3D-сканер из смартфона и велосипедного колеса

Как сделать 3D-скан любого объекта обычной камерой — часть 1

3D-сканер из смартфона и велосипедного колеса

Перевел SaorY для mozgochiny.ru

Всем мозгочинам, большой привет! Если в течение последних нескольких лет вы не жили где-нибудь в глуши, то наверняка слышали о такой отличнейшей вещи, как 3D-печать. С помощью неё мы может распечатать почти что угодно, если конечно имеется соответствующая 3D-модель. А сегодня мы узнаем о том, как получать такие модели с помощью обычного фотоаппарата!

Итак, для получения 3D-моделей нужных объектов есть много мозгоспособов, но лучшим конечно является 3D-сканирование, которое в сочетание с хорошим принтером позволяет воспроизвести любой объект, начиная от целого дома и заканчивая обычной сережки. К тому же полученный скан можно использовать как основу ваших будущих самоделок. Вы только задумайтесь о том, что можно сделать с обычной цифровой фотографией, а сейчас она еще поможет создать реальные трехмерные объекты!

Еще одним приятным моментом 3D-сканирования является то, что у вас наверняка уже есть для это нужное оборудование, и возможно оно лежит у вас где-то в кармане, или вы смотрите на него (думаю, я пишу эти строки, а вы уже догадались что это :)).

Да, это оборудование, позволяющие запечатлеть окружающий мир в 3D, простой фотоаппарат. И он, в купе с небольшим количеством мозготехники и недорогого, или даже свободного софта, превращается в самый универсальный 3D-принтер в целом мире.

Знакомьтесь с этой мозгостатьей и вы узнаете, как именно это осуществить!

Шаг 1: Как же это работает?

Суть проста — необходимо получить достаточно много фотографий нужного вам объекта, при этом
каждая деталь этого объекта должна быть как минимум на 3-х фото.

Далее они загружаются в специальную программу, которая распознает отдельные места объекта, и используя тригонометрию и «темную магию», выдает их положение в трех плоскостях.

Распознав достаточное количество таких мест (иногда до нескольких миллионов) программа может создать цифровую модель самого мозгообъекта, которой можно, например, удивить своих друзей, или встроить ее в видеоигру, или послать на 3D-печать.

Для получения подходящих фотографий нужно немного попрактиковаться, конечно профессиональным фотографом становиться не требуется, но если ваш опыт в этом деле не выходит за рамки селфи, то потренироваться стоит.

Со специализированным софтом работать не сложно, большинство бесплатных пакетов не предусматривают большого количество опций, поэтому просты в использовании. Более профессиональные версии требуют времени для работы с ними и материальных затрат на их покупку, но в итоге они приятно вас удивят.

Шаг 2: Подойдет ли моя камера?

Да. И это я заявляю точно. Естественно, что какие-то камеры будут проявлять себя лучше других.

«Идеальная» камера будет выдавать кристально чистые, четкие, великолепно проэкспонированные, неискаженные фотографии высокого разрешения при любых условиях. Таких камер, к большому сожалению, нет, но это пока.

В данном мозгоруководстве использовались несколько типов камер, и представленные сканы сделаны из фотографий снятых каждой камерой.

Теоретически подойдет и старый Nikon FM2, но для получения более-менее приемлемой модели нужно отснять им около 5 рулонов пленки, поэтому проверять это на деле я не буду

Источник: http://mozgochiny.ru/photo-and-video/kak-sdelat-3d-skan-lyubogo-obekta-tolko-lish-kameroy-chast-1/

Как превратить фотоаппарат или смартфон в 3D-сканер

3D-сканер из смартфона и велосипедного колеса

Вместе с 3D-принтерами и сканерами появляется все больше программ и приложений, позволяющих создавать трехмерные модели для послойной печати.

Конечно, 3D-сканер будет идеальным решением, но профессиональное оборудование – дорогое удовольствие.

Что же делать, если необходимая техника отсутствует, а получить объемную модель необходимо здесь и сейчас? Ответ – подтянуть знания по основам фотосъемки и взять в руки фотоаппарат или смартфон.

Растущий спрос на послойную печать за последние несколько лет привел к разработке простых и дешевых методов сканирования с помощью подручных средств. Идея оказалась проста: для построения 3D-моделей достаточно нащелкать несколько десятков фото объекта, обработать их с помощью специализированных программ и получить готовую к послойной печати модель.

