Scanerul 3d cu propriile mâini: detalii și tehnologie. Un scaner 3d făcut în casă

Dacă doriți să faceți un scaner 3D cu propriile mâini, primul lucru pe care trebuie să-l găsiți. Dacă îl aveți, întregul proiect va costa între 40 și 50 de dolari. Scanarea 3D a făcut pași mari în ultimii ani, dar are încă mari limitări. Hardware-ul tehnicii se bazează pe un volum de scanare și o rezoluție specifică. Puteți obține rezultate bune numai dacă obiectul dvs. îndeplinește cerințele și rezoluția fotografiei.

Cum funcționează scanarea volumetrică

Fotogrammetria utilizează un set de fotografii bidimensionale normale realizate din toate părțile în jurul unui obiect. Dacă un punct de pe un obiect poate fi văzut în cel puțin trei imagini, locația sa poate fi triangulată și măsurată în trei dimensiuni. Prin determinarea și calcularea locației a mii sau chiar milioane de puncte, softul poate crea o reproducere extrem de precisă.

Spre deosebire de scanarea hardware, acest proces nu are limitări în ceea ce privește dimensiunea sau rezoluția. Dacă puteți fotografia obiectul, îl puteți scana:

• Factorul limitativ în fotogrammetrie este calitatea fotografiilor și, prin urmare, priceperea fotografului.
• Fotografiile trebuie să fie clar vizibile și bine focalizate.
• De asemenea, acestea trebuie să fie plasate în jurul obiectului, astfel încât fiecare parte a acestuia să fie acoperită.

Fără un scaner 3D, puteți realiza doar imagini tridimensionale ale obiectelor mari. Obiectele mici nu pot fi scanate. Pentru a detalia înțelegeți-o, Să defalcăm conceptul de fotogrammetrie.

Ce este fotogrammetria și cum afectează reprezentarea obiectelor?

Fotogrammetria este știința care constă în efectuarea de măsurători din fotografii, în special pentru a reconstitui poziția exactă a punctelor de suprafață. De asemenea, poate fi utilizat pentru a reconstrui traiectoriile punctelor de referință marcate pe orice obiect în mișcare, pe componentele sale și în imediata apropiere a mediului înconjurător.

Pe scurt, vă permite să creați o grilă tridimensională din mai multe fotografii prin compararea similitudinilor dintre imagini și triangularea lor în trei dimensiuni.

Fotogrammetria există de ceva vreme, dar abia când Autodesk s-a implicat în programul său Memento beta, lucrurile au început să funcționeze în mod constant. Memento a fost redenumit ReMake când a ieșit din faza beta. Sună a magie, nu-i așa?? Ei bine, nu este magie, ci realitate. Acum oricine poate face scanare 3D fără să cheltuiască sute de dolari pe un scaner. Chiar și scanerele 3D open-source disponibile necesită cunoștințe destul de multe pentru a le face să funcționeze corect. Cu ajutorul fotogrammetriei, oricine poate obține ceea ce își dorește.

Întoarcerea cercului - a doua fază a creării de scanere

Tot ce ai nevoie pentru a-ți construi propriul scaner 3D este smartphone-ul tău, căștile incluse și o placă turnantă. Iată cum funcționează: rotiți manivela și, pentru fiecare rotație completă a platanului, camera telefonului este declanșată de 50 de ori de volumul căștilor dvs.

Doar! Transferați fotografiile pe computer, apoi folosiți Autodesk ReMake pentru a face minuni. În mod surprinzător, nu se pricepe doar la crearea unei plase, ci oferă și instrumentele necesare pentru a ajusta plasa, a repara găurile, a alinia, a pregăti pentru imprimarea 3D sau a servi ca resursă 3D pentru jocuri sau vizualizare!

Ei bine, având în vedere că Apple a eliminat jack-ul pentru căști pentru iPhone 7 și mai sus, va fi folosită o versiune actualizată a creației scanerului. Se bazează pe principiul de declanșare pentru o cameră Bluetooth. Înlocuiește necesitatea unei prize pentru căști.

