Hvis du vil lage din egen 3D-skanner, er det første trinnet å finne et webkamera. Hvis du har det, vil kostnaden for hele prosjektet koste 40-50 dollar. Desktop 3D-skanning har gjort store fremskritt de siste årene, men det har fortsatt store begrensninger. Maskinvaren til teknikken er bygget på grunnlag av et visst volum og oppløsning for skanning. Du kan bare få gode resultater hvis motivet oppfyller opptakskravene og oppløsningen.
Slik fungerer 3D-opptak
Fotogrammetri bruker et sett med konvensjonelle 2D-bilder tatt fra alle retninger rundt et objekt. Hvis et punkt på et objekt kan sees på minst tre bilder, kan dets plassering trianguleres og måles i tre dimensjoner. Ved å identifisere og beregne plasseringen til tusenvis eller til og med millioner av poeng, kan programvaren lage en ekstremt nøyaktig gjengivelse.
I motsetning til en maskinvareskanner, har denne prosessen ingen størrelses- eller oppløsningsgrenser. Hvis du kan ta et bilde av et objekt, kan du skanne det:
- Den begrensende faktoren ifotogrammetri er kvaliteten på fotografier og derfor fotografens dyktighet.
- Bildene må være godt synlige og klart i fokus.
- De bør også plasseres rundt objektet slik at hver del av dem er dekket.
Uten en 3D-skanner kan du bare lage et 3D-bilde av store objekter. Små gjenstander kan ikke skannes. For å forstå dette mer detaljert, vil vi analysere konseptet fotogrammetri.
Hva er fotogrammetri og hvordan påvirker det visningen av objekter?
Fotogrammetri er vitenskapen om å ta målinger fra fotografier, spesielt for å rekonstruere den nøyaktige posisjonen til overflatepunkter. Den kan også brukes til å rekonstruere bevegelsesbanene til angitte forankringspunkter på ethvert objekt i bevegelse, dets komponenter og i umiddelbar nærhet til omgivelsene.
Kort sagt gir det deg muligheten til å lage et 3D-rutenett fra flere bilder ved å sammenligne likheter mellom bilder og triangulere dem i 3D-rom.
Fotogrammetri har eksistert en stund, men det var ikke før Autodesk hoppet inn i Memento-betaprogrammet at ting begynte å fungere. Memento ble omdøpt til ReMake da den forlot betafasen. Høres ut som magi, ikke sant? Vel, det er ikke magi, det er virkelighet. Nå kan hvem som helst gjøre 3D-skanning uten å bruke hundrevis på en skanner. Selv rimelige åpen kildekode 3D-skannere krever ganske mye kunnskap for å få dem til å fungere ordentlig. FRAalle kan få det de vil med fotogrammetri.
Platespiller – andre trinn i å lage en skanner
Alt du trenger for å lage din egen 3D-skanner er smarttelefonen din, inkluderte hodetelefoner og en spiller. Slik fungerer det: du dreier på sveiven, og for hver full rotasjon av platespilleren utløses telefonens kamera av hodetelefonvolumet 50 ganger.
Enkelt! Overfør bilder til datamaskinen din og bruk Autodesk ReMake til å gjøre underverker. Den er fantastisk, men den er ikke bare god til å maske, den gir også verktøy for å finpusse nettet, reparere hull, justere, forberede for 3D-utskrift eller fungere som en systemform som en 3D-ressurs for spill eller gjengivelser!
Vel, gitt at Apple har fjernet hodetelefonkontakten for iPhone 7 og nyere, vil en oppdatert versjon av skanneren bli brukt. Den er basert på prinsippet om å jobbe med en trigger for et Bluetooth-kamera. Dette vil erstatte behovet for en hodetelefonkontakt.
- Fotogrammetrisk skanning av høy kvalitet krever høykvalitetsfotografier av motivet fra alle vinkler.
- Den enkleste metoden for å skanne små ting er å rotere objektet mens du fotograferer.
- For å gjøre dette bruker skanneren en trinnmotor kontrollert av Arduino-kortet.
- Strinneren roterer objektet med en fast mengde, og så slukker den infrarøde LED-en i en forferdelig vanskelig serie med blink som etterligner kameraets trådløse fjernkontroll.
LCD-skjerm med et sett med knapperlar brukeren kontrollere Arduino. Ved hjelp av knappene kan brukeren velge antall bilder som skal tas per omdreining. En DIY 3D-skanner av høy kvalitet kan fungere i automatisk modus, der den tar et bilde, fremfører trinnmotoren og gjentar den til den fullfører en fullstendig revolusjon.
Det er også en manuell modus der hvert trykk på knappen tar et bilde, flytter jog-hjulet og venter. Dette er nyttig for å skanne detaljer. 3D-skanneren fokuserer på rammen som rammer inn bildet.
