Kung gusto mong gumawa ng sarili mong 3D scanner, ang unang hakbang ay maghanap ng webcam. Kung mayroon ka nito, ang halaga ng buong proyekto ay nagkakahalaga ng 40-50 dolyares. Ang desktop 3D scanning ay gumawa ng malalaking hakbang sa mga nakalipas na taon, ngunit mayroon pa rin itong malalaking limitasyon. Ang hardware ng pamamaraan ay binuo batay sa isang tiyak na dami at resolusyon ng pag-scan. Makakakuha ka lang ng magagandang resulta kung natutugunan ng iyong paksa ang mga kinakailangan at resolution ng shooting.
Paano gumagana ang 3D shooting
Ang Photogrammetry ay gumagamit ng isang set ng mga kumbensyonal na 2D na larawan na kinunan mula sa lahat ng direksyon sa paligid ng isang bagay. Kung ang isang punto sa isang bagay ay makikita sa hindi bababa sa tatlong mga imahe, ang lokasyon nito ay maaaring triangulated at masukat sa tatlong dimensyon. Sa pamamagitan ng pagtukoy at pagkalkula ng lokasyon ng libu-libo o kahit milyon-milyong mga puntos, ang software ay maaaring lumikha ng isang napakatumpak na pagpaparami.
Hindi tulad ng hardware scanner, ang prosesong ito ay walang mga limitasyon sa laki o resolution. Kung maaari kang kumuha ng larawan ng isang bagay, maaari mo itong i-scan:
- Ang salik na naglilimita saAng photogrammetry ay ang kalidad ng mga litrato at samakatuwid ay ang husay ng photographer.
- Ang mga larawan ay dapat na malinaw na nakikita at malinaw na nakatutok.
- Dapat ding ilagay ang mga ito sa paligid ng bagay upang ang bawat bahagi nito ay sakop.
Kung walang 3D scanner, makakagawa ka lang ng 3D na imahe ng malalaking bagay. Hindi ma-scan ang maliliit na item. Upang maunawaan ito nang mas detalyado, susuriin namin ang konsepto ng photogrammetry.
Ano ang photogrammetry at paano ito nakakaapekto sa pagpapakita ng mga bagay?
Ang Photogrammetry ay ang agham ng pagkuha ng mga sukat mula sa mga litrato, lalo na upang muling buuin ang eksaktong posisyon ng mga surface point. Maaari din itong gamitin para muling buuin ang mga motion path ng mga itinalagang anchor point sa anumang gumagalaw na bagay, mga bahagi nito, at malapit sa kapaligiran.
Sa madaling salita, binibigyan ka nito ng kakayahang gumawa ng 3D grid mula sa maraming larawan sa pamamagitan ng paghahambing ng mga pagkakatulad sa pagitan ng mga larawan at pag-triangulate sa mga ito sa 3D space.
Matagal nang umiral ang Photogrammetry, ngunit hanggang sa pumasok ang Autodesk sa Memento beta program nito, nagsimulang gumana ang mga bagay. Ang Memento ay pinalitan ng ReMake noong umalis ito sa beta phase. Parang magic, tama? Well, hindi ito magic, ito ay katotohanan. Ngayon kahit sino ay maaaring gumawa ng 3D scanning nang hindi gumagastos ng daan-daan sa isang scanner. Kahit na ang abot-kayang open source na 3D scanner ay nangangailangan ng kaunting kaalaman upang gumana ang mga ito nang maayos. MULA SAmakukuha ng sinuman ang gusto nila gamit ang photogrammetry.
Turntable - ang pangalawang yugto ng paggawa ng scanner
Ang kailangan mo lang para gumawa ng sarili mong 3D scanner ay ang iyong smartphone, kasama ang mga headphone at player. Narito kung paano ito gumagana: pinihit mo ang crank, at para sa bawat buong pag-ikot ng turntable, ang camera ng telepono ay nati-trigger ng volume ng headphone nang 50 beses.