• Scanarea fotogrammetrică de înaltă calitate necesită fotografii de înaltă calitate ale obiectului din toate părțile.
• Cea mai ușoară abordare pentru scanarea lucrurilor mici este să rotiți obiectul în timp ce faceți fotografia.
• Scanerul folosește un motor pas cu pas acționat de o placă Arduino.
• Stapper-ul rotește obiectul cu o cantitate fixă, iar apoi LED-ul infraroșu se stinge într-o serie de flash-uri foarte înșelătoare care imită o telecomandă wireless pentru camera foto.

Ecranul LCD cu un set de butoane permite utilizatorului să controleze Arduino. Cu ajutorul butoanelor, utilizatorul poate selecta numărul de fotografii care urmează să fie efectuate pe tur. Scanerul 3D artizanal de înaltă calitate poate funcționa în modul automat, în care face o fotografie, avansează motorul pas cu pas și repetă această operațiune până când realizează o revoluție completă.

Există, de asemenea, un mod manual, prin care Fiecare apăsare a unui buton ia o fotografie, mișcă controlerul pas cu pas și așteaptă. Acest lucru este util pentru scanarea detaliilor. Scanerul 3D se concentrează pe cadrul care încadrează imaginea.

Software opțional

Atunci când software-ul de fotogrammetrie detectează o caracteristică într-o fotografie, încearcă să găsească caracteristica în alte imagini și înregistrează locația în toate imaginile care apar.

1. Dacă un obiect face parte dintr-un obiect în rotație, obținem date bune.
2. Dacă elementul detectat se află în fundal și nu se mișcă în timp ce restul obiectului este scanat, acest lucru poate cauza o întrerupere a continuumului spațiu-timp, cel puțin în ceea ce privește software.

Există două soluții:

• Una dintre ele este de a muta camera în jurul obiectului, astfel încât fundalul să rămână sincronizat cu mișcarea. Acest lucru este bun pentru obiecte mari, dar este mult mai dificil de automatizat procesul.
• O soluție mai simplă este de a lăsa fundalul fără caracteristicile. Acest lucru este mai ușor de făcut pentru obiectele mici. Adăugați la aceasta iluminarea potrivită și sunteți pe drumul cel bun spre fundaluri impersonale.

Un alt sfat este să supraexpuneți imaginile cu o oprire sau două. Acest lucru vă permite să surprindeți mai multe detalii în umbra subiectului, separând în același timp fundalul, astfel încât orice obiect rămas în fundal să dispară în albul strălucitor.

• "Arduino". Are contacte care nu sunt acoperite de ecranul LCD, ceea ce facilitează conectarea.
• SainSmart 1602 LCD Shield, care are un afișaj și mai multe butoane pentru a controla scanerul.
• Driver de motor pas cu pas (Easy Driver).

Un motor pas cu pas NEMA 17 va roti obiectul care este scanat. Cu un motor pas cu pas de mari dimensiuni (cu un driver și o sursă de alimentare corespunzătoare), acest scaner 3D de înaltă calitate, construit în casă, ar putea face zoom in. LED-ul IR 950 nm declanșează camera. Acest principiu stă la baza unor modele populare scanere 3D portabile. Puteți reproduce procesul de construcție cu propriile mâini. Oferim mai multe opțiuni din care puteți alege.

Tony Boozer`s Spinscan: coloana vertebrală a tuturor scanerelor

În 2011, geniul imprimării 3D Tony Boozer a lansat Spinscan. Acesta este un scaner 3D open-source făcut în casă, bazat pe un laser și o cameră digitală. Mai târziu, MakerBot a folosit idei de la Spinscan pentru a crea un scanner Digitizer cu sursă închisă.

FabScan

FabScan a început ca un proiect de teză de doctorat și de atunci a fost adoptat de o mică comunitate care continuă să lucreze pentru a-i îmbunătăți capacitățile. FabScan funcționează la fel ca multe alte scanere laser, dar este asistat de o carcasă încorporată care ajută la alinierea nivelurilor de lumină, prevenind distorsiunea în timpul scanării.