Обычный фотоаппарат

Для съемки можно использовать цифровые зеркальные камеры. Они позволяют сделать качественные универсальные фото. Причем для сканирования не потребуется покупка профессиональных моделей аппаратов. Так, с задачей справится и Nikon D5000 с разрешением матрицы 12,3 Мп.

Более новые модели предложат и более качественные фото с высоким разрешением, но тогда придется пожертвовать временем обработки снимка.

Кроме того, большинство цифровых камер имеют опцию сохранения изображений в формате RAW без сжатия, такой режим понадобится для более детального сканирования выбранного объекта.

В принципе для сканирования модели подойдут даже «мыльницы» и камеры смартфонов. Многие из них дают возможность съемки в ручном режиме, так что, если человек разбирается в азах съемки, можно использовать и менее продвинутые устройства.

Условия съемки

Что же можно легко сканировать? Такой объект должен быть устойчивым, не слишком блестящим, не очень большим (вокруг него придется ходить и снимать фото со всех возможных ракурсов), не слишком маленьким, не содержащим слишком много мельчайших деталей.

Объект лучше всего поместить на возвышение, это может быть стул или коробка. Так будет удобнее делать снимки. Главное здесь – добиться хорошего освещения. Если фотосессия проводится на улице, лучше дождаться пасмурного дня. Если съемка осуществляется внутри помещения, необходимо задействовать как можно больше источников света. Сам свет должен быть рассеянным.

Для этого лампы нужно направить на потолок, специальные экраны или зонтики. В идеале следует добиться наибольшей освещенности при минимальном количестве тени. Встроенная вспышка в данном случае не особо поможет. При ее использовании на фото будут появляться тени. Выходом может послужить применение внешних вспышек, опять же при условии, что они создают ровный рассеянный свет.

Для сканирования придется сделать несколько десятков фото, обойдя объект по кругу

Базовые знания

Перед началом съемки необходимо ознакомиться с азами настройки камеры. В настоящее время в Интернете полно сайтов, где желающие могут самостоятельно подтянуть знания по основам работы фотографа. По большому счету, разобраться нужно с несколькими параметрами.

Светочувствительность (ISO), как следует из названия, определяет, насколько чувствительна камера к свету.

Чем выше уровень светочувствительности, тем заметнее будут шумы (дефекты изображения); верна и обратная пропорциональность: чем ниже ISO, тем менее выражены шумы на фотографии.

По словам специалистов, самые качественные изображения получаются тогда, когда съемка происходит на низких значениях ISO: 50, 100, 200. Верхний предел – ISO:400.

Следующий параметр – приоритет диафрагмы. Он представляет режим автоматического управления экспозицией фотоаппарата или видеокамеры, при котором автоматика бесступенчато выбирает выдержку затвора (время считывания кадра матрицей), в зависимости от установленной вручную диафрагмы. Для наиболее детального снимка выбор делается в сторону значения f11.

Наконец, последний основной параметр – скорость затвора или время, в течение которого затвор остается открытым и свет попадает на сенсор камеры. Если время выдержки невелико, можно «заморозить» движение.

Длинная выдержка позволяет получить «размазанное» движение (motion blur). Его часто применяют в рекламной фотографии автомобилей и мотоциклов, когда нужно передать ощущение скорости или движения автомобиля.

При выдержке более 1/60 камера чувствительна к сотрясению, и снимки могут получиться смазанными. Чтобы этого не произошло, при съемке с длинной выдержкой используется штатив.

Часто на камере в качестве значения выдержки бывает указан только знаменатель. Например, 125 означает скорость затвора 1/125 с. В значении выдержки знаменатель дроби должен, по меньшей мере, равняться фокусному расстоянию или быть больше него. Например, объективом 50 мм можно снимать с рук при выдержке не более 1/50 с, объективом 200 мм – не более 1/200 с.

Программа может исправить огрехи съемки

Методика

Теперь, когда основные параметры выставлены, можно приступать непосредственно к съемке. Следует запомнить место, где делается первая фотография, можно даже его отметить. Здесь же будет и закончена фотосессия.