Madali! Maglipat ng mga larawan sa iyong computer at pagkatapos ay gamitin ang Autodesk ReMake para gumawa ng mga kababalaghan. Ito ay kamangha-mangha, ngunit hindi lamang ito mahusay sa pag-mesh, nagbibigay din ito ng mga tool para sa pag-tweak ng mesh, pag-aayos ng mga butas, pag-align, paghahanda para sa 3D printing, o magsilbi bilang isang hugis ng system bilang isang 3D na mapagkukunan para sa mga laro o pag-render!
Well, dahil inalis na ng Apple ang headphone jack para sa iPhone 7 at mas mataas, isang na-update na bersyon ng paggawa ng scanner ang gagamitin. Ito ay batay sa prinsipyo ng pagtatrabaho sa isang trigger para sa isang Bluetooth camera. Papalitan nito ang pangangailangan para sa isang headphone jack.
- Ang mataas na kalidad na photogrammetric scanning ay nangangailangan ng mataas na kalidad na mga larawan ng paksa mula sa lahat ng anggulo.
- Ang pinakamadaling diskarte sa pag-scan ng maliliit na bagay ay ang pag-ikot ng bagay habang kumukuha ng larawan.
- Para gawin ito, gumagamit ang scanner ng stepper motor na kinokontrol ng Arduino board.
- Pinapaikot ng stepper ang bagay sa isang nakapirming halaga, at pagkatapos ay ang infrared na LED ay bumagsak sa nakakatakot na nakakalito na serye ng mga flash na ginagaya ang wireless remote control ng camera.
LCD display screen na may set ng mga buttonnagbibigay-daan sa gumagamit na kontrolin ang Arduino. Gamit ang mga pindutan, maaaring piliin ng user ang bilang ng mga shot na kukunin sa bawat rebolusyon. Ang isang mataas na kalidad na DIY 3D scanner ay maaaring gumana sa awtomatikong mode, kung saan kumukuha ito ng larawan, i-advance ang stepper motor at inuulit ito hanggang sa makumpleto nito ang isang kumpletong rebolusyon.
Mayroon ding manual mode kung saan ang bawat pagpindot sa button ay kumukuha ng larawan, ginagalaw ang jog dial at naghihintay. Ito ay kapaki-pakinabang para sa pag-scan ng mga detalye. Nakatuon ang 3D scanner sa frame na nag-frame ng larawan.
Karagdagang software
Kapag natukoy ng software ng photogrammetry ang isang feature sa isang larawan, sinusubukan nitong hanapin ang feature na iyon sa ibang mga larawan at itinatala ang lokasyon sa lahat ng mga larawang lumalabas.
- Kung ang bagay ay bahagi ng umiikot na bagay, makakakuha tayo ng magandang data.
- Kung ang nakitang feature ay nasa background at hindi gumagalaw habang ini-scan ang natitirang bahagi ng object, maaari nitong masira ang space-time continuum, kahit man lang sa iyong software.
Mayroong dalawang solusyon:
- Ang isa sa kanila ay inilipat ang camera sa paligid ng paksa upang panatilihing naka-sync ang background sa paggalaw. Maganda ito para sa malalaking bagay, ngunit mas mahirap i-automate ang proseso.
- Ang isang mas madaling solusyon ay iwanang hindi nagalaw ang background. Mas madaling gawin ito para sa maliliit na bagay. Idagdag diyan ang kananpag-iilaw at papunta ka sa mga walang tampok na background.
Ang isa pang tip ay ang labis na paglalantad ng iyong mga larawan sa isang hinto o dalawa. Binibigyang-daan ka nitong makakuha ng higit pang detalye sa anino ng paksa habang pinaghihiwalay ang background upang ang anumang natitirang mga bagay sa background ay mawala sa isang matingkad na puti.
- "Arduino". Mayroon itong mga pin na hindi natatakpan ng LCD screen, na nagpapadali sa pagkonekta.
- SainSmart 1602 LCD Shield na may display at ilang button para makontrol ang scanner.
