principio. Puoi ripetere il processo di costruzione con le tue mani. Offriamo diverse opzioni tra cui scegliere.
Spinscan di Tony Buzzer: la base di tutti gli scanner
Nel 2011, il genio della stampa 3D Tony Buzzer ha rilasciato Spinscan. Questo è uno scanner 3D fatto in casa open source basato su un laser e una fotocamera digitale. Successivamente, MakerBot ha utilizzato le idee di Spinscan per creare lo scanner digitalizzatore a codice chiuso.
FabScan
FabScan è iniziato come un progetto di laurea e da allora è stato adottato da una piccola comunità che continua a lavorare per migliorarne le funzionalità. FabScan funziona come molti altri scanner laser, ma è aiutato da un alloggiamento integrato che aiuta a uniformare i livelli di luce, prevenendo la distorsione durante la scansione.
VirtuCube
Un metodo alternativo per gli scanner laser è lo scanner a luce strutturata. Usando un pico proiettore invece di un laser, il VirtuCube può essere facilmente creato con poche parti stampate ed elettronica di base. L'intero sistema può essere riposto in una scatola di cartone per evitare che altre sorgenti luminose causino errori di stampa.
Sono già stati rilasciati due nuovi entusiasmanti scanner laser open source: The BQ Cyclop e Murobo Atlas.
BQ - sistema di scansione laser
La società spagnola di elettronica di consumo BQ ha annunciato lo scanner Cyclop 3D al CES. Cyclop utilizza due livelli di linea laser, una webcam USB standard e il controller Arduino personalizzato di BQ. BQ ha scritto la sua applicazione di scansione chiamata Horus. Sebbene i rapporti affermino che Cyclop non è ancora disponibile, BQ afferma che lo sarà entro la fine dell'anno.
"Atlas" è un progetto sviluppato che richiede miglioramenti
Lo scanner 3D di Murobo sta attualmente cercando fondi su Kickstarter. Come Spinscan, Digitizer e Cyclop, Atlas utilizza moduli di linee laser e una webcam per scansionare un oggetto su una piattaforma rotante. Atlas sostituisce Arduino Raspberry Pi per integrare il controllo e l'acquisizione in un dispositivo. Come Cyclop, il creatore di Atlas promette che sarà un progettoopen source. I set da $ 129 sono esauriti, ma alcuni rimangono a $ 149 e $ 209.
Nel 2019, l'azienda punta a lanciare uno scanner 3D basato su smartphone che non solo visualizzerà la visibilità dello sfondo, ma costruirà anche la messa a fuoco durante l'acquisizione di un'immagine. In America, le novità fai-da-te sono incredibili. Se non sai come realizzare uno scanner 3D, usa la versione non finita di Atlas. C'è una funzionalità abbastanza chiara e gli sviluppatori devono solo eseguire il flashing del dispositivo e garantire il funzionamento di quelle funzioni che vogliono vedere come risultato.
CowTech Ciclop: nuovo modello di macchina multifunzione
Il prezzo sale a $ 160 (a seconda che stampi o meno parti 3D). L'azienda ha sede negli Stati Uniti. La risoluzione delle immagini finite raggiunge 0,5 mm. Volume massimo di scansione: 200 × 200 × 205 mm. BQ ha costituito la base di un kit di scanner 3D fai-da-te per una stampante 3D. Con le tue mani, puoi modificare la versione del modello per creare immagini nello spazio quadridimensionale.
CowTech Engineering ha sfruttato i fondi guidati da BQ per dare un valore unico al modello aggiornato. Nuove opportunità:
- revisione ambientale,
- acquisizione in background,
- Display con obiettivo inverso.
Fedele al movimento open source, Cowtech ha lanciato una campagna Kickstarter per raccogliere fondi per lanciare una versione di produzione dell'originale, Ciclop CowTech. Il team si è prefissato l'obiettivo di raccogliere $ 10.000, ma è stato accolto con sorpresa efelice quando la comunità è stata in grado di raccogliere $ 183.000. Nasce il kit di scanner per telefono e fotocamera 3D fai da te CowTech Ciclop.
Quindi qual è la differenza tra la versione CowTech e la versione BQ DIY?
