Wenn du deinen eigenen 3D-Scanner bauen möchtest, ist der erste Schritt, eine Webcam zu finden. Wenn Sie es haben, belaufen sich die Kosten für das gesamte Projekt auf 40-50 Dollar. Das Desktop-3D-Scannen hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, weist jedoch immer noch große Einschränkungen auf. Die Hardware der Technik ist auf der Grundlage eines bestimmten Volumens und einer bestimmten Auflösung des Scannens aufgebaut. Sie können nur dann gute Ergebnisse erzielen, wenn Ihr Motiv die Aufnahmeanforderungen und die Auflösung erfüllt.
Wie 3D-Aufnahmen funktionieren
Photogrammetrie verwendet eine Reihe herkömmlicher 2D-Fotos, die aus allen Richtungen um ein Objekt herum aufgenommen werden. Wenn ein Punkt auf einem Objekt auf mindestens drei Bildern zu sehen ist, kann seine Lage trianguliert und dreidimensional vermessen werden. Durch die Identifizierung und Berechnung der Position von Tausenden oder sogar Millionen von Punkten kann die Software eine äußerst genaue Reproduktion erstellen.
Im Gegensatz zu einem Hardware-Scanner hat dieser Prozess keine Größen- oder Auflösungsbeschränkungen. Wenn Sie ein Objekt fotografieren können, können Sie es scannen:
- Der begrenzende Faktor inPhotogrammetrie ist die Qualität von Fotografien und damit das Können des Fotografen.
- Fotos müssen gut sichtbar und scharf sein.
- Sie sollten auch so um das Objekt herum platziert werden, dass sie vollständig bedeckt sind.
Ohne einen 3D-Scanner können Sie nur ein 3D-Bild von großen Objekten erstellen. Kleine Gegenstände können nicht gescannt werden. Um dies genauer zu verstehen, werden wir das Konzept der Photogrammetrie analysieren.
Was ist Photogrammetrie und wie wirkt sie sich auf die Darstellung von Objekten aus?
Photogrammetrie ist die Wissenschaft der Messung von Fotos, insbesondere um die genaue Position von Oberflächenpunkten zu rekonstruieren. Es kann auch verwendet werden, um die Bewegungspfade bestimmter Ankerpunkte auf jedem sich bewegenden Objekt, seinen Komponenten und in unmittelbarer Nähe zur Umgebung zu rekonstruieren.
Kurz gesagt, es gibt Ihnen die Möglichkeit, ein 3D-Raster aus mehreren Fotos zu erstellen, indem Sie Ähnlichkeiten zwischen Bildern vergleichen und sie im 3D-Raum triangulieren.
Photogrammetrie gibt es schon eine Weile, aber erst als Autodesk in sein Memento-Beta-Programm einstieg, begannen die Dinge zu funktionieren. Memento wurde nach Verlassen der Beta-Phase in ReMake umbenannt. Klingt nach Magie, oder? Nun, es ist keine Zauberei, es ist Realität. Jetzt kann jeder 3D-Scannen, ohne Hunderte für einen Scanner auszugeben. Selbst erschwingliche Open-Source-3D-Scanner erfordern einiges an Wissen, damit sie richtig funktionieren. AUSJeder kann mit Photogrammetrie bekommen, was er will.
Plattenspieler - die zweite Stufe der Erstellung eines Scanners
Alles, was Sie brauchen, um Ihren eigenen 3D-Scanner zu erstellen, ist Ihr Smartphone, die mitgelieferten Kopfhörer und ein Player. So funktioniert es: Sie drehen die Kurbel und bei jeder vollen Umdrehung des Plattentellers wird die Kamera des Telefons 50 Mal durch die Kopfhörerlautstärke ausgelöst.
Einfach! Übertragen Sie Fotos auf Ihren Computer und wirken Sie dann mit Autodesk ReMake Wunder. Es ist erstaunlich, aber es ist nicht nur gut beim Vernetzen, es bietet auch Werkzeuge zum Optimieren des Netzes, Reparieren von Löchern, Ausrichten, Vorbereiten für den 3D-Druck oder als Systemform als 3D-Ressource für Spiele oder Renderings!
Nun, da Apple die Kopfhörerbuchse für das iPhone 7 und höher entfernt hat, wird eine aktualisierte Version der Scanner-Erstellung verwendet. Es basiert auf dem Prinzip, an einem Auslöser für eine Bluetooth-Kamera zu arbeiten. Dadurch wird eine Kopfhörerbuchse überflüssig.
- Photogrammetrisches Scannen in hoher Qualität erfordert qualitativ hochwertige Fotos des Motivs aus allen Blickwinkeln.
