3d сканирование объектов. Контроль правильности построения модели

Или любую другую модель, наверное, уже слышал о том, что на рынке высокотехнологичных устройств есть и такие приборы как 3D сканеры. Для тех, кто не знает что это за аппараты, наша статья.

Определение 3D сканера

3D сканеры представляют устройства, предназначенные для сканирования физических объектов и их точного последующего воспроизведения. Простыми словами, трехмерный сканер делает с объектом то же самое, что 2D сканер, который сканирует изображение на листе бумаги и переносит его на компьютер. Только в случае с 3D принтерами сканируется реальный объект, а на монитор передается объемная модель. Современные модели пространственных сканеров могут иметь вид небольших портативных устройств или серьезных стационарных аппаратов, которые имеют специальные лампы или лазеры для осуществления подсветки. Разброс качества передачи изображения в них может существенно отличаться. Это то же самое, если сравнивать возможности построения моделей двух печатающих трехмерных аппаратов - 3D принтера makerbot replicator и маленького дешевого бытового принтера.

При сканировании точность передачи изображения двух приборов может отличаться на порядок и изменяться от 10 до 100 микрон, эта величина зависит от типа прибора и его возможностей. Кроме этого, сканеры могут передавать изображение с полной цветовой гаммой или переносить только формы поверхности. Кроме различия в качестве получаемого изображения и в функционале, сканеры можно разделить на контактные и бесконтактные, то есть те, которые контактируют непосредственно с объектом или сканируют его на некотором, иногда до нескольких километров, расстоянии.

Преимущества

Если анализировать общие преимущества всех сканеров, то необходимо отметить:

• Максимальную точность сканирования объектов. Воспроизводятся даже самые мелкие его детали.
• Скорость сканирования максимальная- от нескольких секунд до нескольких минут.
• Сканер можно размещать в разных пространственных положениях. Это особенно важно для получения объемных моделей больших предметов (домов, памятников и т.д.).

Если анализировать преимущества контактных и бесконтактных моделей, то первые:

• Качественно сканируют вне зависимости от освещения.
• Максимально точны в работе.
• Просты в управлении.

Бесконтактные приборы могут снимать на больших расстояниях, не контактируя с предметом, и более энергоэкономичные в использовании.

Из недостатков всех сканеров отметим невозможность качественного сканирования движущихся объектов, а также плохое качество изображения объектов, имеющих блестящую или прозрачную поверхность.

Область применения

Возможности сканеров запечатлеть с максимальной точностью форму практически любого объекта, обеспечили им применение в разных сферах жизни человека. Они используются в медицине для сканирования мозга, опорно-двигательного аппарата, сердца, а также для поиска опухолей. В производстве 3D сканирование незаменимо в реверс-инжениринге, а в строительстве для контроля качества, реконструкции автотрасс и в определении пустот под землей.

Виртуальных объектов, которые можно распечатать с помощью трехмерного принта, в Интернете - великое множество. Так, без особого труда можно найти изображения великолепных украшений, которые сделают честь любой моднице, трехмерные чертежи деталей к замысловатым механизмам и сувениров со смыслом. При желании, несложно будет отыскать даже объемные модели обуви и одежды.

Не найдя желаемого в открытом доступе, вовсе не стоит отчаиваться и отказываться от желания обладать лучшим. Если под рукой оказался хороший 3д принтер, способный печатать не только фигурки слоников и кирпичи, а предметы более сложной формы, желаемое можно сделать действительным.

Для этого понадобится специальный сканер, способный считывать трехмерную информацию и заводить ее в память принтера. 3d сканирование - задача, с которой может справиться даже обычный школьник. Нужно просто выбрать объект, который хочется скопировать, например, макет вертолета, и начать считывание…

Конечно же, подобная техника стоит немало, зато избавляет от необходимости приобретать дорогую программу для виртуального построения модели и осваивать ее.

Наша компания предоставляет услуги по 3d сканированию, цены которых отличаются доступностью. Почти полная идентичность оригинала и копии, приемлемая цена и минимальные временные затраты - это способно удивить!

Услуги 3D сканирования: мы гарантируем качество

По мере роста спроса на трехмерную печать увеличилось и количество предложений выполнения подобных заказов. Но для того, чтобы облечь в форму предмет, изображенный в трехмерном формате, необходимо иметь достаточно функциональный агрегат и расходный материал хорошего качества.

При наличии принтера «вырастить» несложную или цельную модель можно даже самостоятельно - без чьей-либо помощи. Другое дело, если необходимо скопировать объект, 3д-программной модели которого не существует, например, дефицитную деталь автомобиля или сустав человеческой ноги. В подобной ситуации помочь сможет наша компания, предоставив услуги 3д сканирования.

