Scanner 3D DIY: detalhes e tecnologias. Scanner 3D caseiro

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Scanner 3D DIY: detalhes e tecnologias. Scanner 3D caseiro
Scanner 3D DIY: detalhes e tecnologias. Scanner 3D caseiro
Anonim

Se você quiser fazer seu próprio scanner 3D, o primeiro passo é encontrar uma webcam. Se você o tiver, o custo de todo o projeto custará de 40 a 50 dólares. A digitalização 3D de desktop fez grandes avanços nos últimos anos, mas ainda tem grandes limitações. O hardware da técnica é construído com base em um determinado volume e resolução de digitalização. Você pode obter bons resultados somente se o assunto atender aos requisitos e resolução de disparo.

Como funciona a filmagem 3D

Fotogrametria usa um conjunto de fotografias 2D convencionais tiradas de todas as direções ao redor de um objeto. Se um ponto em um objeto pode ser visto em pelo menos três imagens, sua localização pode ser triangulada e medida em três dimensões. Ao identificar e calcular a localização de milhares ou mesmo milhões de pontos, o software pode criar uma reprodução extremamente precisa.

Ao contrário de um scanner de hardware, este processo não tem limites de tamanho ou resolução. Se você pode tirar uma foto de um objeto, você pode escaneá-lo:

  • O fator limitante emfotogrametria é a qualidade das fotografias e, portanto, a habilidade do fotógrafo.
  • As fotos devem estar claramente visíveis e bem focadas.
  • Eles também devem ser colocados ao redor do objeto para que cada parte deles seja coberta.

Sem um scanner 3D, você só pode fazer uma imagem 3D de objetos grandes. Itens pequenos não podem ser digitalizados. Para entender isso com mais detalhes, vamos analisar o conceito de fotogrametria.

O que é fotogrametria e como ela afeta a exibição de objetos?

Fotogrametria é a ciência de tirar medidas de fotografias, especialmente para reconstruir a posição exata dos pontos da superfície. Ele também pode ser usado para reconstruir os caminhos de movimento de pontos de ancoragem designados em qualquer objeto em movimento, seus componentes e nas proximidades do ambiente.

Resumindo, ele oferece a capacidade de criar uma grade 3D a partir de várias fotos, comparando semelhanças entre imagens e triangulando-as no espaço 3D.

scanner a laser faça você mesmo
scanner a laser faça você mesmo

A fotogrametria existe há algum tempo, mas não foi até que a Autodesk entrou em seu programa beta Memento que as coisas começaram a funcionar. Memento foi renomeado para ReMake quando saiu da fase beta. Parece mágica, certo? Bem, não é mágica, é realidade. Agora qualquer pessoa pode fazer digitalização 3D sem gastar centenas em um scanner. Mesmo scanners 3D de código aberto acessíveis exigem um pouco de conhecimento para que funcionem corretamente. A PARTIR DEqualquer um pode conseguir o que quiser com a fotogrametria.

Turnttable - o segundo estágio da criação de um scanner

Tudo o que você precisa para criar seu próprio scanner 3D é o seu smartphone, fones de ouvido incluídos e um player. Veja como funciona: você gira a manivela e, para cada rotação completa do toca-discos, a câmera do telefone é acionada pelo volume do fone de ouvido 50 vezes.

Fácil! Transfira fotos para o seu computador e use o Autodesk ReMake para fazer maravilhas. É incrível, mas não só é bom em malha, mas também fornece ferramentas para ajustar a malha, reparar furos, alinhar, preparar para impressão 3D ou servir como uma forma de sistema como um recurso 3D para jogos ou renderizações!

Bem, dado que a Apple removeu o fone de ouvido para o iPhone 7 e superior, uma versão atualizada da criação do scanner será usada. Baseia-se no princípio de trabalhar em um gatilho para uma câmera Bluetooth. Isso substituirá a necessidade de um fone de ouvido.

  • A digitalização fotogramétrica de alta qualidade requer fotografias de alta qualidade do assunto de todos os ângulos.
  • A abordagem mais fácil para escanear coisas pequenas é girar o objeto enquanto fotografa.
  • Para isso, o scanner utiliza um motor de passo controlado pela placa Arduino.
  • O stepper gira o objeto em uma quantidade fixa, e então o LED infravermelho se apaga em uma série de flashes complicados que imitam o controle remoto sem fio de uma câmera.

tela LCD com um conjunto de botõespermite ao usuário controlar o Arduino. Usando os botões, o usuário pode selecionar o número de fotos a serem tiradas por revolução. Um scanner 3D DIY de alta qualidade pode funcionar no modo automático, onde tira uma foto, avança o motor de passo e o repete até completar uma revolução completa.

Há também um modo manual em que cada pressão do botão tira uma foto, move o jog dial e espera. Isso é útil para digitalizar detalhes. O scanner 3D foca no quadro que enquadra a imagem.