Необходимо постараться, чтобы объект полностью заполнял кадр. В принципе, попавшие на снимок объекты на заднем плане не испортят процесса.

Впоследствии они даже могут помочь программному обеспечению определить положение камеры.

Главное – качество 3D-модели будет напрямую зависеть от качества полученных снимков. Если на фото будет слишком много объектов на заднем плане, они попадут и в компьютерную модель.

Итак, съемку следует вести с разных ракурсов, перемещаясь вокруг объекта. Торопиться не следует, лучше сделать больше фото, чем потом столкнуться с их нехваткой и начинать процесс сначала. В зависимости от сложности объекта может потребоваться 40–100 снимков.

Программы для обработки

Далее получившиеся фото обрабатываются с помощью специального программного обеспечения. Оно бывает как платным, так и бесплатным в зависимости от функционала. К примеру, можно воспользоваться программой ReMake от компании Autodesk.

Данное ПО позволяет конвертировать набор снимков в 3D-меши (полигональную сетку) высокого разрешения. Ячейки сетки можно редактировать, чинить, измерять, и оптимизировать.

Так что, если при создании трехмерной модели на основе фото в ней появились огрехи, программа поможет устранить их до начала печати.

ReMake использует облачные вычисления, поэтому мощный компьютер для обработки фото конечному пользователю не потребуется. Единственное, нужно создать аккаунт на сайте Autodesk. Выполнив данный шаг, пользователь получит 5 Гб свободного места на 360.autodesk.com. ReMake использует этот ресурс для создания модели на основе снимков.

Убрать лишнее

Как показывает практика, при съемке в кадр попадают сторонние предметы, не относящиеся к нужному объекту. Программа позволяет избавиться от них до печати.

Чаще всего получившаяся 3D-модель включает основу, на которой находился предмет при съемке. Чтобы очистить модель, нужно, запустив ReMake, выбрать инструмент lasso.

Затем, удерживая левую кнопку мыши, выделяется ненужная область и нажимается delete на клавиатуре.

Иногда полностью убрать ненужные детали не получается. Инструмент lasso захватывает области на самом объекте.

Во избежание этого с помощью правой клавиши мыши выбирается режим isolate selection (изоляция) и отмечается область, которую следует удалить с помощью инструмента lasso.

Затем необходимо выйти из режима isolate selection, кликнув на соответствующую иконку. Модель почти готова для печати.

Программное обеспечение позволяет автоматически проверить модель на ошибки. Для этого нужно кликнуть по иконке 3D Print. Затем появится окно с предложением проанализировать объект на предмет ошибок. Пользователю остается только выбрать ответ Yes. Обработка данных займет от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от размера и сложности объекта.

Лист белой бумаги при съемке помог отсечь фон Избежать огрехов из-за спешки не удалось Сканирование с помощью телефона

В случае обнаружения ошибок на экране появится соответствующее окно, содержащее сообщение Unable to 3D print. Use analysis tools to fix the model (3D-печать невозможна. Используйте инструменты анализа для отладки). Далее нужно нажать кнопку Fix.

Появляется окно анализа, где выводятся данные о количестве «битых» ячеек. Также показывается их расположение на модели.

Далее можно нажать кнопку Fix и отладить проблемные области одну за другой или же нажать кнопку Fix all holes, тогда программа преобразует все неправильные ячейки сразу.

Различные инструменты программы позволяют вручную сгладить поверхность, удалить или добавить элементы. Для тех, у кого есть навык работы со снимками в Photoshop, редактирование модели в ReMake не должно вызвать трудностей.

Сканирование смартфоном

У приложения Scann3D простой и понятный интерфей

Создавать 3D-модели могут и приложения смартфонов, в частности Scann3D. Доступно оно для всех желающих в Google Play.

Как и в случае с фотоаппаратом, пользователю предлагается сделать несколько десятков снимков с помощью смартфона, обойдя вокруг объекта, который нужно запечатлеть. В обучающем ролике фотографируется ствол дерева на улице.

Программа обрабатывает изображения и выдает модель.

В качестве плюсов программы – интуитивно понятная работа приложения. Открыв его, пользователь видит три опции: создать новую модель, посмотреть существующие и продолжить. После того как был выбран вариант создать новую модель, запускается камера.

