Hvis du vil lave din egen 3D-scanner, er det første skridt at finde et webcam. Hvis du har det, vil prisen på hele projektet koste 40-50 dollars. Desktop 3D-scanning har gjort store fremskridt i de seneste år, men det har stadig store begrænsninger. Teknikkens hardware er bygget på basis af en vis volumen og opløsning af scanningen. Du kan kun opnå gode resultater, hvis dit motiv opfylder optagelseskravene og opløsningen.
Sådan fungerer 3D-optagelse
Fotogrammetri bruger et sæt konventionelle 2D-fotografier taget fra alle retninger omkring et objekt. Hvis et punkt på et objekt kan ses på mindst tre billeder, kan dets placering trianguleres og måles i tre dimensioner. Ved at identificere og beregne placeringen af tusinder eller endda millioner af point, kan softwaren skabe en ekstremt nøjagtig gengivelse.
I modsætning til en hardwarescanner har denne proces ingen størrelses- eller opløsningsgrænser. Hvis du kan tage et billede af et objekt, kan du scanne det:
- Den begrænsende faktor ifotogrammetri er kvaliteten af fotografier og derfor fotografens dygtighed.
- Billeder skal være tydeligt synlige og klart i fokus.
- De skal også placeres rundt om genstanden, så hver del af dem er dækket.
Uden en 3D-scanner kan du kun lave et 3D-billede af store objekter. Små ting kan ikke scannes. For at forstå dette mere detaljeret vil vi analysere begrebet fotogrammetri.
Hvad er fotogrammetri, og hvordan påvirker det visningen af objekter?
Fotogrammetri er videnskaben om at tage målinger fra fotografier, især for at rekonstruere den nøjagtige position af overfladepunkter. Den kan også bruges til at rekonstruere bevægelsesbanerne for udpegede ankerpunkter på ethvert bevægeligt objekt, dets komponenter og i umiddelbar nærhed af miljøet.
Kort sagt giver det dig mulighed for at skabe et 3D-gitter fra flere billeder ved at sammenligne ligheder mellem billeder og triangulere dem i 3D-rum.
Fotogrammetri har eksisteret i et stykke tid, men det var først, da Autodesk hoppede ind i sit Memento-betaprogram, at tingene begyndte at virke. Memento blev omdøbt til ReMake, da det forlod betafasen. Det lyder som magi, ikke? Nå, det er ikke magi, det er virkelighed. Nu kan alle lave 3D-scanning uden at bruge hundredvis på en scanner. Selv overkommelige open source 3D-scannere kræver en del viden for at få dem til at fungere korrekt. FRAalle kan få, hvad de vil med fotogrammetri.
Pladespiller - anden fase af oprettelse af en scanner
Alt du behøver for at oprette din egen 3D-scanner er din smartphone, medfølgende hovedtelefoner og en afspiller. Sådan fungerer det: Du drejer håndsvinget, og for hver fuld drejning af pladespilleren udløses telefonens kamera af hovedtelefonens lydstyrke 50 gange.
Nemt! Overfør billeder til din computer, og brug derefter Autodesk ReMake til at gøre underværker. Den er fantastisk, men den er ikke kun god til at meshing, den giver også værktøjer til at finjustere nettet, reparere huller, justere, forberede sig til 3D-udskrivning eller fungere som en systemform som en 3D-ressource til spil eller gengivelser!
Tja, da Apple har fjernet hovedtelefonstikket til iPhone 7 og nyere, vil en opdateret version af scanneroprettelsen blive brugt. Det er baseret på princippet om at arbejde på en trigger til et Bluetooth-kamera. Dette vil erstatte behovet for et hovedtelefonstik.
- Fotogrammetrisk scanning af høj kvalitet kræver fotografier af høj kvalitet af motivet fra alle vinkler.
- Den nemmeste metode til at scanne små ting er at rotere objektet, mens du fotograferer.
- For at gøre dette bruger scanneren en stepmotor styret af Arduino-kortet.
- Stepperen roterer objektet med en fast mængde, og så slukker den infrarøde LED i en frækt tricky serie af blink, der efterligner et kameras trådløse fjernbetjening.
LCD-skærm med et sæt knappergiver brugeren mulighed for at styre Arduino. Ved hjælp af knapperne kan brugeren vælge antallet af billeder, der skal tages pr. omdrejning. En DIY 3D-scanner af høj kvalitet kan arbejde i automatisk tilstand, hvor den tager et billede, fremfører stepmotoren og gentager det, indtil den fuldfører en komplet omdrejning.