Software Adicional

Scanner 3D manual faça você mesmo
Scanner 3D manual faça você mesmo

Quando o software de fotogrametria detecta um recurso em uma foto, ele tenta encontrar esse recurso em outras imagens e registra a localização em todas as imagens que aparecem.

  1. Se o objeto faz parte de um objeto em rotação, obtemos bons dados.
  2. Se o recurso detectado estiver em segundo plano e não se mover enquanto o restante do objeto estiver sendo rastreado, ele pode quebrar o continuum espaço-tempo, pelo menos no que diz respeito ao seu software.

Existem duas soluções:

  • Um deles é mover a câmera ao redor do assunto para manter o fundo sincronizado com o movimento. Isso é bom para objetos grandes, mas é muito mais difícil automatizar o processo.
  • Uma solução mais fácil é deixar o fundo intocado. Isso é mais fácil de fazer para objetos pequenos. Adicione a isso o direitoiluminação e você está a caminho de fundos sem características.

Outra dica é superexpor suas imagens com um stop ou dois. Isso permite que você capture mais detalhes na sombra do assunto enquanto separa o fundo para que quaisquer objetos de fundo restantes desapareçam em um branco brilhante.

  • "Arduino". Possui pinos que não são cobertos pela tela LCD, facilitando a conexão.
  • SainSmart 1602 LCD Shield que possui um display e alguns botões para controlar o scanner.
  • Driver de motor de passo (Easy Driver).

O motor de passo NEMA 17 irá girar o objeto escaneado. Com um grande motor de passo (com driver e fonte de alimentação apropriados), este scanner 3D DIY de alta qualidade pode aumentar a digitalização. O LED IR de 950 nm aciona a câmera. Alguns modelos populares de scanners 3D portáteis são baseados nesse princípio. Você pode repetir o processo de construção com suas próprias mãos. Oferecemos várias opções para escolher.

Spinscan por Tony Buzer: a base de todos os scanners

Scanner 3D DIY para impressora 3D
Scanner 3D DIY para impressora 3D

Em 2011, o gênio da impressão 3D Tony Buzer lançou o Spinscan. Este é um scanner 3D caseiro de código aberto baseado em um laser e uma câmera digital. Mais tarde, MakerBot usou ideias do Spinscan para criar o Digitalizador Scanner de código fechado.

FabScan

FabScan começou como um projeto de graduação e desde então foi adotado por uma pequena comunidade que continua trabalhando para melhorar seus recursos. O FabScan funciona como muitos outros scanners a laser, mas é auxiliado por uma caixa integrada que ajuda a uniformizar os níveis de luz, evitando distorções durante a digitalização.

VirtuCube

Um método alternativo para scanners a laser é o scanner de luz estruturado. Usando um projetor pico em vez de um laser, o VirtuCube pode ser facilmente criado com algumas peças impressas e eletrônicos básicos. Todo este sistema pode ser colocado em uma caixa de papelão para evitar que outras fontes de luz causem erros de impressão.

Dois novos e interessantes scanners a laser de código aberto já foram lançados: o BQ Cyclop e o Murobo Atlas.

BQ - sistema de varredura a laser

A empresa espanhola de eletrônicos de consumo BQ anunciou o scanner Cyclop 3D na CES. O Cyclop usa dois níveis de linha de laser, uma webcam USB padrão e o controlador Arduino personalizado da BQ. BQ escreveu seu próprio aplicativo de digitalização chamado Horus. Embora os relatórios digam que o Cyclop ainda não está disponível, a BQ diz que estará ainda este ano.

"Atlas" é um projeto desenvolvido que requer melhorias

O scanner 3D de Murobo está atualmente buscando fundos no Kickstarter. Assim como Spinscan, Digitizer e Cyclop, o Atlas usa módulos de linha de laser e uma webcam para escanear um objeto em uma plataforma rotativa. Atlas substitui o Arduino Raspberry Pi para integrar controle e captura em um dispositivo. Assim como Cyclop, criador do Atlas promete que será um projetoCódigo aberto. Os conjuntos de US$ 129 esgotaram, mas alguns permanecem por US$ 149 e US$ 209.

Scanner 3D caseiro
Scanner 3D caseiro

Em 2019, a empresa pretende lançar um scanner 3D baseado em smartphone que não apenas exibirá a visibilidade do plano de fundo, mas também criará foco ao capturar uma imagem. Na América, as novidades DIY são incríveis. Se você não sabe como fazer um scanner 3D, use a versão inacabada do Atlas. Há uma funcionalidade bastante clara, e os desenvolvedores precisam apenas atualizar o dispositivo e garantir a operação das funções que desejam ver como resultado.