- Stepper motor driver (Easy Driver).
Iikot ng NEMA 17 stepper motor ang na-scan na bagay. Sa isang malaking stepper motor (na may naaangkop na driver at power supply), ang mataas na kalidad na DIY 3D scanner na ito ay maaaring palakihin ang pag-scan. Ang 950 nm IR LED ay nagpapalitaw sa camera. Ang ilang mga sikat na modelo ng mga handheld 3D scanner ay batay sa prinsipyong ito. Maaari mong ulitin ang proseso ng pagtatayo gamit ang iyong sariling mga kamay. Nag-aalok kami ng ilang pagpipiliang mapagpipilian.
Spinscan ni Tony Buzer: ang batayan ng lahat ng scanner
Noong 2011, inilabas ng 3D printing genius na si Tony Buzer ang Spinscan. Ito ay isang open source na homemade 3D scanner batay sa isang laser at isang digital camera. Nang maglaon, gumamit ang MakerBot ng mga ideya mula sa Spinscan upang gawin ang closed source na Digitizer Scanner.
FabScan
Nagsimula ang FabScan bilang isang proyekto sa pagtatapos at mula noon ay pinagtibay ng isang maliit na komunidad na patuloy na nagsusumikap sa pagpapabuti ng mga feature nito. Gumagana ang FabScan tulad ng maraming iba pang laser scanner, ngunit tinutulungan ito ng built-in na housing na tumutulong sa pagpapantay ng mga antas ng liwanag, na pumipigil sa distortion kapag nag-scan.
VirtuCube
Ang isang alternatibong paraan para sa mga laser scanner ay ang structured light scanner. Gamit ang isang pico projector sa halip na isang laser, ang VirtuCube ay madaling malikha gamit ang ilang naka-print na bahagi at pangunahing electronics. Ang buong sistemang ito ay maaaring ilagay sa isang kahon ng karton upang maiwasan ang iba pang pinagmumulan ng liwanag na magdulot ng mga error sa pag-print.
Dalawang kapana-panabik na bagong open source laser scanner ang inilabas na: Ang BQ Cyclop at Murobo Atlas.
BQ - laser scanning system
Spanish consumer electronics company BQ inihayag ang Cyclop 3D scanner sa CES. Gumagamit ang Cyclop ng dalawang antas ng linya ng laser, isang karaniwang USB webcam, at pasadyang Arduino controller ng BQ. Nagsulat si BQ ng sarili niyang application sa pag-scan na tinatawag na Horus. Bagama't sinasabi ng mga ulat na hindi pa available ang Cyclop, sinabi ng BQ na ito ay magiging sa huling bahagi ng taong ito.
Ang "Atlas" ay isang binuong proyekto na nangangailangan ng mga pagpapahusay
Murobo's 3D scanner ay kasalukuyang naghahanap ng mga pondo sa Kickstarter. Tulad ng Spinscan, Digitizer at Cyclop, gumagamit ang Atlas ng mga laser line module at webcam para i-scan ang isang bagay sa isang umiikot na platform. Pinapalitan ng Atlas ang Arduino Raspberry Pi upang isama ang kontrol at pagkuha sa isang device. Tulad ng Cyclop, ipinangako ng tagalikha ng Atlas na magiging proyekto itoopen source. Sold out na ang $129 set, ngunit ang ilan ay nananatili sa $149 at $209.
Sa 2019, nilalayon ng kumpanya na maglunsad ng 3D scanner na nakabatay sa smartphone na hindi lang magpapakita ng background visibility, ngunit makakagawa din ng focus kapag kumukuha ng larawan. Sa Amerika, ang mga bagong bagay sa DIY ay kamangha-manghang. Kung hindi mo alam kung paano gumawa ng 3D scanner, gamitin ang hindi natapos na bersyon ng Atlas. May medyo malinaw na functionality, at kailangan lang ng mga developer na i-flash ang device at tiyaking gumagana ang mga function na iyon na gusto nilang makita bilang resulta.