VirtuCube

O metodă alternativă pentru scanerele cu laser este scanerul cu lumină structurată. Folosind un proiector pico în loc de un laser, VirtuCube poate fi creat cu ușurință cu ajutorul câtorva piese de tipărire și electronice de bază. Întregul sistem poate fi adăpostit într-o cutie de carton, astfel încât alte surse de lumină să nu provoace erori de imprimare.

Două noi scanere laser open source interesante au fost deja lansate: BQ Cyclop și Murobo Atlas.

BQ - sistem de scanare cu laser

Compania spaniolă de electronice de consum BQ a anunțat la CES scannerul 3D Cyclop. Cyclop folosește două nivele cu laser, o cameră web USB standard și un controler Arduino personalizat de la BQ. BQ a scris propria aplicație de scanare numită Horus. În timp ce rapoartele spun că Cyclop nu este încă disponibil, BQ spune că va fi mai târziu în acest an.

"Atlas" - proiect dezvoltat care are nevoie de ajustare

Scaner 3D cu o descriere a principii de funcționare de la Murobo este în prezent în căutare de finanțare pe Kickstarter. La fel ca Spinscan, Digitizer și Cyclop, Atlas utilizează module liniare laser și o cameră web pentru a scana un obiect pe o platformă rotativă. Atlas înlocuiește Arduino Raspberry Pi pentru a combina controlul și captura în dispozitiv. Ca și Cyclop, creatorul Atlas promite că va fi un proiect open source. Kiturile de 129 de dolari sunt epuizate, dar au mai rămas câteva la 149 și 209 dolari.

În 2019, compania își propune să lanseze un scaner 3D construit pe smartphone care nu va afișa doar vizibilitatea fundalului, ci va construi și focalizarea atunci când captează imaginea. Noutățile americane în materie de bricolaj sunt izbitoare. Dacă nu știți cum să faceți un scaner 3D, folosiți versiunea neterminată "Atlas". Funcționalitatea este destul de explicită, iar tot ceea ce trebuie să facă dezvoltatorii este să blițuiască dispozitivul și să se asigure că funcțiile dorite sunt funcționale.

CowTech Ciclop: un nou model de dispozitiv multifuncțional

Prețul ajunge la 160 de dolari (în funcție dacă imprimați sau nu piese 3D). Compania are sediul în SUA. Rezoluția imaginilor finite este de până la 0,5 mm. Volumul maxim de scanare: 200 × 200 × 205 mm. BQ stă la baza unui kit de scanare 3D DIY pentru o imprimantă 3D. Puteți rafina o versiune a modelului cu propriile mâini pentru a crea imagini cvadridimensionale.

CowTech Engineering a folosit fondurile conduse de BQ pentru a conferi o valoare unică modelului actualizat. Au apărut caracteristici:

• prezentare generală mediu,
• captura de fundal,
• Afișarea lentilelor într-un stil inversat.

Fidelă mișcării open source, Cowtech a lansat o campanie Kickstarter pentru a strânge bani pentru a lansa o versiune de producție a originalului - Ciclop CowTech. Echipa și-a stabilit un obiectiv măreț de a strânge 10.000 de dolari, dar a fost surprinsă și încântată când comunitatea a reușit să strângă 183.000 de dolari. Kitul de cameră de scanare 3D și telefon DIY Ciclop de la CowTech Ciclop a ajuns la bun sfârșit.

Deci, care este diferența dintre versiunea CowTech și versiunea BQ DIY?

CowTech Ciclop folosește în continuare software-ul Horus 3D, deoarece este un magazin fantastic pentru scanarea 3D a obiectelor. Diferențele, însă, constau într-un design ușor diferit, pe care echipa a petrecut zile întregi dezvoltându-l, astfel încât piesele să poată fi imprimate 3D pe orice imprimantă 3D FDM.

Aceleași schițe pot fi, de asemenea, utilizate pentru a proiecta dispozitive cu propriile mâini. Scanerele și imprimantele 3D ale companiei au doar un volum de construcție mic, așa că CowTech a dezvoltat piese care pot fi imprimate pe orice imprimantă cu un volum de construcție de 115 × 110 × 65 mm, pe care aproape toate imprimantele 3D îl au.

Ciclop de la CowTech:

• Are suporturi laser reglabile.
• CowTech DIY folosește acrilic tăiat cu laser.