CowTech Ciclop: novo modelo de máquina multifuncional

O preço vai até $ 160 (dependendo se você imprime peças 3D ou não). A empresa está sediada nos EUA. A resolução das imagens finalizadas chega a 0,5 mm. Volume máximo de digitalização: 200 × 200 × 205 mm. A BQ formou a base de um kit de scanner 3D DIY para uma impressora 3D. Com suas próprias mãos, você pode modificar a versão do modelo para criar imagens no espaço quadridimensional.

CowTech Engineering alavancou os fundos liderados pela BQ para dar valor único ao modelo atualizado. Novas oportunidades:

  • revisão do ambiente,
  • captura de fundo,
  • exibição de lente estilo reverso.

Fiel ao movimento open source, a Cowtech lançou uma campanha Kickstarter para arrecadar dinheiro para lançar uma versão de produção do original, Ciclop CowTech. A equipe estabeleceu uma meta grandiosa de arrecadar US$ 10.000, mas foi recebida com surpresa eencantado quando a comunidade conseguiu arrecadar US$ 183.000. Nasce o kit de câmera 3D DIY e scanner de telefone CowTech Ciclop.

Então, qual é a diferença entre a versão CowTech e a versão BQ DIY?

CowTech Ciclop ainda usa o software Horus 3D, pois é uma loja fantástica para digitalização de objetos 3D. As diferenças, no entanto, estão em um design ligeiramente diferente, que a equipe passou vários dias desenvolvendo para que as peças pudessem ser impressas em 3D em qualquer impressora 3D FDM.

Os mesmos espaços em branco podem ser usados para desenvolver dispositivos com suas próprias mãos. Os scanners e impressoras 3D da empresa têm apenas um pequeno volume de construção, então a CowTech projetou peças que podem ser impressas em qualquer impressora com um volume de construção de 115×110×65mm, encontrado em quase todas as impressoras 3D.

Ciclop por CowTech:

  • Há suportes de laser ajustáveis aqui.
  • CowTech DIY usa acrílico cortado a laser.

BQ Ciclop:

  • Os modelos usam hastes roscadas.
  • Não há acrílico cortado a laser.

Não é grande coisa, e os scanners ainda parecem bastante semelhantes, mas a CowTech pretendia apenas melhorar o design existente, não reformá-lo. A CowTech vende um Ciclop pronto para digitalização por US$ 159 em seu site. Em suma, é um ótimo scanner 3D DIY barato, muito eficiente para digitalização 3D de triangulação a laser.

Máquinas e mesas rotativas para criação de scanners

  1. Celularequipado com tecnologia de scanner 3D DIY: fotogrametria - recurso tecnológico presente.
  2. Preço: Impressão gratuita por você mesmo (embora os materiais custem cerca de $30).
  3. Este scanner 3D DIY será muito fácil de criar. Dave Clark, fabricante britânico, garantiu que os modelos pudessem ser desmontados antes mesmo do início das vendas. Peças sobressalentes serão usadas para construir outros scanners.

Isso porque é baseado em fotogrametria, não em triangulação a laser, e é compatível com seu smartphone! Você pode baixar o arquivo imprimível em 3D para sincronizar dispositivos.

Com suas próprias mãos, um scanner 3D pode ser feito a partir de meios improvisados. Você só precisa confiar nos criadores do DIY 3D. Um dispositivo simples transforma instantaneamente seu iPhone ou Android em um scanner 3D conectando-o a este player. Em seguida, usando fones de ouvido e uma câmera de telefone, ele tira mais de 50 fotos do objeto, que serão escaneadas à medida que o toca-discos gira.

Depois de tirar essas imagens, você pode carregá-las em um programa como o Autodesk ReCap para transformar as fotos em um arquivo 3D completo.

No geral, este é um projeto criativo fantástico e um ótimo scanner 3D DIY para pessoas com orçamento limitado.

Scanner 3D Microsoft Kinect

É ainda mais baixo por apenas US$ 99 (mas não é mais vendido, embora o Kinect V2 ainda esteja disponível no Xbox One). O slogan da empresa é: Faça seu próprio scanner 3D do Kinect e surpreenda seus amigos.

scanner 3d do telefone para digitalizaçãodetalhes
scanner 3d do telefone para digitalizaçãodetalhes

Embora a Microsoft tenha respondido à demanda criando seu próprio aplicativo de digitalização 3D para o scanner Kinect, existem várias opções de terceiros que podem ser preferíveis. Estes incluem:

  • Skanect, fabricado pela Occupital, que também vende um sensor de textura.
  • Reconstrua-me. Ele fornece um conjunto de ferramentas que permitem realizar digitalização 3D por menos de US$ 100.