Далее следует нащелкать снимков, неторопливо обойдя объект по кругу. Затем пользователь может просмотреть получившиеся фотографии и удалить ненужные или смазанные.

Тапнув на галочку, владелец смартфона запускает процесс обработки снимков, по окончании которого и создается модель.

Трудности

На практике использование Scann3D сразу вызвало трудности. Первая попытка отсканировать сувенирного слона окончилась неудачей – модель вышла расплывчатой и напоминала слона отдаленно. Последующие сессии оказались чуть более удачными. Наконец, заменив объект съемки и приложив больше терпения, получить более-менее сносную модель все-таки удалось.

Для этого потребовался помощник, который стоял напротив камеры смартфона с листком белой бумаги. Это позволило отсечь фон. Всего было сделано 59 фотографий. Как выяснилось позже, нужно было еще штук пять для большей детализации морды фотографируемого игрушечного зверька.

На обработку изображений у не самого слабого смартфона (Samsung S6) ушло около 20 мин, иногда даже казалось, что аппарат завис. Тем не менее в конце концов модель была готова.

Далее ее предлагалось экспортировать в различные форматы (obj, pcd, ply и stl) и распечатать на принтере.

В общем, приложение оказалось неплохой альтернативой дорогим сканерам при условии, что большой точности конечного продукта не требуется.

Источник: http://www.abs-magazine.ru/article/kak-prevratit-fotoapparat-ili-smartfon-v-3d-skaner

3D-сканер для промышленных и коммерческих целей

3D-сканер из смартфона и велосипедного колеса

В промышленных и коммерческих приложениях — для исследования строительных конструкций и проведения точных пространственных замеров, для цифровой фиксации места преступления и каталогизации произведений искусства или ископаемых — трехмерное сканирование используется уже много лет. Тем временем все большую и большую популярность стала завоевывать 3D-печать, особенно среди умельцев и энтузиастов, и люди захотели считывать реальные объекты и преобразовывать их в печатаемые трехмерные модели.

Рынок, разумеется, отреагировал, и сегодня 3D-сканеров низкой и очень низкой ценовой категории предлагается как никогда много.

Цены на 3D-сканеры колеблются от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов, что должно подойти практически для любого бюджета.

Решение о том, какой именно 3D-сканнер приобрести, полностью зависит от того, для чего конкретно он будет использоваться и насколько детально вы собираетесь сканировать объекты.

Варианты программных решений

В зависимости от того, что вы собираетесь сканировать, может оказаться, что приобретать 3D-сканер вам и не требуется.

Вполне возможно, что у вас уже есть тот единственный нужный вам инструмент для создания трехмерных моделей, и этот инструмент лежит у вас в кармане.

Есть несколько программ, которые берут обычные снимки, сделанные даже на смартфон, после чего экстраполируют имеющиеся данные, создавая вполне себе трехмерный образ.

Этот процесс называется 3D-фотограмметрией и начинается он с того, что под разными углами делается несколько снимков одного и того же объекта. Чем больше изображений задействуется, тем резче и подробнее окажется финальная 3D-модель.

Процесс этот может работать и всего на трех изображениях, но для очень детализированных объектов их может потребоваться десятки.

Это не только менее затратный вариант, он еще и лучший для сканирования 3D-объектов в общественных местах или в полевых условиях, когда вам не хочется нести на себе дополнительное оборудование для 3D-сканирования.

Autodesk 123D Catch

Цена: Бесплатно (или $9,99 в месяц за 123D Premium)
Технология: 3D-фотограмметрия

Поскольку 123D Catch — это часть облачной экосистемы Autodesk 123D, Catch замечательно подходит для работы на смартфоне или планшете. Это делает ее идеальным вариантом для цифрового захвата объектов в общественных местах, которые невозможно отсканировать в студии — музейные экспонаты, большие структуры и природные образования.

Разрешение: N/A
Плюсы: Не нужен 3D-сканер, можно захватывать объекты любых размеров, большинство опций программы бесплатны, простота в использовании
Минусы: Ограниченный функционал, качество зависит от освещения и количества исходных изображений; чтобы осуществить цифровой захват объекта, может понадобиться несколько минут, не очень хорошо работает на людях и животных

Agisoft PhotoScan

Технология: 3D-фотограмметрия

Agisoft PhotoScan –  это отдельный программный пакет, который создан специально для построения высококачественных 3D-моделей из двумерных фотографий. Изначально он был ориентирован на музеи и библиотеки, чтобы работать на благо архивирования коллекций артефактов и произведений искусства, поэтому он способен выдавать исключительно детализированные 3D-модели.