Tilleggsprogramvare
Når fotogrammetriprogramvaren oppdager en funksjon i et bilde, prøver den å finne denne funksjonen i andre bilder og registrerer plasseringen på alle bildene som vises.
- Hvis objektet er en del av et roterende objekt, får vi gode data.
- Hvis den oppdagede funksjonen er i bakgrunnen og ikke beveger seg mens resten av objektet skannes, kan det bryte rom-tidskontinuumet, i det minste når det gjelder programvaren din.
Det er to løsninger:
- En av dem flytter kameraet rundt motivet for å holde bakgrunnen synkronisert med bevegelsen. Dette er bra for store objekter, men det er mye vanskeligere å automatisere prosessen.
- En enklere løsning er å la bakgrunnen være urørt. Dette er lettere å gjøre for små gjenstander. Legg til det høyrebelysning og du er på vei til funksjonsløse bakgrunner.
Et annet tips er å overeksponere bildene dine med et stopp eller to. Dette lar deg fange flere detaljer i motivets skygge mens du skiller bakgrunnen slik at eventuelle gjenværende bakgrunnsobjekter forsvinner til en strålende hvit.
- "Arduino". Den har pinner som ikke dekkes av LCD-skjermen, noe som gjør det enkelt å koble til.
- SainSmart 1602 LCD Shield som har en skjerm og noen knapper for å kontrollere skanneren.
- Trinnmotorsjåfør (Easy Driver).
NEMA 17-trinnmotoren vil rotere det skannede objektet. Med en stor trinnmotor (med passende driver og strømforsyning), kan denne høykvalitets DIY 3D-skanneren skalere opp skanningen. 950 nm IR LED utløser kameraet. Noen populære modeller av håndholdte 3D-skannere er basert på dette prinsippet. Du kan gjenta byggeprosessen med egne hender. Vi tilbyr flere alternativer å velge mellom.
Spinscan av Tony Buzer: grunnlaget for alle skannere
I 2011 ga 3D-utskriftsgeniet Tony Buzer ut Spinscan. Dette er en åpen kildekode hjemmelaget 3D-skanner basert på en laser og et digitalkamera. Senere brukte MakerBot ideer fra Spinscan for å lage den lukkede kildekoden Digitizer Scanner.
FabScan
FabScan startet som et avgangsprosjekt og har siden blitt adoptert av et lite samfunn som fortsetter å jobbe med å forbedre funksjonene. FabScan fungerer som mange andre laserskannere, men blir hjulpet av et innebygd hus som hjelper til med å jevne ut lysnivåer, og forhindrer forvrengning ved skanning.
VirtuCube
En alternativ metode for laserskannere er den strukturerte lysskanneren. Ved å bruke en pico-projektor i stedet for en laser, kan VirtuCube enkelt lages med noen få trykte deler og grunnleggende elektronikk. Hele dette systemet kan legges i en kartong for å forhindre at andre lyskilder forårsaker trykkfeil.
To spennende nye laserskannere med åpen kildekode er allerede utgitt: The BQ Cyclop og Murobo Atlas.
BQ - laserskanningssystem
Det spanske forbrukerelektronikkselskapet BQ annonserte Cyclop 3D-skanneren på CES. Cyclop bruker to laserlinjenivåer, et standard USB-webkamera og BQs tilpassede Arduino-kontroller. BQ har skrevet sin egen skanningsapplikasjon k alt Horus. Selv om rapporter sier at Cyclop ikke er tilgjengelig ennå, sier BQ at det vil være senere i år.
"Atlas" er et utviklet prosjekt som krever forbedringer
Murobos 3D-skanner søker for tiden midler på Kickstarter. I likhet med Spinscan, Digitizer og Cyclop, bruker Atlas laserlinjemoduler og et webkamera for å skanne et objekt på en roterende plattform. Atlas erstatter Arduino Raspberry Pi for å integrere kontroll og opptak i en enhet. I likhet med Cyclop, lover Atlas-skaperen at det vil bli et prosjektåpen kilde. Settene på $129 er utsolgt, men noen forblir på $149 og $209.
I 2019 har selskapet som mål å lansere en smarttelefonbasert 3D-skanner som ikke bare vil vise bakgrunnssynlighet, men også konstruere fokus når du tar et bilde. I Amerika er DIY-nyheter fantastiske. Hvis du ikke vet hvordan du lager en 3D-skanner, bruk den uferdige versjonen av Atlas. Det er en ganske tydelig funksjonalitet, og utviklere trenger bare å flashe enheten og sikre driften av de funksjonene de ønsker å se som et resultat.