CowTech Ciclop: bagong modelo ng multifunction machine
Ang presyo ay aabot sa $160 (depende sa kung magpi-print ka ng mga 3D na bahagi o hindi). Ang kumpanya ay nakabase sa USA. Ang resolution ng mga natapos na larawan ay umabot sa 0.5 mm. Pinakamataas na dami ng pag-scan: 200 × 200 × 205 mm. BQ ang naging batayan ng isang DIY 3D scanner kit para sa isang 3D printer. Gamit ang iyong sariling mga kamay, maaari mong baguhin ang bersyon ng modelo upang lumikha ng mga larawan sa four-dimensional na espasyo.
Nagamit ng CowTech Engineering ang mga pondong pinamunuan ng BQ para magbigay ng natatanging halaga sa na-update na modelo. Mga Bagong Pagkakataon:
- pagsusuri sa kapaligiran,
- pagkuha sa background,
- reverse style lens display.
Tapat sa open source na kilusan, naglunsad ang Cowtech ng isang Kickstarter campaign para makalikom ng pera para maglunsad ng production na bersyon ng orihinal, Ciclop CowTech. Ang koponan ay nagtakda ng isang matayog na layunin ng pagtaas ng $10,000 ngunit natugunan ng sorpresa atnatuwa nang makaipon ang komunidad ng $183,000. Ang CowTech Ciclop DIY 3D camera at phone scanner kit ay ipinanganak.
Kaya ano ang pagkakaiba ng bersyon ng CowTech at bersyon ng BQ DIY?
CowTech Ciclop ay gumagamit pa rin ng Horus 3D software dahil ito ay isang kamangha-manghang tindahan para sa 3D object scan. Ang mga pagkakaiba, gayunpaman, ay nasa isang bahagyang naiibang disenyo, na ginugol ng koponan ng ilang araw sa pagbuo upang ang mga bahagi ay maaaring 3D printed sa anumang FDM 3D printer.
Ang parehong mga blangko ay maaaring gamitin upang bumuo ng mga device gamit ang iyong sariling mga kamay. Ang mga 3D scanner at printer ng kumpanya ay may maliit lamang na build volume, kaya ang CowTech ay nagdisenyo ng mga bahagi na maaaring i-print sa anumang printer na may build volume na 115×110×65mm, na makikita sa halos lahat ng 3D printer.
Ciclop by CowTech:
- May mga adjustable laser holder dito.
- CowTech DIY ay gumagamit ng laser cut acrylic.
BQ Ciclop:
- Gumagamit ang mga modelo ng mga sinulid na pamalo.
- Walang laser cut acrylic.
No big deal, at ang mga scanner ay mukhang magkatulad pa rin, ngunit nilayon lang ng CowTech na pahusayin ang kasalukuyang disenyo, hindi baguhin ito. Nagbebenta ang CowTech ng isang scan-ready na Ciclop sa halagang $159 sa kanilang website. Sa kabuuan, isa itong mahusay na murang DIY 3D scanner, napakahusay para sa laser triangulation 3D scanning.
Mga rotary machine at table para sa paggawa ng mga scanner
- Mobile phonenilagyan ng teknolohiya ng DIY 3D scanner: photogrammetry - naroroon ang teknolohikal na tampok.
- Presyo: Libreng pagpi-print nang mag-isa (bagama't ang mga materyales ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang $30).
- Ang DIY 3D scanner na ito ay medyo madaling gawin. Tiniyak ni Dave Clark, isang tagagawa ng British, na ang mga modelo ay maaaring i-disassemble bago pa man magsimula ang mga benta. Ang mga ekstrang bahagi ay gagamitin sa paggawa ng iba pang mga scanner.
Ito ay dahil nakabatay ito sa photogrammetry, hindi laser triangulation, at tugma ito sa iyong smartphone! Maaari mong i-download ang 3D na napi-print na file upang i-sync ang mga device.
