Jei norite sukurti savo 3D skaitytuvą, pirmas žingsnis – susirasti internetinę kamerą. Jei turite, viso projekto kaina kainuos 40-50 dolerių. Stalinio kompiuterio 3D nuskaitymas pastaraisiais metais padarė didelę pažangą, tačiau jis vis dar turi didelių apribojimų. Technikos techninė įranga yra sukurta remiantis tam tikru skenavimo tūriu ir skiriamąja geba. Gerų rezultatų galite pasiekti tik tada, jei objektas atitinka fotografavimo reikalavimus ir skiriamąją gebą.
Kaip veikia 3D fotografavimas
Fotogrammetrija naudoja įprastų 2D nuotraukų rinkinį, padarytą iš visų krypčių aplink objektą. Jei objekto tašką galima pamatyti bent trijuose vaizduose, jo vietą galima trikampiuoti ir išmatuoti trimis matmenimis. Nustatydama ir apskaičiuodama tūkstančių ar net milijonų taškų vietą, programinė įranga gali sukurti itin tikslią atkūrimą.
Skirtingai nei aparatinės įrangos skaitytuvas, šis procesas neturi dydžio ar skyros apribojimų. Jei galite nufotografuoti objektą, galite jį nuskaityti:
- Apribojantis veiksnysfotogrametrija yra nuotraukų kokybė, taigi ir fotografo įgūdžiai.
- Nuotraukos turi būti aiškiai matomos ir aiškiai sufokusuotos.
- Jos taip pat turėtų būti išdėstytos aplink objektą, kad kiekviena jų dalis būtų uždengta.
Be 3D skaitytuvo galite sukurti tik didelių objektų 3D vaizdą. Smulkių elementų negalima nuskaityti. Norėdami tai suprasti išsamiau, panagrinėsime fotogrametrijos sąvoką.
Kas yra fotogrametrija ir kaip ji veikia objektų atvaizdavimą?
Fotogrammetrija yra mokslas apie matavimus iš nuotraukų, ypač siekiant atkurti tikslią paviršiaus taškų padėtį. Jis taip pat gali būti naudojamas atkurti bet kurio judančio objekto, jo komponentų ir arti aplinkos esančius nurodytų tvirtinimo taškų judėjimo kelius.
Trumpai tariant, tai suteikia galimybę sukurti 3D tinklelį iš kelių nuotraukų, lyginant vaizdų panašumus ir trikampiuojant juos 3D erdvėje.
Fotogrammetrija egzistuoja jau kurį laiką, bet viskas pradėjo veikti tik tada, kai Autodesk įsijungė į savo beta versiją Memento. „Memento“buvo pervadintas į „ReMake“, kai išėjo iš beta versijos. Skamba kaip magija, tiesa? Na, tai ne magija, o realybė. Dabar kiekvienas gali atlikti 3D nuskaitymą, neišleisdamas šimtų skaitytuvui. Net ir prieinamiems atvirojo kodo 3D skaitytuvams reikia nemažai žinių, kad jie tinkamai veiktų. NUOkiekvienas gali gauti tai, ko nori, naudodamas fotogrammetriją.
Patefonas – antrasis skaitytuvo kūrimo etapas
Viskas, ko jums reikia norint sukurti savo 3D skaitytuvą, yra išmanusis telefonas, pridedamos ausinės ir grotuvas. Tai veikia taip: pasukate švaistiklį ir kiekvieną kartą visiškai pasukant patefoną, telefono kamera suveikia ausinių garsumu 50 kartų.
Lengvai! Perkelkite nuotraukas į kompiuterį ir naudokite „Autodesk ReMake“, kad padarytumėte stebuklus. Tai nuostabu, bet ne tik gerai sujungia tinklelį, bet ir suteikia įrankių tinkleliui koreguoti, taisyti skylutes, lygiuoti, paruošti 3D spausdinimui arba naudoti kaip sistemos formą kaip 3D išteklius žaidimams ar atvaizdams!
Na, atsižvelgiant į tai, kad „Apple“pašalino ausinių lizdą iš „iPhone 7“ir naujesnių versijų, bus naudojama atnaujinta skaitytuvo kūrimo versija. Jis pagrįstas „Bluetooth“kameros paleidiklio veikimo principu. Tai pakeis ausinių lizdo poreikį.
- Aukštos kokybės fotogrammetriniam nuskaitymui reikalingos aukštos kokybės objekto nuotraukos iš visų kampų.
- Lengviausias būdas nuskaityti smulkius dalykus – fotografuojant pasukti objektą.