Der er også en manuel tilstand, hvor hvert tryk på knappen tager et billede, flytter drejeknappen og venter. Dette er nyttigt til scanning af detaljer. 3D-scanneren fokuserer på den ramme, der indrammer billedet.
Yderligere software
Når fotogrammetrisoftwaren registrerer en funktion i et foto, forsøger den at finde denne funktion i andre billeder og registrerer placeringen på alle billeder, der vises.
- Hvis objektet er en del af et roterende objekt, får vi gode data.
- Hvis den detekterede funktion er i baggrunden og ikke bevæger sig, mens resten af objektet scannes, kan det bryde rum-tidskontinuummet, i det mindste hvad angår din software.
Der er to løsninger:
- En af dem flytter kameraet rundt i motivet for at holde baggrunden synkroniseret med bevægelsen. Dette er godt for store objekter, men det er meget sværere at automatisere processen.
- En nemmere løsning er at lade baggrunden være urørt. Dette er lettere at gøre for små genstande. Læg dertil højrebelysning, og du er på vej til farveløse baggrunde.
Et andet tip er at overeksponere dine billeder med et stop eller to. Dette giver dig mulighed for at fange flere detaljer i motivets skygge, mens du adskiller baggrunden, så eventuelle resterende baggrundsobjekter forsvinder i en strålende hvid.
- "Arduino". Det har stifter, der ikke er dækket af LCD-skærmen, hvilket gør det nemt at tilslutte.
- SainSmart 1602 LCD Shield som har et display og nogle knapper til at styre scanneren.
- Steppermotordriver (Easy Driver).
NEMA 17 stepmotoren vil rotere det scannede objekt. Med en stor stepmotor (med passende driver og strømforsyning) kunne denne højkvalitets DIY 3D-scanner opskalere scanningen. 950 nm IR LED udløser kameraet. Nogle populære modeller af håndholdte 3D-scannere er baseret på dette princip. Du kan gentage byggeprocessen med dine egne hænder. Vi tilbyder flere muligheder at vælge imellem.
Spinscan af Tony Buzer: grundlaget for alle scannere
I 2011 udgav 3D-printergeniet Tony Buzer Spinscan. Dette er en open source hjemmelavet 3D-scanner baseret på en laser og et digitalkamera. Senere brugte MakerBot ideer fra Spinscan til at skabe den lukkede kilde Digitizer Scanner.
FabScan
FabScan startede som et afgangsprojekt og er siden blevet adopteret af et lille samfund, der fortsætter med at arbejde på at forbedre dets funktioner. FabScan fungerer som mange andre laserscannere, men er hjulpet af et indbygget hus, der hjælper med at udjævne lysniveauer og forhindrer forvrængning ved scanning.
VirtuCube
En alternativ metode til laserscannere er den strukturerede lysscanner. Ved at bruge en pico-projektor i stedet for en laser kan VirtuCube nemt laves med nogle få printede dele og grundlæggende elektronik. Hele dette system kan placeres i en kartonkasse for at forhindre andre lyskilder i at forårsage trykfejl.
To spændende nye open source-laserscannere er allerede blevet frigivet: The BQ Cyclop og Murobo Atlas.
BQ - laserscanningssystem
Det spanske forbrugerelektronikfirma BQ annoncerede Cyclop 3D-scanneren på CES. Cyclop bruger to laserlinjeniveauer, et standard USB-webcam og BQs brugerdefinerede Arduino-controller. BQ har skrevet sin egen scanningsapplikation kaldet Horus. Mens rapporter siger, at Cyclop endnu ikke er tilgængelig, siger BQ, at det bliver senere på året.
"Atlas" er et udviklet projekt, der kræver forbedringer
Murobos 3D-scanner søger i øjeblikket penge på Kickstarter. Ligesom Spinscan, Digitizer og Cyclop bruger Atlas laserlinjemoduler og et webcam til at scanne et objekt på en roterende platform. Atlas erstatter Arduino Raspberry Pi for at integrere kontrol og optagelse i en enhed. Ligesom Cyclop lover Atlas-skaberen, at det bliver et projektåben kildekode. Sættene til $129 er udsolgt, men nogle er stadig på $149 og $209.
I 2019 sigter virksomheden mod at lancere en smartphone-baseret 3D-scanner, der ikke kun viser baggrundssynlighed, men også konstruerer fokus, når der tages et billede. I Amerika er DIY-nyheder fantastiske. Hvis du ikke ved, hvordan man laver en 3D-scanner, så brug den ufærdige version af Atlas. Der er en ret klar funktionalitet, og udviklere behøver kun at flashe enheden og sikre driften af de funktioner, som de ønsker at se som et resultat.