- Der einfachste Weg, kleine Dinge zu scannen, besteht darin, das Objekt während des Fotografierens zu drehen.
- Zu diesem Zweck verwendet der Scanner einen Schrittmotor, der vom Arduino-Board gesteuert wird.
- Der Stepper dreht das Objekt um einen festgelegten Betrag, und dann erlischt die Infrarot-LED in einer verdammt kniffligen Blitzserie, die die drahtlose Fernbedienung einer Kamera nachahmt.
LCD-Bildschirm mit einer Reihe von Tastenermöglicht dem Benutzer die Steuerung des Arduino. Über die Tasten kann der Benutzer die Anzahl der Aufnahmen auswählen, die pro Umdrehung aufgenommen werden sollen. Ein hochwertiger DIY-3D-Scanner kann im automatischen Modus arbeiten, in dem er ein Bild aufnimmt, den Schrittmotor vorrückt und wiederholt, bis er eine vollständige Umdrehung abgeschlossen hat.
Es gibt auch einen manuellen Modus, in dem bei jedem Tastendruck ein Bild aufgenommen, das Jog-Dial bewegt und gewartet wird. Dies ist nützlich, um Details zu scannen. Der 3D-Scanner fokussiert auf den Rahmen, der das Bild einrahmt.
Zusätzliche Software
Wenn die Photogrammetrie-Software ein Merkmal in einem Foto erkennt, versucht sie, dieses Merkmal in anderen Bildern zu finden, und zeichnet den Ort auf allen erscheinenden Bildern auf.
- Wenn das Objekt Teil eines rotierenden Objekts ist, erh alten wir gute Daten.
- Wenn sich das erkannte Merkmal im Hintergrund befindet und sich nicht bewegt, während der Rest des Objekts gescannt wird, könnte es das Raum-Zeit-Kontinuum unterbrechen, zumindest was Ihre Software betrifft.
Es gibt zwei Lösungen:
- Einer davon bewegt die Kamera um das Motiv herum, um den Hintergrund mit der Bewegung synchron zu h alten. Das ist gut für große Objekte, aber es ist viel schwieriger, den Prozess zu automatisieren.
- Eine einfachere Lösung besteht darin, den Hintergrund unberührt zu lassen. Dies ist bei kleinen Objekten einfacher. Dazu das RechtBeleuchtung und Sie sind auf dem Weg zu strukturlosen Hintergründen.
Ein weiterer Tipp ist, Ihre Bilder mit ein oder zwei Blenden zu überbelichten. Auf diese Weise können Sie mehr Details im Schatten des Motivs erfassen und gleichzeitig den Hintergrund trennen, sodass alle verbleibenden Hintergrundobjekte in einem strahlenden Weiß verschwinden.
- "Arduino". Es verfügt über Pins, die nicht vom LCD-Bildschirm verdeckt werden, was den Anschluss erleichtert.
- SainSmart 1602 LCD Shield mit einem Display und einigen Tasten zur Steuerung des Scanners.
- Schrittmotortreiber (Easy Driver).
Der NEMA 17 Schrittmotor dreht das gescannte Objekt. Mit einem großen Schrittmotor (mit entsprechendem Treiber und Netzteil) könnte dieser hochwertige DIY-3D-Scanner den Scan vergrößern. 950-nm-IR-LED löst die Kamera aus. Einige beliebte Modelle von tragbaren 3D-Scannern basieren auf diesem Prinzip. Sie können den Bauprozess mit Ihren eigenen Händen wiederholen. Wir bieten mehrere Optionen zur Auswahl.
Spinscan von Tony Buzer: die Basis aller Scanner
Im Jahr 2011 veröffentlichte das 3D-Druck-Genie Tony Buzer Spinscan. Dies ist ein hausgemachter Open-Source-3D-Scanner, der auf einem Laser und einer Digitalkamera basiert. Später verwendete MakerBot Ideen von Spinscan, um den Closed-Source-Digitizer-Scanner zu erstellen.
FabScan
FabScan begann als Abschlussprojekt und wurde seitdem von einer kleinen Community übernommen, die weiterhin an der Verbesserung seiner Funktionen arbeitet. FabScan funktioniert wie viele andere Laserscanner, wird jedoch durch ein integriertes Gehäuse unterstützt, das dabei hilft, die Lichtverhältnisse auszugleichen und Verzerrungen beim Scannen zu vermeiden.