CowTech Ciclop utilizza ancora il software Horus 3D in quanto è un fantastico negozio per la scansione di oggetti 3D. Le differenze, tuttavia, risiedono in un design leggermente diverso, che il team ha trascorso diversi giorni a sviluppare in modo che le parti possano essere stampate in 3D su qualsiasi stampante 3D FDM.
Gli stessi spazi vuoti possono essere utilizzati per sviluppare dispositivi con le tue mani. Gli scanner e le stampanti 3D dell'azienda hanno solo un volume di costruzione ridotto, quindi CowTech ha progettato parti che possono essere stampate su qualsiasi stampante con un volume di costruzione di 115 × 110 × 65 mm, che si trova in quasi tutte le stampanti 3D.
Ciclop di CowTech:
- Ci sono supporti laser regolabili qui.
- CowTech DIY utilizza acrilico tagliato al laser.
Ciclo BQ:
- I modelli utilizzano barre filettate.
- Non esiste acrilico tagliato al laser.
Non è un grosso problema, e gli scanner sembrano ancora abbastanza simili, ma CowTech intendeva solo migliorare il design esistente, non riformarlo. CowTech vende un Ciclop pronto per la scansione per $ 159 sul loro sito web. Tutto sommato è un ottimo scanner 3D fai-da-te economico, molto efficiente per la scansione 3D con triangolazione laser.
Macchine e tavoli rotanti per la creazione di scanner
- Telefono cellularedotato di tecnologia scanner 3D fai da te: fotogrammetria - caratteristica tecnologica presente.
- Prezzo: stampa gratuita da solo (sebbene i materiali costeranno circa $ 30).
- Questo scanner 3D fai-da-te sarà abbastanza facile da creare. Dave Clark, un produttore britannico, si è assicurato che i modelli potessero essere smontati anche prima dell'inizio delle vendite. I pezzi di ricambio verranno utilizzati per costruire altri scanner.
Questo perché si basa sulla fotogrammetria, non sulla triangolazione laser, ed è compatibile con il tuo smartphone! Puoi scaricare il file stampabile in 3D per sincronizzare i dispositivi.
Con le tue mani, uno scanner 3D può essere realizzato con mezzi improvvisati. Devi solo fidarti dei creatori di DIY 3D. Un semplice dispositivo trasforma istantaneamente il tuo iPhone o Android in uno scanner 3D collegandolo a questo lettore. Quindi, utilizzando le cuffie e la fotocamera del telefono, scatta oltre 50 foto dell'oggetto, che verranno scansionate mentre il giradischi ruota.
Una volta scattate queste immagini, puoi caricarle in un programma come Autodesk ReCap per trasformare le foto in un file 3D completo.
Nel complesso, questo è un fantastico progetto creativo e un ottimo scanner 3D fai-da-te per le persone con un budget limitato.
Scanner 3D Microsoft Kinect
È ancora più basso a soli $ 99 (ma non è più venduto, sebbene Kinect V2 sia ancora disponibile su Xbox One). Lo slogan dell'azienda è: Crea il tuo scanner 3D da Kinect e sorprendi i tuoi amici.
Mentre Microsoft ha risposto alla domanda creando la propria app 3D Scan per lo scanner Kinect, ci sono una serie di opzioni di terze parti che potrebbero essere preferibili. Questi includono:
- Skanect, prodotto da Occuppital, che vende anche un sensore di texture.
- Ricostruiscimi. Fornisce una serie di strumenti che consentono di eseguire scansioni 3D per meno di $ 100.
I risultati non sono fantastici, ma per un prezzo del genere è abbastanza accettabile. È stato dimostrato che è di qualità inferiore alla protogrammetria tradizionale, specialmente nei minimi dettagli, come su piccoli modelli come i denti di squalo. Tuttavia, per gli scanner 3D principianti, questo è un fantastico prodotto entry-level, soprattutto perché potresti già averne uno per Xbox 360.