BQ Ciclop:

• Modelele utilizează tije filetate.
• Fără tăiere cu laser a acrilicului.

Nu este nimic în neregulă cu asta, iar scanerele încă arată destul de asemănător, dar CowTech a intenționat doar să îmbunătățească designul existent, nu să îl reformeze. CowTech vinde un Ciclop gata de scanare pentru 159 de dolari pe site-ul său. În general, un scaner 3D ieftin și ieftin, foarte eficient pentru scanarea 3D cu triangulație laser.

Mașini rotative și mese pentru crearea de scanere

1. Telefonul mobil este echipat cu tehnologia DIY 3D scanner: fotogrammetrie - există o caracteristică tehnologică.
2. Preț: tipărire gratuită de către dumneavoastră (deși materialele vor costa în jur de 30 de dolari).
3. Acest scaner 3D cu propriile mâini ar fi destul de ușor de creat. Dave Clarke, producătorul britanic, s-a asigurat că modelele pot fi rezolvate înainte de a fi puse în vânzare. Piesele vor fi folosite pentru a construi alte scanere.

Acest lucru se datorează faptului că se bazează mai degrabă pe fotogrammetrie decât pe triangulația cu laser și este compatibil cu smartphone-ul dvs! Puteți descărca un fișier de imprimare 3D pentru a vă sincroniza dispozitivele.

Vă puteți face propriul scaner 3D din resursele pe care le aveți la îndemână. Trebuie doar să aveți încredere în creatorii DIY 3D. Un dispozitiv simplu transformă instantaneu iPhone-ul sau Android-ul într-un scaner 3D, conectându-l la acest player. Apoi, folosind căștile și camera telefonului, faceți mai mult de 50 de fotografii ale obiectului care urmează să fie scanat în timp ce placa turnantă se rotește.

După ce ați luat imaginile, le puteți încărca într-un program precum Autodesk ReCap pentru a transforma fotografiile într-un fișier 3D complet.

În general, acesta este un proiect creativ fantastic și un scaner 3D DIY excelent pentru persoanele cu un buget limitat.

Scaner 3D Microsoft Kinect

Costă și mai puțin, doar 99 de dolari (dar nu mai este la vânzare, deși Kinect V2 este încă disponibil de pe Xbox One). Sloganul companiei: "Realizează-ți propriul scaner 3D din "Kinect" Și surprindeți-vă prietenii.

În timp ce Microsoft a răspuns la cerere prin crearea propriei aplicații 3D Scan pentru scanerul Kinect, există o serie de opțiuni terțe care pot fi preferabile pentru. Printre acestea se numără:

• Skanect, realizat de Occupital, care vinde și un senzor de structură.
• ReconstructMe. Acesta oferă un set de instrumente care vă permit să faceți scanare 3D pentru mai puțin de 100 de dolari.

Rezultatele nu sunt fantastice, dar pentru preț este destul de acceptabil. S-a dovedit a fi inferioară opțiunilor tradiționale de protogrammetrie în ceea ce privește calitatea, în special în cazul detaliilor mici, cum ar fi pe modelele mici, cum ar fi dinții de rechin. Cu toate acestea, pentru un scanner 3D pentru începători, acesta este un produs de bază fantastic, mai ales că poate aveți deja unul pentru Xbox 360.

Înainte de a crea un scaner

Există o mulțime de camere pe care le puteți folosi. Desigur, pentru a ști cum să faci singur un scaner 3D de pe telefon, trebuie să calculezi de ce vei avea nevoie. Dacă intenționați să utilizați Pi Scan pentru controlul camerei, ar trebui să utilizați Canon PowerShot ELPH 160. Dar dacă utilizați o altă setare, iată câteva dintre cele mai frecvente recomandări privind modul de alegere camere de luat vederi:

1. De câți megapixeli aveți nevoie? Măsurați elementele pe care intenționați să le scanați. Încercați să obțineți cea mai mare dimensiune medie (nu selectați cea mai mare emisii). De exemplu, majoritatea manualelor măsoară 22,86 × 27,94 cm. Acum înmulțiți această dimensiune pe PPI (pixeli pe centimetru) pe care intenționați să îl capturați. 300 este un minim sigur, deși nu puteți greși cu mai mult. Deci, în exemplul nostru - 9 × 300 = 2700. 11 × 300 = 3300. Avem nevoie de o dimensiune a imaginii de cel puțin 2700 × 3300 = 8.910.000 pixeli, adică aproximativ 9 megapixeli.
2. De ce fel de control aveți nevoie? Dacă scanați doar o singură carte sau dacă scanați un element doar pentru conținutul său informațional (spre deosebire de încercarea de a surprinde aspectul real), nu aveți nevoie de imagini foarte bune. Dacă setările de iluminare sau ale camerei se schimbă de la o fotografie la alta, veți obține în continuare rezultate de bună calitate.
3. Viteza obturatorului - balansul de alb Diafragma ISO.
4. Flash pornit/oprit. Orice procesare personalizată a imaginii (accentuare, îmbunătățire a culorilor etc.) va oferi în continuare un rezultat de bună calitate. д.).
5. Focalizare (în mod ideal, focalizare blocabilă).
6. Compensarea expunerii.
7. Mărește imaginea - cel mai mult Aparate foto SLR Toate aceste comenzi sunt disponibile; pentru aparatele foto compacte, numai aparatele foto Canon Powershot care acceptă CHDK. Îți permit să controlezi totul aceste opțiuni.

Depinde mult de buget. Scanerele se vând la același preț ca și aparatele foto. Dacă doriți să faceți totul singur, atunci aveți un buget restrâns. Uitați-vă la segmentul disponibil al pieței de optică și piese de schimb.

• Prima dificultate întâlnită la crearea unui scaner laser 3D este găsirea unei platforme rotative. Trebuie doar să o controlați cu MatLab. În loc să cheltuiți o mulțime de bani sau timp, puteți cumpăra un motor pas cu pas de 28BYJ-48-5V cu o placă de module de testare ULN2003.
• În continuare, lipiți platforma de arborele motorului pas cu pas și plasați-o în fanta din interiorul suportului. Platforma trebuie să fie la același nivel cu "marmură", Dar țineți cont de faptul că, cu cât este mai ieftin, cu atât diametrele sunt mai inconsecvente, ceea ce poate face ca lucrurile să nu fie chiar.
• Dacă aveți o metodă de a produce o rotație precisă care poate fi controlată în Mat Lab, instalați camera la orice distanță și înălțime, iar linia laser la stânga sau la dreapta camerei și a mesei rotative. Unghiul laserului ar trebui să fie optim pentru a acoperi cea mai mare parte a plăcii turnante, dar nimic nu trebuie să fie exact, ne vom ocupa de diferența de scară a modelului în cod.
• Cele mai multe O parte importantă a pentru o funcționare corectă este calibrarea camerei. Utilizând setul de instrumente de viziune computerizată MatLab, putem obține distanța focală exactă și centrul optic al planului camerei cu o precizie de 0,14 pixeli.

Rețineți că schimbarea rezoluției camerei va modifica valorile din procesul de calibrare. Principalele valori pe care le căutăm sunt distanța focală, măsurată în unități de pixeli, și coordonatele pixelilor centrului optic al planului imaginii.

Majoritatea aparatelor foto compacte ieftine nu au o interfață software. Acestea pot fi acționate numai manual sau mecanic. Dar o echipă de voluntari a dezvoltat un software care permite controlarea și configurarea de la distanță a camerelor foto compacte Canon. Acest software se numește CHDK.

• CHDK este încărcat pe un card SD care este apoi introdus în cameră.
• La pornirea camerei, CHDK pornește automat.
• Deoarece CHDK nu face niciodată modificări permanente la cameră, puteți oricând să scoateți cardul SD special CHDK pentru funcționarea normală a camerei.

CHDK este o condiție prealabilă importantă pentru controlerele software enumerate mai jos. Controlerele rulează pe un PC sau Raspberry Pi și comunică prin USB cu software-ul CHDK care rulează pe camere. În cazul altor tipuri de camere ieftine, singura opțiune de control este o pornire mecanică sau manuală prin intermediul unui software de instalare, așa cum se arată mai sus.