- Norėdami tai padaryti, skaitytuvas naudoja žingsninį variklį, valdomą Arduino plokštės.
- Žingsnis pasuka objektą fiksuotu greičiu, o tada infraraudonųjų spindulių šviesos diodas užgęsta beprotiškai sudėtingomis blyksnių serijomis, kurios imituoja belaidį fotoaparato nuotolinio valdymo pultą.
LCD ekranas su mygtukų rinkiniuleidžia vartotojui valdyti Arduino. Naudodamas mygtukus, vartotojas gali pasirinkti kadrų skaičių, kurį reikia padaryti per vieną apsisukimą. Aukštos kokybės „pasidaryk pats“3D skaitytuvas gali veikti automatiniu režimu, kai nufotografuoja, judina žingsninį variklį ir kartoja tai, kol baigs visišką apsisukimą.
Taip pat yra rankinis režimas, kai kiekvienas mygtuko paspaudimas nufotografuoja, judina valdymo ratuką ir laukia. Tai naudinga nuskaitant detales. 3D skaitytuvas sutelkia dėmesį į kadrą, įrėminantį vaizdą.
Papildoma programinė įranga
Kai fotogrametrijos programinė įranga aptinka nuotraukoje esančią ypatybę, ji bando rasti tą ypatybę kituose vaizduose ir įrašo vietą visose rodomose nuotraukose.
- Jei objektas yra besisukančio objekto dalis, gauname gerus duomenis.
- Jei aptikta funkcija yra fone ir nejuda, kol nuskaitoma likusi objekto dalis, tai gali nutraukti erdvės ir laiko kontinuumą, bent jau jūsų programinės įrangos atžvilgiu.
Yra du sprendimai:
- Vienas iš jų judina fotoaparatą aplink objektą, kad fonas būtų sinchronizuotas su judėjimu. Tai tinka dideliems objektams, bet daug sunkiau automatizuoti procesą.
- Lengvesnis sprendimas – nepaliesti fono. Tai lengviau padaryti mažiems objektams. Pridėkite prie to teisęapšvietimas ir jūs pakeliui į neryškų foną.
Kitas patarimas – per daug eksponuokite vaizdus sustojus ar dviem. Tai leidžia užfiksuoti daugiau detalių objekto šešėlyje ir atskirti foną, kad visi likę fono objektai išnyktų į ryškiai b altą.
- „Arduino“. Jame yra kaiščių, kurių nedengia LCD ekranas, todėl jį lengva prijungti.
- SainSmart 1602 LCD ekranas su ekranu ir kai kuriais mygtukais skaitytuvui valdyti.
- Žingsninio variklio tvarkyklė (Easy Driver).
NEMA 17 žingsninis variklis suks nuskaitytą objektą. Turėdamas didelį žingsninį variklį (su atitinkama tvarkykle ir maitinimo š altiniu), šis aukštos kokybės „pasidaryk pats“3D skaitytuvas gali padidinti nuskaitymo mastelį. 950 nm IR šviesos diodas įjungia kamerą. Kai kurie populiarūs rankinių 3D skaitytuvų modeliai yra pagrįsti šiuo principu. Galite pakartoti statybos procesą savo rankomis. Siūlome keletą pasirinkimų.
Spinscan by Tony Buzer: visų skaitytuvų pagrindas
2011 m. 3D spausdinimo genijus Tony Buzer išleido „Spinscan“. Tai atvirojo kodo naminis 3D skaitytuvas, pagrįstas lazeriu ir skaitmenine kamera. Vėliau MakerBot panaudojo Spinscan idėjas, kad sukurtų uždarojo kodo skaitmeninimo skaitytuvą.
FabScan
FabScan prasidėjo kaip baigiamasis projektas ir nuo to laiko jį priėmė maža bendruomenė, kuri ir toliau tobulina savo funkcijas.„FabScan“veikia kaip ir daugelis kitų lazerinių skaitytuvų, tačiau jį palengvina įmontuotas korpusas, kuris padeda išlyginti šviesos lygį ir neleidžia nuskaityti iškraipymų.
VirtuCube
Alternatyvus lazerinių skaitytuvų metodas yra struktūrinis šviesos skaitytuvas. Naudojant piko projektorių, o ne lazerį, VirtuCube galima lengvai sukurti naudojant kelias spausdintas dalis ir pagrindinę elektroniką. Visą šią sistemą galima sudėti į kartoninę dėžutę, kad kiti šviesos š altiniai nesukeltų spausdinimo klaidų.