VirtuCube
Ein alternatives Verfahren für Laserscanner ist der Streifenlichtscanner. Mit einem Pico-Projektor anstelle eines Lasers kann der VirtuCube einfach mit ein paar gedruckten Teilen und einfacher Elektronik erstellt werden. Dieses gesamte System kann in einem Karton untergebracht werden, um zu verhindern, dass andere Lichtquellen Druckfehler verursachen.
Zwei aufregende neue Open-Source-Laserscanner wurden bereits veröffentlicht: Der BQ Cyclop und der Murobo Atlas.
BQ - Laserscansystem
Das spanische Unterh altungselektronikunternehmen BQ kündigte auf der CES den Cyclop 3D-Scanner an. Cyclop verwendet zwei Laserlinienpegel, eine Standard-USB-Webcam und den benutzerdefinierten Arduino-Controller von BQ. BQ hat seine eigene Scananwendung namens Horus geschrieben. Während Berichten zufolge Cyclop noch nicht verfügbar ist, sagt BQ, dass dies noch in diesem Jahr der Fall sein wird.
"Atlas" ist ein entwickeltes Projekt, das verbessert werden muss
Murobos 3D-Scanner sucht derzeit auf Kickstarter nach Geldern. Wie Spinscan, Digitizer und Cyclop verwendet Atlas Laserlinienmodule und eine Webcam, um ein Objekt auf einer rotierenden Plattform zu scannen. Atlas ersetzt den Arduino Raspberry Pi, um Steuerung und Erfassung in ein Gerät zu integrieren. Wie Cyclop verspricht der Schöpfer von Atlas, dass es ein Projekt sein wirdOpen Source. Die 129-Dollar-Sets sind ausverkauft, aber einige bleiben bei 149 und 209 Dollar.
Im Jahr 2019 will das Unternehmen einen Smartphone-basierten 3D-Scanner auf den Markt bringen, der nicht nur die Sichtbarkeit des Hintergrunds anzeigt, sondern auch den Fokus bei der Aufnahme eines Bildes konstruiert. In Amerika sind DIY-Neuheiten erstaunlich. Wenn Sie nicht wissen, wie man einen 3D-Scanner erstellt, verwenden Sie die unfertige Version von Atlas. Es gibt eine ziemlich klare Funktionalität, und Entwickler müssen das Gerät nur flashen und den Betrieb der Funktionen sicherstellen, die sie als Ergebnis sehen möchten.
CowTech Ciclop: neues Multifunktionsgerät
Der Preis steigt auf 160 $ (abhängig davon, ob Sie 3D-Teile drucken oder nicht). Das Unternehmen hat seinen Sitz in den USA. Die Auflösung der fertigen Bilder erreicht 0,5 mm. Maximales Scanvolumen: 200 × 200 × 205 mm. BQ bildete die Grundlage für ein DIY-3D-Scanner-Kit für einen 3D-Drucker. Mit Ihren eigenen Händen können Sie die Version des Modells ändern, um Bilder im vierdimensionalen Raum zu erstellen.
CowTech Engineering nutzte BQ-geführte Mittel, um dem aktualisierten Modell einen einzigartigen Wert zu verleihen. Neue Gelegenheiten:
- Umweltbericht,
- Hintergrundaufnahme,
- Linsenanzeige im umgekehrten Stil.
Cowtech ist der Open-Source-Bewegung treu und startete eine Kickstarter-Kampagne, um Geld für die Einführung einer Produktionsversion des Originals, Ciclop CowTech, zu sammeln. Das Team setzte sich das hochgesteckte Ziel, 10.000 US-Dollar zu sammeln, wurde jedoch überrascht und überraschterfreut, als die Gemeinde 183.000 US-Dollar aufbringen konnte. Das CowTech Ciclop DIY 3D-Kamera- und Telefonscanner-Kit ist geboren.
Also, was ist der Unterschied zwischen der CowTech-Version und der BQ-DIY-Version?
CowTech Ciclop verwendet immer noch Horus 3D-Software, da es sich um einen fantastischen Shop für das Scannen von 3D-Objekten handelt. Die Unterschiede liegen jedoch in einem etwas anderen Design, das das Team mehrere Tage lang entwickelt hat, damit die Teile auf jedem FDM-3D-Drucker in 3D gedruckt werden können.
Die gleichen Rohlinge können verwendet werden, um Geräte mit Ihren eigenen Händen zu entwickeln. Die 3D-Scanner und -Drucker des Unternehmens haben nur ein geringes Bauvolumen, daher hat CowTech Teile entwickelt, die auf jedem Drucker mit einem Bauvolumen von 115 × 110 × 65 mm gedruckt werden können, der in fast allen 3D-Druckern zu finden ist.
Ciclop von CowTech:
- Hier gibt es verstellbare Laserh alterungen.