Os resultados não são fantásticos, mas por esse preço é bastante aceitável. Mostrou-se inferior à protogramametria tradicional em qualidade, especialmente em detalhes finos, como em modelos pequenos, como dentes de tubarão. Ainda assim, para scanners 3D iniciantes, este é um produto de nível básico fantástico, especialmente porque você já deve ter um para Xbox 360.

Antes de criar um scanner

Há muitas câmeras que você pode usar. Obviamente, para saber como fazer um scanner 3D do seu telefone com suas próprias mãos, você precisa calcular o que é necessário para isso. Se você planeja usar o Pi Scan para controlar suas câmeras, deve usar a Canon PowerShot ELPH 160. Mas se estiver usando qualquer outra configuração, aqui estão algumas recomendações gerais de câmeras:

  1. De quantos megapixels você precisa? Meça os itens que você está prestes a digitalizar. Procure o maior tamanho médio (não escolha os maiores valores discrepantes). Por exemplo, a maioria dos livros didáticos tem 22,86×27,94 cm. Agora multiplique esse tamanho pelo PPI (pixels por centímetro) que você pretende capturar. 300-este é um mínimo seguro, embora você não possa errar se pegar mais. Então, em nosso exemplo - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Precisamos de uma imagem de pelo menos 2700 × 3300=8.910.000 pixels, ou cerca de 9 megapixels.
  2. De que controle você precisa? Se você estiver digitalizando apenas um único livro ou apenas digitalizando um item por seu conteúdo informativo (em vez de tentar capturar a aparência real), não precisará de fotos muito boas. Se as configurações de iluminação ou da câmera mudarem de foto para foto, você ainda obterá bons resultados.
  3. Velocidade do obturador - abertura ISO de balanço de branco.
  4. Flash ligado/desligado. Qualquer processamento de imagem personalizado (nitidez, aprimoramento de cores, etc.).
  5. Focus (idealmente a capacidade de travar o foco).
  6. Compensação de exposição.
  7. Ampliação - a maioria das DSLRs permite todo esse tipo de controle; para câmeras compactas, somente câmeras Canon Powershot que suportam CHDK. Eles permitem que você controle todos esses parâmetros.
scanner 3D da câmera
scanner 3D da câmera

Depende muito do orçamento. Os scanners são vendidos ao mesmo preço que as câmeras. Se você quiser fazer tudo sozinho, o orçamento é limitado. Preste atenção ao segmento acessível do mercado de óptica e peças de reposição.

  • A primeira dificuldade encontrada na construção de um scanner a laser 3D é encontrar uma plataforma rotativa. Ao mesmo tempo, ele precisa ser controlado apenas com a ajuda do MatLab. Em vez de gastar muito dinheiro ou tempo, você pode comprarMotor de passo 28BYJ-48-5V com placa de módulo de teste de acionamento ULN2003.
  • Em seguida, cole a plataforma no eixo do motor de passo e coloque-a na ranhura dentro do suporte. A plataforma deve estar nivelada com o "mármore", mas esteja ciente de que quanto mais barato for, mais diâmetros inconsistentes podem tornar as coisas não niveladas.
  • Se você tiver um método para obter uma rotação precisa que possa ser controlada no Mat Lab, configure a câmera em qualquer distância e altura, bem como a linha de laser à esquerda ou à direita da câmera e da plataforma giratória. O ângulo do laser deve ser ideal para cobrir a maior parte do toca-discos, mas nada precisa ser exato, vamos lidar com a diferença de escala do modelo no código.
  • A parte mais importante para uma operação adequada é a calibração da câmera. Usando o kit de ferramentas de visão computacional MatLab, você pode obter a distância focal exata e o centro óptico da câmera com uma precisão de 0,14 pixels.

Esteja ciente de que alterar a resolução da câmera alterará os valores do processo de calibração. Os principais valores que procuramos são a distância focal, medida em unidades de pixel, e as coordenadas de pixel do centro óptico do plano da imagem.

A maioria das câmeras compactas baratas não possui uma interface de software. Eles só podem ser operados manualmente ou mecanicamente. Mas uma equipe de voluntários desenvolveu um software que permite controlar e configurar remotamente câmeras compactas da Canon. Este software é chamadoCHDK.

  • CHDK é baixado para o cartão SD, que é então inserido na câmera.
  • Quando a câmera inicia, o CHDK inicia automaticamente.
  • Como o CHDK nunca faz alterações permanentes na câmera, você pode sempre remover o cartão SD CHDK dedicado para operação normal da câmera.
Software de processamento de imagem 3D
Software de processamento de imagem 3D

CHDK é um pré-requisito essencial para os controladores de software listados abaixo. Os controladores são executados em um PC ou Raspberry Pi e se comunicam com o software CHDK em execução nas câmeras via USB. Ao usar outros tipos de câmeras baratas, a única opção de controle é algum tipo de inicialização mecânica ou manual através dos programas de instalação, conforme mostrado acima.

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