CowTech Ciclop: ny modell av multifunksjonsmaskin
Prisen går opp til $160 (avhengig av om du skriver ut 3D-deler eller ikke). Selskapet er basert i USA. Oppløsningen på ferdige bilder når 0,5 mm. Maksim alt skanningsvolum: 200 × 200 × 205 mm. BQ dannet grunnlaget for et DIY 3D-skannersett for en 3D-skriver. Med egne hender kan du endre versjonen av modellen for å lage bilder i firedimensjon alt rom.
CowTech Engineering utnyttet BQ-ledede midler for å gi unik verdi til den oppdaterte modellen. Nye muligheter:
- miljøvurdering,
- bakgrunnsopptak,
- linseskjerm i omvendt stil.
Cowtech var trofast mot åpen kildekode-bevegelsen og lanserte en Kickstarter-kampanje for å samle inn penger til å lansere en produksjonsversjon av originalen, Ciclop CowTech. Teamet satte et høyt mål om å samle inn $10 000, men ble møtt med overraskelse ogglad da samfunnet var i stand til å samle inn $183 000. CowTech Ciclop DIY 3D-kamera og telefonskannersett er født.
Så hva er forskjellen mellom CowTech-versjonen og BQ DIY-versjonen?
CowTech Ciclop bruker fortsatt Horus 3D-programvare siden det er en fantastisk butikk for 3D-objektskanning. Forskjellene ligger imidlertid i en litt annen design, som teamet brukte flere dager på å utvikle slik at delene kan 3D-printes på hvilken som helst FDM 3D-printer.
De samme emnene kan brukes til å utvikle enheter med egne hender. Selskapets 3D-skannere og -printere har kun et lite byggevolum, så CowTech har designet deler som kan skrives ut på hvilken som helst skriver med et byggevolum på 115×110×65 mm, som finnes i nesten alle 3D-skrivere.
Ciclop av CowTech:
- Det er justerbare laserholdere her.
- CowTech DIY bruker laserkuttet akryl.
BQ Ciclop:
- Modeller bruker gjengede stenger.
- Det er ingen laserskåret akryl.
No big deal, og skannerne ser fortsatt ganske like ut, men CowTech hadde kun til hensikt å forbedre det eksisterende designet, ikke reformere det. CowTech selger en skanningsklar Ciclop for $159 på nettsiden deres. Alt i alt er det en flott billig gjør-det-selv 3D-skanner, veldig effektiv for lasertriangulering 3D-skanning.
Roterende maskiner og tabeller for å lage skannere
- Mobiltelefonutstyrt med DIY 3D-skannerteknologi: fotogrammetri - teknologisk funksjon til stede.
- Pris: Gratis utskrift selv (selv om materialer vil koste rundt $30).
- Denne DIY 3D-skanneren vil være ganske enkel å lage. Dave Clark, en britisk produsent, sørget for at modellene kunne demonteres allerede før salgsstart. Reservedeler vil bli brukt til å bygge andre skannere.
Dette er fordi det er basert på fotogrammetri, ikke lasertriangulering, og er kompatibelt med smarttelefonen din! Du kan laste ned den 3D-utskrivbare filen for å synkronisere enheter.
Med egne hender kan en 3D-skanner lages av improviserte midler. Du trenger bare å stole på skaperne av DIY 3D. En enkel enhet gjør din iPhone eller Android om til en 3D-skanner ved å koble den til denne spilleren. Deretter, ved hjelp av hodetelefoner og telefonkamera, tar den over 50 bilder av objektet, som vil bli skannet mens platespilleren roterer.
Når du har tatt disse bildene, kan du laste dem inn i et program som Autodesk ReCap for å gjøre bildene om til en full 3D-fil.
Samlet sett er dette et fantastisk kreativt prosjekt og en flott DIY 3D-skanner for folk på et budsjett.
Microsoft Kinect 3D-skanner
Den er enda lavere på bare $99 (men selges ikke lenger, selv om Kinect V2 fortsatt er tilgjengelig på Xbox One). Selskapets slagord er: «Lag din egen 3D-skanner fra Kinect og overrask vennene dine.
Mens Microsoft har svart på etterspørselen ved å lage sin egen 3D Scan-app for Kinect-skanneren, er det en rekke tredjeparts alternativer som kan være å foretrekke. Disse inkluderer:
- Skanect, laget av Occupital, som også selger en tekstursensor.
- ReconstructMe. Den har et sett med verktøy som lar deg utføre 3D-skanning for mindre enn $100.
Resultatene er ikke fantastiske, men for en slik pris er det ganske akseptabelt. Det har vist seg å være dårligere enn tradisjonell protogrammetri i kvalitet, spesielt i fine detaljer, for eksempel på små modeller som haitenner. Likevel, for nybegynnere 3D-skannere er dette et fantastisk produkt på inngangsnivå, spesielt siden du kanskje allerede har en for Xbox 360.