- CowTech DIY verwendet lasergeschnittenes Acryl.
BQ Ciclop:
- Modelle verwenden Gewindestangen.
- Es gibt kein lasergeschnittenes Acryl.
Keine große Sache, und die Scanner sehen immer noch ziemlich ähnlich aus, aber CowTech wollte das bestehende Design nur verbessern, nicht reformieren. CowTech verkauft auf seiner Website einen scanfertigen Ciclop für 159 US-Dollar. Alles in allem ist es ein großartiger, günstiger DIY-3D-Scanner, der sehr effizient für das Lasertriangulations-3D-Scannen ist.
Rotationsmaschinen und Tische zum Erstellen von Scannern
- Mobiltelefonausgestattet mit DIY-3D-Scanner-Technologie: Photogrammetrie - technologisches Feature vorhanden.
- Preis: Kostenlos selbst drucken (obwohl die Materialien etwa 30 $ kosten).
- Dieser DIY-3D-Scanner lässt sich ganz einfach erstellen. Dave Clark, ein britischer Hersteller, sorgte dafür, dass die Modelle schon vor Verkaufsstart zerlegt werden konnten. Ersatzteile werden verwendet, um andere Scanner zu bauen.
Das liegt daran, dass es auf Photogrammetrie basiert, nicht auf Lasertriangulation, und mit Ihrem Smartphone kompatibel ist! Sie können die 3D-druckbare Datei herunterladen, um Geräte zu synchronisieren.
Mit eigenen Händen kann ein 3D-Scanner aus improvisierten Mitteln hergestellt werden. Sie müssen nur den Machern von DIY 3D vertrauen. Ein einfaches Gerät verwandelt Ihr iPhone oder Android sofort in einen 3D-Scanner, indem Sie es mit diesem Player verbinden. Dann werden mit Kopfhörern und einer Telefonkamera über 50 Fotos des Objekts aufgenommen, die gescannt werden, während sich der Drehteller dreht.
Sobald Sie diese Bilder aufgenommen haben, können Sie sie in ein Programm wie Autodesk ReCap laden, um die Fotos in eine vollständige 3D-Datei umzuwandeln.
Insgesamt ist dies ein fantastisches kreatives Projekt und ein großartiger DIY-3D-Scanner für Leute mit kleinem Budget.
Microsoft Kinect 3D-Scanner
Es ist mit nur 99 US-Dollar sogar noch günstiger (wird aber nicht mehr verkauft, obwohl Kinect V2 immer noch auf Xbox One erhältlich ist). Der Slogan des Unternehmens lautet: „Machen Sie aus Kinect Ihren eigenen 3D-Scanner und überraschen Sie Ihre Freunde.
Während Microsoft auf die Nachfrage reagiert hat, indem es eine eigene 3D-Scan-App für den Kinect-Scanner erstellt hat, gibt es eine Reihe von Optionen von Drittanbietern, die möglicherweise vorzuziehen sind. Dazu gehören:
- Skanect, hergestellt von Occupital, das auch einen Textursensor verkauft.
- Rekonstruiere mich. Es bietet eine Reihe von Tools, mit denen Sie 3D-Scans für weniger als 100 US-Dollar durchführen können.
Die Ergebnisse sind nicht fantastisch, aber für einen solchen Preis ist es durchaus akzeptabel. Es hat sich gezeigt, dass es der traditionellen Protogrammetrie in der Qualität unterlegen ist, insbesondere bei feinen Details, z. B. bei kleinen Modellen wie Haifischzähnen. Dennoch ist dies für Anfänger von 3D-Scannern ein fantastisches Einstiegsprodukt, zumal Sie möglicherweise bereits einen für Xbox 360 haben.
Vor dem Erstellen eines Scanners
Es gibt viele Kameras, die du verwenden kannst. Um zu wissen, wie Sie mit Ihren eigenen Händen einen 3D-Scanner von Ihrem Telefon erstellen können, müssen Sie natürlich berechnen, was dafür benötigt wird. Wenn Sie Pi Scan zur Steuerung Ihrer Kameras verwenden möchten, sollten Sie die Canon PowerShot ELPH 160 verwenden. Wenn Sie jedoch eine andere Konfiguration verwenden, finden Sie hier einige allgemeine Kameraempfehlungen:
- Wie viele Megapixel brauchen Sie? Messen Sie die Gegenstände, die Sie scannen möchten. Streben Sie die größte Durchschnittsgröße an (wählen Sie nicht die größten Ausreißer). Die meisten Lehrbücher sind beispielsweise 22,86 x 27,94 cm groß. Multiplizieren Sie diese Größe nun mit dem PPI (Pixel pro Zentimeter), den Sie aufnehmen möchten. 300-Dies ist ein sicheres Minimum, obwohl Sie nichts falsch machen können, wenn Sie mehr nehmen. Also, in unserem Beispiel - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Wir brauchen ein Bild von mindestens 2700 × 3300=8.910.000 Pixel oder etwa 9 Megapixel.