Du įdomūs nauji atvirojo kodo lazeriniai skaitytuvai jau buvo išleisti: BQ Cyclop ir Murobo Atlas.
BQ – lazerinio skenavimo sistema
Ispanijos plataus vartojimo elektronikos įmonė BQ CES parodoje paskelbė apie Cyclop 3D skaitytuvą. „Cyclop“naudoja du lazerio linijų lygius, standartinę USB kamerą ir BQ pasirinktinį „Arduino“valdiklį. BQ parašė savo nuskaitymo programą pavadinimu „Horus“. Nors ataskaitose teigiama, kad Cyclop dar nepasiekiamas, BQ teigia, kad tai bus vėliau šiais metais.
„Atlas“yra sukurtas projektas, kurį reikia patobulinti
Murobo 3D skaitytuvas šiuo metu ieško lėšų Kickstarter. Kaip ir „Spinscan“, „Digitizer“ir „Cyclop“, „Atlas“naudoja lazerio linijos modulius ir internetinę kamerą, kad nuskaitytų objektą besisukančioje platformoje. „Atlas“pakeičia „Arduino Raspberry Pi“, kad integruotų valdymą ir fiksavimą į įrenginį. Kaip ir Cyclop, Atlas kūrėjas žada, kad tai bus projektasatviro kodo. 129 USD vertės rinkiniai išparduoti, bet kai kurie išlieka 149 ir 209 USD.
2019 m. bendrovė siekia išleisti išmaniuoju telefonu pagrįstą 3D skaitytuvą, kuris ne tik parodys fono matomumą, bet ir fokusuos fiksuojant vaizdą. Amerikoje „pasidaryk pats“naujovės yra nuostabios. Jei nežinote, kaip sukurti 3D skaitytuvą, naudokite nebaigtą „Atlas“versiją. Yra gana aiškus funkcionalumas, o kūrėjams tereikia paleisti įrenginį ir užtikrinti tų funkcijų, kurias jie nori matyti, veikimą.
CowTech Ciclop: naujas daugiafunkcinės mašinos modelis
Kaina pakyla iki 160 USD (priklausomai nuo to, ar spausdinate 3D dalis, ar ne). Įmonė įsikūrusi JAV. Gatavų vaizdų skiriamoji geba siekia 0,5 mm. Maksimalus nuskaitymo tūris: 200 × 200 × 205 mm. BQ sudarė „pasidaryk pats“3D skaitytuvo rinkinio, skirto 3D spausdintuvui, pagrindą. Savo rankomis galite modifikuoti modelio versiją, kad sukurtumėte vaizdus keturmatėje erdvėje.
CowTech Engineering panaudojo BQ vadovaujamas lėšas, kad suteiktų unikalią vertę atnaujintam modeliui. Naujos galimybės:
- aplinkos apžvalga,
- fono fiksavimas,
- atvirkštinio stiliaus objektyvo ekranas.
Ištikima atvirojo kodo judėjimui, Cowtech pradėjo Kickstarter kampaniją, siekdama surinkti pinigų gamybinei originalaus Ciclop CowTech versijai pradėti. Komanda užsibrėžė aukštą tikslą surinkti 10 000 USD, tačiau buvo nustebinta irdžiaugėsi, kai bendruomenei pavyko surinkti 183 000 USD. CowTech Ciclop DIY 3D fotoaparato ir telefono skaitytuvo rinkinys gimė.
Taigi kuo skiriasi CowTech versija ir BQ DIY versija?
CowTech Ciclop vis dar naudoja Horus 3D programinę įrangą, nes tai puiki 3D objektų nuskaitymo parduotuvė. Tačiau skirtumai slypi šiek tiek kitokiame dizaine, kurį komanda praleido kelias dienas kurdama, kad dalis būtų galima spausdinti trimačiu formatu bet kuriame FDM 3D spausdintuve.
Tie patys ruošiniai gali būti naudojami kuriant įrenginius savo rankomis. Bendrovės 3D skaitytuvai ir spausdintuvai turi tik nedidelį tūrį, todėl CowTech sukūrė dalis, kurias galima spausdinti bet kokiu 115 × 110 × 65 mm dydžio spausdintuvu, kuris yra beveik visuose 3D spausdintuvuose.
Ciclop by CowTech:
- Čia yra reguliuojami lazeriniai laikikliai.
- CowTech DIY naudoja lazeriu pjaustytą akrilą.
BQ Ciclop:
- Modeliuose naudojami srieginiai strypai.