CowTech Ciclop: ny model af multifunktionsmaskine
Prisen går op til $160 (afhængig af om du udskriver 3D-dele eller ej). Virksomheden er baseret i USA. Opløsningen af færdige billeder når 0,5 mm. Maksimal scanningsvolumen: 200 × 200 × 205 mm. BQ dannede grundlaget for et DIY 3D scannersæt til en 3D printer. Med dine egne hænder kan du ændre versionen af modellen for at skabe billeder i firedimensionelt rum.
CowTech Engineering udnyttede BQ-ledede midler til at give unik værdi til den opdaterede model. Nye muligheder:
- miljøgennemgang,
- baggrundsoptagelse,
- omvendt linseskærm.
Cowtech var tro mod open source-bevægelsen og lancerede en Kickstarter-kampagne for at rejse penge til at lancere en produktionsversion af originalen, Ciclop CowTech. Holdet satte et højt mål om at rejse $10.000, men blev mødt med overraskelse ogglade, da fællesskabet var i stand til at rejse $183.000. CowTech Ciclop gør-det-selv 3D-kamera- og telefonscannersættet er født.
Så hvad er forskellen mellem CowTech-version og BQ DIY-version?
CowTech Ciclop bruger stadig Horus 3D-software, da det er en fantastisk butik til 3D-objektscanning. Forskellene ligger dog i et lidt anderledes design, som teamet brugte flere dage på at udvikle, så delene kan 3D-printes på enhver FDM 3D-printer.
De samme emner kan bruges til at udvikle enheder med dine egne hænder. Virksomhedens 3D-scannere og printere har kun en lille byggevolumen, så CowTech har designet dele, der kan printes på enhver printer med en buildvolumen på 115×110×65mm, som findes i næsten alle 3D-printere.
Ciclop fra CowTech:
- Der er justerbare laserholdere her.
- CowTech DIY bruger laserskåret akryl.
BQ Ciclop:
- Modeller bruger gevindstænger.
- Der er ingen laserskåret akryl.
No big deal, og scannerne ser stadig ret ens ud, men CowTech havde kun til hensigt at forbedre det eksisterende design, ikke reformere det. CowTech sælger en scanningsklar Ciclop til $159 på deres hjemmeside. Alt i alt er det en fantastisk billig gør-det-selv 3D-scanner, meget effektiv til lasertriangulering 3D-scanning.
Roterende maskiner og borde til oprettelse af scannere
- Mobiltelefonudstyret med DIY 3D-scannerteknologi: fotogrammetri - teknologisk funktion til stede.
- Pris: Gratis udskrivning af dig selv (selvom materialer vil koste omkring $30).
- Denne DIY 3D-scanner vil være ret nem at oprette. Dave Clark, en britisk producent, sørgede for, at modellerne kunne skilles ad allerede inden salgsstart. Reservedele vil blive brugt til at bygge andre scannere.
Dette er fordi det er baseret på fotogrammetri, ikke lasertriangulering, og det er kompatibelt med din smartphone! Du kan downloade den 3D-printbare fil for at synkronisere enheder.
Med dine egne hænder kan en 3D-scanner laves af improviserede midler. Du skal bare stole på skaberne af DIY 3D. En simpel enhed forvandler øjeblikkeligt din iPhone eller Android til en 3D-scanner ved at tilslutte den til denne afspiller. Derefter tager den ved hjælp af hovedtelefoner og et telefonkamera over 50 billeder af objektet, som vil blive scannet, efterhånden som pladespilleren roterer.
Når du har taget disse billeder, kan du indlæse dem i et program såsom Autodesk ReCap for at gøre billederne til en fuld 3D-fil.
Samlet set er dette et fantastisk kreativt projekt og en fantastisk gør-det-selv 3D-scanner til folk med et budget.
Microsoft Kinect 3D-scanner
Den er endnu lavere til kun $99 (men sælges ikke længere, selvom Kinect V2 stadig er tilgængelig på Xbox One). Virksomhedens slogan er: Lav din egen 3D-scanner fra Kinect og overrask dine venner.
Mens Microsoft har reageret på efterspørgslen ved at skabe sin egen 3D-scanningsapp til Kinect-scanneren, er der en række tredjepartsmuligheder, der kan være at foretrække. Disse omfatter:
- Skanect, lavet af Occupital, som også sælger en tekstursensor.
- ReconstructMe. Den indeholder et sæt værktøjer, der giver dig mulighed for at udføre 3D-scanning for mindre end $100.
Resultaterne er ikke fantastiske, men til en sådan pris er det ganske acceptabelt. Det har vist sig at være underlegent i forhold til traditionel protogrammetri i kvalitet, især i fine detaljer, såsom på små modeller såsom hajtænder. Alligevel er dette for begyndere 3D-scannere et fantastisk produkt på begynderniveau, især da du måske allerede har en til Xbox 360.