Gamit ang iyong sariling mga kamay, maaaring gumawa ng 3D scanner mula sa mga improvised na paraan. Kailangan mo lang magtiwala sa mga gumawa ng DIY 3D. Ang isang simpleng device ay agad na ginagawang isang 3D scanner ang iyong iPhone o Android sa pamamagitan ng pagkonekta nito sa player na ito. Pagkatapos, gamit ang mga headphone at camera ng telepono, kukuha ito ng mahigit 50 larawan ng bagay, na ma-scan habang umiikot ang turntable.
Kapag nakuha mo na ang mga larawang ito, maaari mong i-load ang mga ito sa isang program gaya ng Autodesk ReCap upang gawing buong 3D file ang mga larawan.
Sa pangkalahatan ito ay isang kamangha-manghang creative na proyekto at isang mahusay na DIY 3D scanner para sa mga taong may badyet.
Microsoft Kinect 3D scanner
Mas mababa pa ito sa $99 lang (ngunit hindi na ibinebenta, kahit na available pa rin ang Kinect V2 sa Xbox One). Ang slogan ng kumpanya ay: Gumawa ng sarili mong 3D scanner mula sa Kinect at sorpresahin ang iyong mga kaibigan.
Bagama't tumugon ang Microsoft sa pangangailangan sa pamamagitan ng paggawa ng sarili nitong 3D Scan app para sa Kinect scanner, mayroong ilang mga opsyon ng third-party na maaaring mas mainam. Kabilang dito ang:
- Skanect, gawa ng Occupital, na nagbebenta din ng texture sensor.
- ReconstructMe. Nagbibigay ito ng set ng mga tool na nagbibigay-daan sa iyong magsagawa ng 3D scanning sa halagang mas mababa sa $100.
Hindi kahanga-hanga ang mga resulta, ngunit para sa ganoong presyo medyo katanggap-tanggap ito. Ito ay ipinakita na mas mababa sa tradisyonal na protogrammetry sa kalidad, lalo na sa pinong detalye, tulad ng sa mga maliliit na modelo tulad ng mga ngipin ng pating. Gayunpaman, para sa mga baguhan na 3D scanner, ito ay isang kamangha-manghang entry-level na produkto, lalo na dahil maaaring mayroon ka na para sa Xbox 360.
Bago gumawa ng scanner
Maraming camera ang magagamit mo. Siyempre, upang malaman kung paano gumawa ng isang 3D scanner mula sa iyong telepono gamit ang iyong sariling mga kamay, kailangan mong kalkulahin kung ano ang kinakailangan para dito. Kung pinaplano mong gamitin ang Pi Scan upang kontrolin ang iyong mga camera, dapat mong gamitin ang Canon PowerShot ELPH 160. Ngunit kung gumagamit ka ng anumang iba pang setup, narito ang ilang pangkalahatang rekomendasyon sa camera:
- Ilang megapixel ang kailangan mo? Sukatin ang mga item na iyong i-scan. Layunin ang pinakamalaking average na laki (huwag piliin ang pinakamalaking outlier). Halimbawa, karamihan sa mga textbook ay 22.86×27.94 cm. Ngayon, i-multiply ang laki na ito sa PPI (pixels per centimeter) na balak mong makuha. 300-ito ay isang ligtas na minimum, bagaman hindi ka maaaring magkamali kung kukuha ka ng higit pa. Kaya, sa aming halimbawa - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Kailangan namin ng larawan na hindi bababa sa 2700 × 3300=8,910,000 pixels, o mga 9 megapixel.
- Anong kontrol ang kailangan mo? Kung nag-i-scan ka lang ng isang libro, o nag-i-scan ka lang ng isang item para sa nilalamang nagbibigay-kaalaman nito (kumpara sa sinusubukang makuha ang aktwal na hitsura), hindi mo kailangan ng napakagandang mga kuha. Kung magbabago ang mga setting ng ilaw o camera mula sa kuha patungo sa kuha, makakakuha ka pa rin ng magagandang resulta.