- Nėra lazeriu pjaustyto akrilo.
Ne bėda, skaitytuvai vis tiek atrodo gana panašiai, tačiau „CowTech“ketino tik patobulinti esamą dizainą, o ne jį reformuoti. „CowTech“savo svetainėje parduoda nuskaitymui paruoštą „Ciclop“už 159 USD. Apskritai tai puikus pigus „pasidaryk pats“3D skaitytuvas, labai efektyvus lazeriniam trianguliacijos 3D skenavimui.
Rotacinės mašinos ir stalai skaitytuvams kurti
- Mobilusis telefonasįrengta „pasidaryk pats“3D skaitytuvo technologija: fotogrametrija – yra technologinė funkcija.
- Kaina: Nemokamas spausdinimas patiems (nors medžiagos kainuos apie 30 USD).
- Šį „pasidaryk pats“3D skaitytuvą bus gana lengva sukurti. Britų gamintojas Dave'as Clarkas pasirūpino, kad modelius būtų galima išardyti dar prieš prasidedant prekybai. Atsarginės dalys bus naudojamos kitiems skaitytuvams gaminti.
Taip yra todėl, kad jis pagrįstas fotogrametrija, o ne lazerine trianguliacija, ir yra suderinamas su jūsų išmaniuoju telefonu! Norėdami sinchronizuoti įrenginius, galite atsisiųsti 3D spausdinamąjį failą.
Savo rankomis 3D skaitytuvą galima pagaminti iš improvizuotų priemonių. Jums tereikia pasitikėti „pasidaryk pats“3D kūrėjais. Paprastas įrenginys akimirksniu paverčia jūsų iPhone arba Android 3D skaitytuvu, prijungus jį prie šio grotuvo. Tada, naudojant ausines ir telefono kamerą, nufotografuojama daugiau nei 50 objekto nuotraukų, kurios bus nuskaitytos besisukant patefonui.
Padarę šiuos vaizdus, galite įkelti juos į programą, pvz., Autodesk ReCap, kad nuotraukas paverstumėte visu 3D failu.
Apskritai tai fantastiškas kūrybinis projektas ir puikus „pasidaryk pats“3D skaitytuvas, skirtas žmonėms, turintiems biudžetą.
Microsoft Kinect 3D skaitytuvas
Jis dar mažesnė – tik 99 USD (bet nebeparduodama, nors „Kinect V2“vis dar galima įsigyti „Xbox One“). Bendrovės šūkis yra toks: „Sukurkite savo 3D skaitytuvą iš Kinect ir nustebinkite savo draugus.
Nors Microsoft atsakė į paklausą sukurdama savo 3D nuskaitymo programą, skirtą Kinect skaitytuvui, yra keletas trečiųjų šalių parinkčių, kurios gali būti pageidautinos. Tai apima:
- Skanect, pagaminta Occupital, kuri taip pat parduoda tekstūros jutiklį.
- ReconstructMe. Jame pateikiamas įrankių rinkinys, leidžiantis atlikti 3D nuskaitymą už mažiau nei 100 USD.
Rezultatai nėra fantastiški, bet už tokią kainą visai priimtina. Įrodyta, kad ji yra prastesnė už tradicinę protogrammetriją savo kokybe, ypač smulkiomis detalėmis, pavyzdžiui, mažuose modeliuose, tokiuose kaip ryklio dantys. Vis dėlto pradedantiesiems 3D skaitytuvams tai yra puikus pradinio lygio produktas, ypač todėl, kad galbūt jau turite tokį, skirtą „Xbox 360“.
Prieš kuriant skaitytuvą
Yra daug kamerų, kurias galite naudoti. Žinoma, norėdami žinoti, kaip savo rankomis pasidaryti 3D skaitytuvą iš savo telefono, turite apskaičiuoti, ko tam reikia. Jei planuojate naudoti „Pi Scan“fotoaparatams valdyti, turėtumėte naudoti „Canon PowerShot ELPH 160“. Bet jei naudojate kitą sąranką, pateikiame keletą bendrų fotoaparato rekomendacijų:
- Kiek megapikselių jums reikia? Išmatuokite elementus, kuriuos ketinate nuskaityti. Siekite didžiausio vidutinio dydžio (nesirinkite didžiausių nuokrypių). Pavyzdžiui, dauguma vadovėlių yra 22,86 × 27,94 cm Dabar šį dydį padauginkite iš PPI (pikselių centimetre), kurį ketinate užfiksuoti. 300-tai yra saugus minimumas, nors jūs negalite suklysti, jei paimsite daugiau. Taigi, mūsų pavyzdyje – 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Mums reikia bent 2700 × 3300=8 910 000 pikselių arba maždaug 9 megapikselių vaizdo.