Разрешение: N/A
Плюсы: Может создавать 3D-модели высокого разрешения, разовая лицензия бесплатна, программа проста в обращении, имеет много настроек
Минусы: Программу требуется устанавливать на компьютер, нужна камера высокого разрешения

Варианты «Сделай Сам»

Если потратить на 3D-сканер несколько сотен долларов вам просто не по карману, есть и менее затратные варианты по принципу «сделай сам».

Xbox Kinect с ReconstructMe

Цена: Kinect (по-разному), ReconstructME (бесплатно)
Технология: RGB-камера, сенсор глубины (удаленности)

Это практически «сделай сам», поскольку в итоге речь идет о сборке недорогого 3D-сканера.

Слава Microsoft, что она выпустила периферию с реально мощным сенсором глубины и RGB-камерой и оставила это дело вполне открытым для использования в сторонних приложениях! В данном случае комбинация Xbox Kinect и бесплатной программы вроде ReconstructMe — это все, что вам требуется для 3D-сканирования людей и предметов.

Разрешение: Когда как
Плюсы: Дешево, гибко, программа бесплатна
Минусы: Только для Windows, ограниченное разрешение, нестабильное качество

BQ Ciclop

Технология: Лазерная триангуляция

Ciclop — это настольный лазерный 3D-сканер с открытым кодом. В сканере используются напечатанные компоненты, так что сделать его можно быстро и дешево.

Этот сканер можно приобрести как собранным, так и в виде набора деталей, а список деталей и бесплатные STL-файлы доступны онлайн.

Поскольку лазер 3D-сканера — техника очень тонкая, самостоятельная сборка может оказаться делом непростым, а ее результаты могут оказаться разными, в зависимости от ваших умений.

Разрешение: 0,5 мм
Плюсы: Открытый код, можно приобрести набор для сборки, легко модифицировать и улучшать
Минусы: Качество зависит от пользователя, нет службы по работе с клиентами и техподдержки, напечатанные 3D-детали могут оказаться не такими прочными, как изготовленные традиционным способом

Недорогие ручные 3D-сканеры

Ручной 3D-сканер, по сравнению с поворотным, позволяет осуществлять захват объекта в значительно более широком диапазоне. Такого типа устройства обычно используются для сканирования людей и крупных объектов, и даже недорогие модели позволяют получить удивительно детализованный результат.

Как правило, на сканирование объекта размером с человека уходит от трех до пяти минут, при этом, чем больше информации вы захватите, тем более высокого качества получится конечный 3D-скан.

Подобные недорогие варианты — это, наверное, не идеальный вариант для коммерческих задач, но для малого бизнеса и частных лиц это возможность быстро снять 3D-данные, включая цвета, узоры и даже текстуру.

XYZprinting 3D Scanner

Технология: Структурированное освещение

3D-сканер от XYZprinting — одно из первых появившихся в продаже устройств, в котором работает новый алгоритм по захвату изображений Intel RealSense. Это также самый дешевый ручной пространственный сканер на рынке, который подходит для широкого круга задач.

Разрешение: 1,5 мм
Плюсы: Небольшая цена, технология Intel RealSense, малые размеры, портативность
Минусы: Совместим только с Windows, низкое разрешение

Cubify Sense

Технология: Структурированное освещение

Несмотря на то, что технически экосистемы Cubify больше нет, в компании 3D Systems продолжают предлагать свои 3D-сканеры. Этот ручной 3D-сканер прост в использовании, позволяет быстро преобразовывать сканы в пригодные для 3D-печати файлы и имеет поддержку от 3D Systems.

Разрешение: 0,9 мм
Плюсы: Небольшая цена, техподдержка, проверенная технология
Минусы: Часть неработающей экосистемы Cubify, среднее качество сканирования, только под Windows

iSense 3D Scanner

Технология: Структурированное освещение

Этот 3D-сканер от 3D Systems подразумевает подключение к iPad и наличие мощного процессора для получения 3D-сканов довольно неплохого качества. Отличный вариант, если требуется максимальная портативность, поскольку все, что еще нужно, — это iPad.