- Welche Kontrolle benötigen Sie? Wenn Sie nur ein einzelnes Buch scannen oder ein Element nur nach seinem Informationsgeh alt scannen (anstatt zu versuchen, das tatsächliche Erscheinungsbild zu erfassen), benötigen Sie keine sehr guten Aufnahmen. Wenn sich die Beleuchtungs- oder Kameraeinstellungen von Aufnahme zu Aufnahme ändern, erzielen Sie dennoch gute Ergebnisse.
- Verschlusszeit - Weißabgleich ISO-Blende.
- Blitz ein/aus. Beliebige benutzerdefinierte Bildbearbeitung (Schärfen, Farbverbesserung usw.).
- Fokus (idealerweise die Fähigkeit, den Fokus zu fixieren).
- Belichtungskorrektur.
- Vergrößerung - die meisten DSLRs ermöglichen all diese Art der Steuerung; für Kompaktkameras nur Canon Powershot-Kameras, die CHDK unterstützen. Mit ihnen können Sie alle diese Parameter steuern.
Vieles hängt vom Budget ab. Scanner werden zum gleichen Preis wie Kameras verkauft. Wenn Sie alles selbst machen wollen, dann ist das Budget begrenzt. Achten Sie auf das erschwingliche Segment des Optik- und Ersatzteilmarktes.
- Die erste Schwierigkeit beim Bau eines 3D-Laserscanners besteht darin, eine rotierende Plattform zu finden. Gleichzeitig muss es nur mit Hilfe von MatLab gesteuert werden. Anstatt viel Geld oder Zeit auszugeben, können Sie kaufen28BYJ-48-5V Schrittmotor mit ULN2003 Drive Test Module Board.
- Als nächstes die Plattform auf die Schrittmotorwelle kleben und in die Nut im Inneren des H alters legen. Die Plattform sollte bündig mit dem "Marmor" sein, aber seien Sie sich bewusst, dass je billiger sie ist, desto mehr inkonsistente Durchmesser können dazu führen, dass die Dinge nicht eben sind.
- Wenn Sie eine Methode haben, um eine präzise Drehung zu erreichen, die in Mat Lab gesteuert werden kann, stellen Sie die Kamera in beliebiger Entfernung und Höhe sowie die Laserlinie links oder rechts von der Kamera und dem Drehteller auf. Der Winkel des Lasers sollte optimal sein, um den größten Teil des Plattentellers abzudecken, aber nichts muss genau sein, wir werden den Unterschied im Modellmaßstab im Code behandeln.
- Der wichtigste Teil für einen ordnungsgemäßen Betrieb ist die Kamerakalibrierung. Mit dem Computer-Vision-Toolkit von MatLab können Sie die genaue Brennweite und den optischen Mittelpunkt der Kamera mit einer Genauigkeit von 0,14 Pixel ermitteln.
Beachten Sie, dass eine Änderung der Kameraauflösung die Werte des Kalibrierungsprozesses ändert. Die Hauptwerte, nach denen wir suchen, sind die Brennweite, gemessen in Pixeleinheiten, und die Pixelkoordinaten des optischen Zentrums der Bildebene.
Die meisten günstigen Kompaktkameras haben keine Softwareschnittstelle. Sie können nur manuell oder mechanisch bedient werden. Aber ein Team von Freiwilligen hat eine Software entwickelt, mit der Sie Canon-Kompaktkameras fernsteuern und konfigurieren können. Diese Software heißtCHDK.
- CHDK wird auf die SD-Karte heruntergeladen, die dann in die Kamera eingesetzt wird.
- Wenn die Kamera startet, startet CHDK automatisch.
- Da CHDK niemals dauerhafte Änderungen an der Kamera vornimmt, können Sie jederzeit einfach die dedizierte CHDK-SD-Karte für den normalen Kamerabetrieb entfernen.
CHDK ist eine wesentliche Voraussetzung für die unten aufgeführten Software-Controller. Die Controller laufen auf einem PC oder Raspberry Pi und kommunizieren über USB mit der auf den Kameras laufenden CHDK-Software. Wenn Sie andere billige Kameras verwenden, ist die einzige Steuerungsoption eine Art mechanischer oder manueller Start über die Installationsprogramme, wie oben gezeigt.