- Bilis ng shutter - white balance ISO aperture.
- Flash on/off. Anumang pasadyang pagpoproseso ng imahe (pagpatalas, pagpapahusay ng kulay, atbp.).
- Focus (pinakamainam ang kakayahang i-lock ang focus).
- Exposure compensation.
- Magnification - karamihan sa mga DSLR ay nagbibigay-daan para sa lahat ng ganitong uri ng kontrol; para sa mga compact camera, ang mga Canon Powershot camera lamang na sumusuporta sa CHDK. Nagbibigay-daan sa iyo ang mga ito na kontrolin ang lahat ng parameter na ito.
Marami ang nakadepende sa budget. Ang mga scanner ay ibinebenta sa parehong presyo ng mga camera. Kung gusto mong gawin ang lahat sa iyong sarili, kung gayon ang badyet ay limitado. Bigyang-pansin ang abot-kayang segment ng merkado ng optika at ekstrang bahagi.
- Ang unang hirap na naranasan sa paggawa ng 3D laser scanner ay ang paghahanap ng umiikot na platform. Kasabay nito, kailangan lamang itong kontrolin sa tulong ng MatLab. Sa halip na gumastos ng maraming pera o oras, maaari kang bumili28BYJ-48-5V stepper motor na may ULN2003 drive test module board.
- Susunod, idikit ang platform sa stepper motor shaft at ilagay ito sa uka sa loob ng lalagyan. Ang platform ay dapat na kapantay ng "marble", ngunit magkaroon ng kamalayan na kung mas mura ito, mas hindi magkatugma ang mga diameter na maaaring gawing hindi pantay ang mga bagay.
- Kung mayroon kang paraan para makakuha ng tumpak na pag-ikot na maaaring kontrolin sa Mat Lab, i-set up ang camera sa anumang distansya at taas, pati na rin ang linya ng laser sa kaliwa o kanan ng camera at sa turntable. Ang anggulo ng laser ay dapat na pinakamainam upang masakop ang karamihan sa turntable, ngunit walang kailangang maging eksakto, hahawakan namin ang pagkakaiba ng sukat ng modelo sa code.
- Ang pinakamahalagang bahagi para sa wastong operasyon ay ang pagkakalibrate ng camera. Gamit ang MatLab computer vision toolkit, makukuha mo ang eksaktong focal length at optical center ng camera na may katumpakan na 0.14 pixels.
Alamin na ang pagbabago ng resolution ng camera ay magbabago sa mga halaga ng proseso ng pag-calibrate. Ang mga pangunahing value na hinahanap namin ay ang focal length, sinusukat sa pixel units, at ang pixel coordinates ng optical center ng image plane.
Karamihan sa mga murang compact camera ay walang software interface. Maaari lamang silang patakbuhin nang manu-mano o mekanikal. Ngunit ang isang pangkat ng mga boluntaryo ay nakabuo ng software na nagbibigay-daan sa iyong malayuang kontrolin at i-configure ang mga Canon compact camera. Ang software na ito ay tinatawag naCHDK.
- Ang CHDK ay dina-download sa SD card, na pagkatapos ay ipinasok sa camera.
- Kapag nagsimula ang camera, awtomatikong magsisimula ang CHDK.
- Dahil ang CHDK ay hindi kailanman gumagawa ng mga permanenteng pagbabago sa camera, maaari mong alisin ang nakatalagang CHDK SD card anumang oras para sa normal na operasyon ng camera.
Ang CHDK ay isang mahalagang kinakailangan para sa mga software controller na nakalista sa ibaba. Ang mga controller ay tumatakbo sa isang PC o Raspberry Pi at nakikipag-ugnayan sa CHDK software na tumatakbo sa mga camera sa pamamagitan ng USB. Kapag gumagamit ng iba pang mga uri ng murang camera, ang tanging opsyon sa pagkontrol ay ilang uri ng mekanikal o manu-manong pagsisimula sa pamamagitan ng mga installer program tulad ng ipinapakita sa itaas.