Разрешение: 0,9 мм
Плюсы: Небольшая цена, портативность, питание от аккумулятора, работа с iPad
Минусы: Часть неработающей экосистемы Cubify, среднее качество сканирования, требуется iPad

Structure Sensor

Технология: Структурированное освещение

Structure Sensor был одним из первых недорогих 3D-сканеров на рынке, это удачно стартовавший с Kickstarter проект. Такая же технология применена в 3D-сканере iSense компании 3D Systems, так что эти два устройства почти аналогичны. Structure Sensor полностью портативен и требуется ему только iPad.

Разрешение: 0,9 мм
Плюсы: Небольшая цена, портативность, питание от аккумулятора, работа с iPad
Минусы: Среднее качество сканирования, требуется iPad

Настольные 3D-сканеры

В большинстве настольных поворотных 3D-сканеров для высококачественного захвата деталей мелких объектов применяется лазерная триангуляция.

Такие 3D-сканеры обычно не считывают цвета и узоры, зато они достаточно точны для разного рода текстур и подробностей.

Есть, впрочем, несколько моделей, которые полностью считывают данные по цветам и узорам, используя или технологию структурированного освещения, или программные реализации обратного преобразования лазерного отражения в цвет.

Zmorph 2.0

Технология: Лазерная триангуляция

3D-сканер Zmorph 2.0 — один из наиболее популярных на рынке настольных 3D-сканеров, для него также есть отличное программное обеспечение. Аппарат умеет не только захватывать тонкие детали и текстуру, он считывает также и цвета. Чтобы полностью сосканировать объект, требуется около пяти минут.

Разрешение: 0,43 мм
Плюсы: Хорошее качество за такую цену, захват цвета, портативность, экспорт в разные форматы
Минусы: Среднее качество сканирования, ограниченный размер сканирования, цвета могут быть изменены или переданы неточно

MakerBot Digitizer

Технология: Лазерная триангуляция

MakerBot Digitizer — это настольный 3D-сканер начального уровня, который умеет захватывать тонкие детали и текстуры, но не различает цветов. Сканер легко встраивается в экосистему MakerBot, и пользователи получают доступ к технической поддержке и сервисному плану MakerCare.

Разрешение: 0,5 мм
Плюсы: Часть экосистемы MakerBot, легкий
Минусы: Не понимает цветов, не захватывает отражающие или прозрачные объекты, дорог для такого качества сканирования, экспортирует только в STL

EinScan-S

Технология: Структурированное освещение

Настольный 3D-сканер EinScan-3 — один из лучших аппаратов этого типа на рынке. Он различает очень мелкие детали, узоры и выдает реалистичные цвета. В отличие от большинства десктопных моделей, он использует технологию структурированного освещения, что дает более высококачественные результаты сканирования.

Разрешение: 0,17 мм
Плюсы: Высокое качество сканов, захват цвета, экспорт в разные форматы
Минусы: Работает только с очень маленькими объектами, не совместим с Apple OS

Топовые варианты

Это лучшие из существующих вариантов 3D-сканеров любых категорий, если речь не идет о промышленных устройствах за $10 000 — $30 000.

Данные модели идеально подходят для широкого круга задач, включая сканирование людей, крупных и очень детализированных объектов. Тут работают лучшие из имеющихся технологий, эти сканеры демонстрируют самую высокую производительность.

Впрочем, это устройства в первую очередь для коммерческого использования, они слишком мощные для домашних задач.

Fuel3D SCANIFY

Технология: Фотограмметрия

В отличие от ручных 3D-сканеров, в Fuel3D SCANIFY применяется продвинутый процесс фотограмметрии, в котором сочетаются разные технологии обработки изображений.

Это позволяет захватывать изображения с гораздо более высоким качеством, чем у большинства ручных сканеров, считывая также полный цвет и текстуры. В устройстве две 3,5-мегапиксельных камеры, три вспышки и три светодиода для направляющих лучей.

SCANIFY также очень быстр и тратит на один ракурс около секунды, так что даже на очень большой объект уходит совсем немного времени.