Før oprettelse af en scanner
Der er mange kameraer, du kan bruge. Selvfølgelig, for at vide, hvordan man laver en 3D-scanner fra din telefon med dine egne hænder, skal du beregne, hvad der er nødvendigt for dette. Hvis du planlægger at bruge Pi Scan til at styre dine kameraer, skal du bruge Canon PowerShot ELPH 160. Men hvis du bruger en anden opsætning, er her nogle generelle kameraanbefalinger:
- Hvor mange megapixel har du brug for? Mål de emner, du er ved at scanne. Sigt efter den største gennemsnitlige størrelse (vælg ikke de største afvigelser). For eksempel er de fleste lærebøger 22,86×27,94 cm. Gang nu denne størrelse med den PPI (pixels per centimeter), du har til hensigt at fange. 300-dette er et sikkert minimum, selvom du ikke kan gå g alt, hvis du snupper mere. Så i vores eksempel - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Vi har brug for et billede på mindst 2700 × 3300=8.910.000 pixels eller omkring 9 megapixel.
- Hvilken kontrol har du brug for? Hvis du bare scanner en enkelt bog, eller du kun scanner et emne for dets informative indhold (i modsætning til at prøve at fange det faktiske udseende), behøver du ikke særlig gode billeder. Hvis lys- eller kameraindstillingerne ændrer sig fra billede til billede, vil du stadig få gode resultater.
- Lukkerhastighed - hvidbalance ISO-blænde.
- Flash til/fra. Enhver tilpasset billedbehandling (skærpning, farveforbedring osv.).
- Fokus (ideelt set evnen til at låse fokus).
- Eksponeringskompensation.
- Forstørrelse - de fleste DSLR'er tillader al denne form for kontrol; til kompaktkameraer, kun Canon Powershot-kameraer, der understøtter CHDK. De giver dig mulighed for at kontrollere alle disse parametre.
Meget afhænger af budgettet. Scannere sælges til samme pris som kameraer. Hvis du vil gøre alt selv, så er budgettet begrænset. Vær opmærksom på det overkommelige segment af optik- og reservedelsmarkedet.
- Den første vanskelighed ved at bygge en 3D-laserscanner er at finde en roterende platform. Samtidig skal det kun styres ved hjælp af MatLab. I stedet for at bruge mange penge eller tid, kan du købe28BYJ-48-5V stepmotor med ULN2003 drevtestmodulkort.
- Læm derefter platformen til stepmotorakslen og anbring den i rillen inde i holderen. Platformen skal flugte med "marmoren", men vær opmærksom på, at jo billigere den er, jo mere inkonsekvente diametre kan gøre tingene ikke i vater.
- Hvis du har en metode til at få præcis drejning, som kan styres i Mat Lab, skal du opsætte kameraet i enhver afstand og højde samt laserlinjen til venstre eller højre for kameraet og drejeskiven. Vinklen på laseren skal være optimal til at dække det meste af pladespilleren, men intet behøver at være nøjagtigt, vi vil håndtere modelskalaforskellen i kode.
- Den vigtigste del for korrekt drift er kamerakalibrering. Ved at bruge MatLab computer vision værktøjssættet kan du få kameraets nøjagtige brændvidde og optiske centrum med en nøjagtighed på 0,14 pixels.
Vær opmærksom på, at ændring af kameraopløsningen vil ændre værdierne for kalibreringsprocessen. De vigtigste værdier, vi leder efter, er brændvidden, målt i pixelenheder, og pixelkoordinaterne for billedplanets optiske centrum.
De fleste billige kompaktkameraer har ikke en softwaregrænseflade. De kan kun betjenes manuelt eller mekanisk. Men et team af frivillige har udviklet software, der giver dig mulighed for at fjernstyre og konfigurere Canons kompaktkameraer. Denne software kaldesCHDK.
- CHDK downloades til SD-kortet, som derefter indsættes i kameraet.
- Når kameraet starter, starter CHDK automatisk.
- Fordi CHDK aldrig foretager permanente ændringer af kameraet, kan du altid bare fjerne det dedikerede CHDK SD-kort for normal kamerabetjening.
CHDK er en væsentlig forudsætning for de softwarecontrollere, der er anført nedenfor. Controllerne kører på en pc eller Raspberry Pi og kommunikerer med CHDK-softwaren, der kører på kameraerne via USB. Når du bruger andre slags billige kameraer, er den eneste kontrolmulighed en form for mekanisk eller manuel start gennem installationsprogrammerne som vist ovenfor.