Prima di creare uno scanner
Ci sono molte fotocamere che puoi usare. Naturalmente, per sapere come realizzare uno scanner 3D dal tuo telefono con le tue mani, devi calcolare ciò che è necessario per questo. Se hai intenzione di utilizzare Pi Scan per controllare le tue fotocamere, dovresti usare Canon PowerShot ELPH 160. Ma se stai usando qualsiasi altra configurazione, ecco alcuni consigli generali sulla fotocamera:
- Di quanti megapixel hai bisogno? Misura gli elementi che stai per scansionare. Punta alla dimensione media più grande (non scegliere i valori anomali più grandi). Ad esempio, la maggior parte dei libri di testo misura 22,86 × 27,94 cm Ora moltiplica questa dimensione per i PPI (pixel per centimetro) che intendi acquisire. 300-questo è un minimo sicuro, anche se non puoi sbagliare se ne prendi di più. Quindi, nel nostro esempio - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Abbiamo bisogno di un'immagine di almeno 2700 × 3300=8.910.000 pixel, o circa 9 megapixel.
- Di quale controllo hai bisogno? Se stai solo scansionando un singolo libro, o stai solo scansionando un elemento per il suo contenuto informativo (invece di cercare di catturare l'aspetto reale), non hai bisogno di scatti molto buoni. Se l'illuminazione o le impostazioni della fotocamera cambiano da uno scatto all' altro, otterrai comunque buoni risultati.
- Velocità dell'otturatore - bilanciamento del bianco Apertura ISO.
- Flash acceso/spento. Qualsiasi elaborazione personalizzata delle immagini (nitidezza, miglioramento del colore, ecc.).
- Focus (idealmente la capacità di bloccare la messa a fuoco).
- Compensazione dell'esposizione.
- Ingrandimento: la maggior parte delle DSLR consente tutto questo tipo di controllo; per le fotocamere compatte, solo fotocamere Canon Powershot che supportano CHDK. Ti permettono di controllare tutti questi parametri.
Molto dipende dal budget. Gli scanner sono venduti allo stesso prezzo delle fotocamere. Se vuoi fare tutto da solo, il budget è limitato. Prestare attenzione al segmento conveniente del mercato dell'ottica e dei pezzi di ricambio.
- La prima difficoltà incontrata nella costruzione di uno scanner laser 3D è trovare una piattaforma rotante. Allo stesso tempo, deve essere controllato solo con l'aiuto di MatLab. Invece di spendere un sacco di soldi o tempo, puoi comprareMotore passo-passo 28BYJ-48-5V con scheda modulo test drive ULN2003.
- Successivamente, incolla la piattaforma all'albero del motore passo-passo e posizionala nella scanalatura all'interno del supporto. La piattaforma dovrebbe essere a filo con il "marmo", ma tieni presente che più è economica, più diametri incoerenti possono rendere le cose non livellate.
- Se hai un metodo per ottenere una rotazione precisa che può essere controllata in Mat Lab, imposta la videocamera a qualsiasi distanza e altezza, così come la linea laser a sinistra oa destra della videocamera e il giradischi. L'angolo del laser dovrebbe essere ottimale per coprire la maggior parte del giradischi, ma nulla deve essere esatto, gestiremo la differenza di scala del modello nel codice.
- La parte più importante per il corretto funzionamento è la calibrazione della fotocamera. Utilizzando il toolkit di computer vision MatLab, puoi ottenere la lunghezza focale esatta e il centro ottico della fotocamera con una precisione di 0,14 pixel.
Tieni presente che la modifica della risoluzione della fotocamera cambierà i valori del processo di calibrazione. I valori principali che stiamo cercando sono la lunghezza focale, misurata in unità di pixel, e le coordinate dei pixel del centro ottico del piano dell'immagine.
La maggior parte delle fotocamere compatte economiche non ha un'interfaccia software. Possono essere azionati solo manualmente o meccanicamente. Ma un team di volontari ha sviluppato un software che consente di controllare e configurare in remoto le fotocamere compatte Canon. Questo software si chiamaCHDK.
- CHDK viene scaricato sulla scheda SD, che viene quindi inserita nella fotocamera.
- Quando la fotocamera si avvia, CHDK si avvia automaticamente.
- Poiché CHDK non apporta mai modifiche permanenti alla videocamera, puoi sempre rimuovere la scheda SD CHDK dedicata per il normale funzionamento della videocamera.
CHDK è un prerequisito essenziale per i controller software elencati di seguito. I controller funzionano su un PC o Raspberry Pi e comunicano con il software CHDK in esecuzione sulle fotocamere tramite USB. Quando si utilizzano altri tipi di telecamere economiche, l'unica opzione di controllo è una sorta di avvio meccanico o manuale tramite i programmi di installazione come mostrato sopra.