Разрешение: 0,35 мм
Плюсы:. Высокое качество сканирования, простота в использовании, реалистичная цветопередача, запуск по одному нажатию, высокая скорость работы, экспорт в разные форматы
Минусы: Проблемы при работе с темными, отражающими, прозрачными и монохромными объектами

NextEngine Ultra HD

Технология: Лазерная триангуляция

3D-сканер разрешения Ultra HD производства фирмы NextEngine — самый высококачественный настольный сканер из тех, которые дешевле автомобиля. По качеству сканирования и функционалу это вообще один из самых лучших настольных 3D-сканеров, который можно купить за деньги. Он не только захватывает узоры, текстуры и тонкие детали, он еще и делает это с естественной цветопередачей.

Разрешение: 0,1 мм
Плюсы: Лучший в своем классе, высокое качество сканов, захват цвета, экспорт в множество форматов, может быть установлен на штатив
Минусы: Дорогой, генерирует файлы больших размеров

RangeVision Smart

Технология: Структурированное освещение

3D-сканер RangeVision Smart — самый портативный из настольных, его можно установить «на пленэре» для сканирования крупных объектов вроде автомобилей, причем сканирование будет вестись очень тонко. Он также может работать от аккумулятора, что еще один плюс к портативности. У аппарата есть гибко регулируемый штатив.

Разрешение: 0,12 мм
Плюсы: Работает на аккумуляторе, высокое качество сканов, захват цвета, экспорт в разные форматы
Минусы: Генерирует файлы больших размеров, дорогие дополнительные устройства и аксессуары

DAVID SLS-3

Технология: Структурированное освещение

3D-сканеры немецкой компании David — одни из лучших профессиональных аппаратов. К ним предлагается масса аксессуаров, включая поворотные столы, монтажные краны и высококлассное программное обеспечение, что делает их очень гибкими. SLS-3 — это сканер, который стоит в рейтинге возможностей рядом с исключительно высококачественными, мощными и современными промышленными системами.

Разрешение: 0,06 мм
Плюсы: Очень детальные сканы, полный цвет и текстуры, лучший в своем классе, блестящая техподдержка и работа с клиентами, экспорт в множество форматов
Минусы: Слишком мощный для повседневных нужд, дорогой

Источник: https://3dpt.ru/collection/3d-scanners

Очумелые ручки: как собрать 3D-сканер из подручных материалов и оцифровать реальность

3D-сканер из смартфона и велосипедного колеса

Привыкнуть к трехмерным принтерам было просто: нарисовал нужную деталь или фигурку на компьютере, загрузил в принтер — и спустя несколько часов забрал ее воплощение в пластике.

Да что уж в пластике, печатают уже и в металле, и даже в органике: недавно напечатали живую печень. Неудивительно, что хочется пойти дальше. Следующий этап — сканирование.

Как ни странно, но до появления 3D-принтеров большой необходимости в переносе реального объекта в цифровой мир не было: создатели игр и фильмов просто нанимали художников, которые рисовали все, что было нужно.

Потребность в сканерах возникала лишь тогда, когда было важно передать рельеф и форму объекта с очень высокой точностью. При этом часто были совершенно неважны ни продолжительность сканирования, ни стоимость. Так появились первые представители 3D-сканеров: лидары.

Лидар (от английского Light Detection and Ranging) — дорогое, но очень точное устройство. Оно позволяет с точностью до миллиметров строить 3D-модели объектов, размер которых можно сравнить с размерами здания.

Из расшифровки аббревиатуры LIDAR следует, что им является любой дальномер, измеряющий расстояние при помощи света. Под это описание попадает невероятное количество устройств.

Но чаще всего лидарами называют аппараты вроде этого:

Внутри аппарата размещена особая система зеркал. Здесь установлен фазовый лазерный дальномер, который измеряет расстояние при помощи лазера, а два зеркала служат для отклонения лазерного луча в двух плоскостях. Таким образом, луч пробегает определенный сектор пространства и строит его 3D-модель.

Как можно догадаться, скорость такого сканера зависит от быстродействия дальномера и скорости вращения зеркал. А так как все это довольно сложное оборудование, требующее тонкой настройки, стоит оно довольно больших денег. Намного выгоднее бывает заказать сканирование, чем купить сам аппарат.

Тем более что надо еще разбираться, как им пользоваться.