Før du oppretter en skanner
Det er mange kameraer du kan bruke. Selvfølgelig, for å vite hvordan du lager en 3D-skanner fra telefonen din med egne hender, må du beregne hva som trengs for dette. Hvis du planlegger å bruke Pi Scan til å kontrollere kameraene dine, bør du bruke Canon PowerShot ELPH 160. Men hvis du bruker et annet oppsett, her er noen generelle kameraanbefalinger:
- Hvor mange megapiksler trenger du? Mål elementene du skal skanne. Sikt på den største gjennomsnittsstørrelsen (ikke velg de største avvikene). For eksempel er de fleste lærebøker 22,86×27,94 cm. Multipliser nå denne størrelsen med PPI (piksler per centimeter) du har tenkt å fange. 300-dette er et trygt minimum, selv om du ikke kan gå g alt hvis du tar mer. Så i vårt eksempel - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Vi trenger et bilde på minst 2700 × 3300=8 910 000 piksler, eller omtrent 9 megapiksler.
- Hvilken kontroll trenger du? Hvis du bare skanner en enkelt bok, eller du bare skanner et element for informasjonsinnholdet (i motsetning til å prøve å fange det faktiske utseendet), trenger du ikke veldig gode bilder. Hvis belysningen eller kamerainnstillingene endres fra bilde til bilde, vil du fortsatt få gode resultater.
- Lukkerhastighet - hvitbalanse ISO-blenderåpning.
- Blits på/av. Eventuell tilpasset bildebehandling (skarping, fargeforbedring osv.).
- Fokus (ideelt sett muligheten til å låse fokus).
- Eksponeringskompensasjon.
- Forstørrelse - de fleste DSLR-er tillater all denne typen kontroll; for kompaktkameraer, kun Canon Powershot-kameraer som støtter CHDK. De lar deg kontrollere alle disse parameterne.
Mye avhenger av budsjettet. Skannere selges til samme pris som kameraer. Hvis du vil gjøre alt selv, er budsjettet begrenset. Vær oppmerksom på det rimelige segmentet av optikk- og reservedelsmarkedet.
- Den første vanskeligheten med å bygge en 3D-laserskanner er å finne en roterende plattform. Samtidig må det kun kontrolleres ved hjelp av MatLab. I stedet for å bruke mye penger eller tid, kan du kjøpe28BYJ-48-5V trinnmotor med ULN2003 stasjonstestmodulkort.
- Deretter limer du plattformen til trinnmotorakselen og plasserer den i sporet inne i holderen. Plattformen bør være i flukt med "marmoren", men vær oppmerksom på at jo billigere den er, desto mer inkonsekvente diametre kan gjøre at ting ikke står i vater.
- Hvis du har en metode for å få presis rotasjon som kan kontrolleres i Mat Lab, sett opp kameraet i hvilken som helst avstand og høyde, samt laserlinjen til venstre eller høyre for kameraet og dreieskiven. Vinkelen på laseren skal være optimal for å dekke det meste av platespilleren, men ingenting trenger å være nøyaktig, vi vil håndtere modellskalaforskjellen i kode.
- Den viktigste delen for riktig drift er kamerakalibrering. Ved å bruke MatLab-verktøysettet for datasyn kan du få den nøyaktige brennvidden og det optiske senteret til kameraet med en nøyaktighet på 0,14 piksler.
Vær oppmerksom på at endring av kameraoppløsningen vil endre verdiene for kalibreringsprosessen. Hovedverdiene vi ser etter er brennvidden, målt i pikselenheter, og pikselkoordinatene til det optiske sentrum av bildeplanet.
De fleste billige kompaktkameraer har ikke et programvaregrensesnitt. De kan kun betjenes manuelt eller mekanisk. Men et team av frivillige har utviklet programvare som lar deg fjernstyre og konfigurere Canon kompaktkameraer. Denne programvaren kallesCHDK.
- CHDK lastes ned til SD-kortet, som deretter settes inn i kameraet.
- Når kameraet starter, starter CHDK opp automatisk.
- Fordi CHDK aldri gjør permanente endringer i kameraet, kan du alltids bare fjerne det dedikerte CHDK SD-kortet for normal kameradrift.
CHDK er en viktig forutsetning for programvarekontrollerne som er oppført nedenfor. Kontrollerne kjører på en PC eller Raspberry Pi og kommuniserer med CHDK-programvaren som kjører på kameraene via USB. Når du bruker andre typer billige kameraer, er det eneste kontroll alternativet en slags mekanisk eller manuell start gjennom installasjonsprogrammene som vist ovenfor.