- Kokios kontrolės jums reikia? Jei tik nuskaitote vieną knygą arba tik nuskaitote elementą dėl informacinio turinio (priešingai nei bandote užfiksuoti tikrąją išvaizdą), jums nereikia labai gerų kadrų. Jei apšvietimas ar fotoaparato nustatymai keičiasi nuo vieno kadro, vis tiek gausite gerų rezultatų.
- Užrakto greitis – b altos spalvos balanso ISO diafragma.
- Blykstė įjungta / išjungta. Bet koks pasirinktinis vaizdo apdorojimas (ryškinimas, spalvų patobulinimas ir kt.).
- Focus (idealiu atveju galimybė užfiksuoti fokusavimą).
- Ekspozicijos kompensavimas.
- Didinimas – daugumoje DSLR fotoaparatų galima valdyti visą šį valdymą; kompaktiniams fotoaparatams – tik „Canon Powershot“fotoaparatams, kurie palaiko CHDK. Jie leidžia valdyti visus šiuos parametrus.
Daug kas priklauso nuo biudžeto. Skaitytuvai parduodami ta pačia kaina kaip ir fotoaparatai. Jei norite viską padaryti patys, tada biudžetas yra ribotas. Atkreipkite dėmesį į prieinamą optikos ir atsarginių dalių rinkos segmentą.
- Pirmasis sunkumas, su kuriuo susiduriama kuriant 3D lazerinį skaitytuvą, yra besisukančios platformos radimas. Tuo pačiu metu jį reikia valdyti tik „MatLab“pagalba. Užuot išleidę daug pinigų ar laiko, galite nusipirkti28BYJ-48-5V žingsninis variklis su ULN2003 pavaros tikrinimo modulio plokšte.
- Toliau priklijuokite platformą prie žingsninio variklio veleno ir įdėkite į griovelį laikiklio viduje. Platforma turi būti lygiagrečiai su „marmuru“, tačiau atminkite, kad kuo ji pigesnė, tuo nenuoseklesni skersmenys, dėl kurių viskas gali būti nesulyginta.
- Jei turite metodą, kaip pasiekti tikslų sukimąsi, kurį galima valdyti Mat Lab, nustatykite kamerą bet kokiu atstumu ir aukštyje, taip pat lazerio liniją į kairę arba dešinę nuo kameros ir patefono. Lazerio kampas turėtų būti optimalus, kad apimtų didžiąją dalį patefono, bet nieko nereikia tiksliai, modelio mastelio skirtumą įvertinsime kodu.
- Svarbiausia tinkamo veikimo dalis yra fotoaparato kalibravimas. Naudodami MatLab kompiuterinio matymo įrankių rinkinį galite gauti tikslų fotoaparato židinio nuotolį ir optinį centrą 0,14 pikselio tikslumu.
Atminkite, kad pakeitus fotoaparato skiriamąją gebą, pasikeis kalibravimo proceso reikšmės. Pagrindinės reikšmės, kurių ieškome, yra židinio nuotolis, matuojamas pikselių vienetais, ir vaizdo plokštumos optinio centro pikselių koordinatės.
Dauguma pigių kompaktinių fotoaparatų neturi programinės įrangos sąsajos. Jie gali būti valdomi tik rankiniu arba mechaniniu būdu. Tačiau savanorių komanda sukūrė programinę įrangą, kuri leidžia nuotoliniu būdu valdyti ir konfigūruoti „Canon“kompaktinius fotoaparatus. Ši programinė įranga vadinamaCHDK.
- CHDK atsisiunčiama į SD kortelę, kuri įdedama į fotoaparatą.
- Kai kamera paleidžiama, CHDK paleidžiama automatiškai.
- Kadangi CHDK niekada neatlieka nuolatinių fotoaparato pakeitimų, visada galite išimti specialią CHDK SD kortelę, kad fotoaparatas veiktų įprastai.
CHDK yra būtina toliau išvardytų programinės įrangos valdiklių sąlyga. Valdikliai veikia asmeniniame kompiuteryje arba Raspberry Pi ir palaiko ryšį su CHDK programine įranga, veikiančia kamerose per USB. Naudojant kitų tipų pigius fotoaparatus, vienintelė valdymo parinktis yra mechaninis arba rankinis paleidimas naudojant diegimo programas, kaip parodyta aukščiau.