Технологии для землян

Так как устройства промышленного сектора были, мягко говоря, не по карману рядовому потребителю, а потребность сканировать реальность росла, появились дешевые настольные и ручные 3D-сканеры. Первые, как правило, имеют поворотный стол, на который помещается исследуемый объект.

Спустя несколько минут после начала сканирования мы получим готовую модель. Конечно, качество сканирования и размер сканируемой области несравнимы с лидарами, зато стоят они на несколько порядков дешевле. Именно к такому классу устройств и относится разработанный нами сканер.

Основная проблема этих сканеров в том, что сканируемый объект должен поместиться на поворотный стол, что сильно ограничивает область применения. Еще один существенный минус этих сканеров — неполнота сканирования и слепые зоны.

Если вы, например, попытаетесь отсканировать вазу, то сканер увидит только ее внешнюю часть, а не полость внутри.

Второй тип сканеров — ручные 3D-сканеры. Их необходимо руками переносить вокруг объекта, но модель они строят с помощь камер. Алгоритм работы таких сканеров существенно сложнее, стоят они дороже, и качество результата хуже, зато они позволяют сканировать большие объекты и тратить на это меньше времени. Выглядят они примерно так:

Одно из основных преимуществ такого сканера — он не ограничен областью сканирования. Мы можем отсканировать, например, лицо человека без необходимости ставить его голову на поворачивающийся стол.

При определенном усердии можно отсканировать даже целое помещение, если только точность позиционирования позволит это сделать. Чтобы повысить точность, можно наклеивать специальные метки, которые сканер находит и использует как реперные точки. Собственно, на фотографии выше так и сделано.

Такой подход ограничивает область сканирования, но, к сожалению, здесь либо овцы целы, либо волки сыты.

В нашей лаборатории мы решили создать дешевый 3D-сканер, имеющий точность, сравнимую с точностью 3D-печати. Это был наш первый серьезный проект, поэтому мы допускали ошибки, многого не понимали и еще больше узнавали в процессе.

Сначала мы построили простой лазерный дальномер из лазерной указки и веб-камеры. Чтобы понять, как 2D-камера позволяет измерять расстояние, придется подключить воображение. Представьте себе натянутую в воздухе нить, по которой ползет паук.

Если мы стоим вплотную к веревке, то видим, как паук ползет строго на нас (не очень приятное зрелище). А если теперь мы посветим на всю эту конструкцию лампой сбоку, на полу мы увидим тень. Так как свет поступает сбоку, проекция паука будет двигаться по проекции нити.

Измеряя расстояние от начала тени нити до тени паука, мы можем вычислить, сколько паук прополз, умножив на некоторый коэффициент, ведь мы создаем сжимающее отображение.

Приблизительно так же работает наш сканер. Только вместо нити — лазерный луч, а вместо экрана с тенью — камера.

Так же как паук двигается по нити, вдоль лазерного луча двигается пятно, возникающее, когда этот луч встречает препятствие.

Обнаружив положение пятна на фотографии, мы можем определить расстояние до объекта, на котором это пятно находится. На словах это сложно. На картинке выглядит проще:

Но такой дальномер измеряет расстояние до одиночной точки, а это занимает очень много времени. Поэтому мы поставили на лазер линзу, которая превращает лазерное пятно в лазерную линию.

Теперь мы измеряем расстояние сразу до сотен точек (ведь линию можно представить как набор точек), осталось соорудить систему, позволяющую этой линией пройтись по всему предмету, а для этого нужен поворотный стол, на который предмет и помещается.

Сам сканер собран из фанерных деталей, которые были вырезаны лазером. Для поворота стола используется шаговый двигатель, которым управляет разработанная нами плата. Она же управляет яркостью лазера и подсветки.

Обработка изображения с камеры происходит на компьютере, для этого была написана программа на Java. После окончания сканирования программа выдает так называемое облако точек, которые с помощью другой программы соединяются в полноценную модель. Эту модель уже можно напечатать на 3D-принтере, то есть получить копию реального объекта.

Не пропустите следующую лекцию:

Источник: https://theoryandpractice.ru/posts/14722-ochumelye-ruchki-kak-sobrat-3d-skaner-iz-podruchnykh-materialov-i-otsifrovat-realnost

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.