С помощью портативного устройства, сканирующего объекты в трехмерном формате, можно создавать их виртуальные модели, а потом изготавливать способом литья или любым другим. Цена на услуги 3d сканирования зависит от размера объекта, а также особенностей его поверхности. Чем больше на ней мелких деталей, тем стоимость подобной работы будет выше, но все же останется вполне доступной.

Я решил потестить и описать ручные профессиональные 3d-сканеры (не часто держишь в руках кусок пластика ценой выше миллиона рублей).

Трехмерное или 3D-сканирование - это процесс перевода физической формы реального объекта, изделия в цифровую форму, то есть получение трехмерной компьютерной модели (3d-модель) объекта.

3D-сканирование может оказаться полезным при решении задач ре-инжиниринга, проектирования приспособлений, оснастки, запасных частей при отсутствии оригинальной компьютерной документации на изделие, а также при необходимости перевода в цифровой вид поверхностей сложной формы, в том числе художественных форм и слепков.

Работа сканера в чем-то напоминает объемное зрение человека. Как мозг выстраивает объемное изображение увиденного, так 3D сканер получает информацию, сравнивая два изображения, смещенных друг относительно друга. Для достижения необходимой точности построения модели применяются дополнительные технологические приемы в виде подсветки лазером или периодической вспышки.

Под катом описание и тест-драйв Creaform HandyScan 700 и немного про 2 других сканера и одним глазком про Surphaser. А так же примеры использования сканеров в нефтяной и космической отраслях, медицине и реверс-инжиниринге.

Этапы создания 3d-модели при помощи сканера


3D-сканирование – это инструмент для быстрого получения геометрии трёхмерного объекта практически любой сложности. Однако, нужно помнить, что 3D-сканер даёт облако точек в трёхмерном пространстве, расположенных по форме объекта или полигональную модель – те же самые точки, но соединённые линиями так, что получается множество пересекающихся плоскостей, описывающих геометрию объекта.
Сама геометрия объекта мало кому нужна, ведь зачастую цель 3D-сканирования – это получение точных чертежей сканируемого объекта, а не просто координат в трёхмерном пространстве.

Но и этот вопрос уже давно решён: на рынке есть специально ПО, такое как Geomagic DesignX, позволяющее превратить облако точек в параметрическую модель и передать её в абсолютно любую CAD-систему.

Т.е., с помощью данного ПО мы снимаем вообще любые ограничения: сканируем 3D-сканером объект, параметризируем его в специальном ПО, передаём получившуюся параметрику или NURBS поверхности (кому что) в ваш CAD и с лёгкостью работаем по редактируемой модели, получая чертежи любого сечения в нужном нам формате.

Сферы применения 3d-сканеров

• Автомобильная индустрия
• Транспорт (автобусы, грузовики, поезда)
• Тяжелое оборудование (агротехнологии, экскаваторы, шахтовое оборудование)
• Спорт, хобби (ATV (квадроцикл), мототехника, акватранспорт)
• Аэрокосмические технологии
• Потребительские товары
• Производство – металл
• Производство – пластик и композиты
• Армия, Оборона, Правительство
• Электрогенерация (ветровая, гидро, атомная)
• Судостроение
• Бензин и газ
• Образование
• Здравохранение
• Развлечения и мультимедиа
• Музееведение, сохранение наследия
• Архитектура, строительство, инженерия

ТТХ

Вес - 122 x 77 x 294 мм
Размеры 150 x 171 x 251 мм
Скорость измерений - 480 000 измерений в секунду
Область сканирования- 275 x 250 мм
Источник света - 7 лазерных крестов (+1 дополнительная линия)
Класс лазера - II (безопасный для глаз)
Разрешение 0,05 мм
Точность - до 0,03 мм
Объемная точность - 0,02 мм + 0,06 мм/м
Расстояние до объекта при сканировании - 300 мм
Глубина резкости - 250 мм
Диапазон размеров объектива (рекомендуемый) - 0,1 - 4 м
программное обеспечение - VXelements
Выходные форматы - .dae, .fbx, .ma, .obj, .ply, .stl, .txt, .wrl, .x3d, .x3dz, .zpr
Совместимое ПО - 3D Systems (Geomagic Solutions), InnovMetric Software (PolyWorks), Dassault Systèmes (CATIA V5 и SolidWorks), PTC (Pro/ENGINEER), Siemens (NX и Solid Edge), Autodesk (Inventor, Alias, 3ds Max, Maya, Softimage).
Стандарт соединения - 1 x USB 3.0
Диапазон рабочих температур - 15-40°C
Диапазон рабочей влажности (без конденсата) 10-90%

500 черных меток

Если очень надо, делаю даже вот так

Устройство само определяет положение. Нет необходимости использовать координатно-измерительную машину (CMM), измерительную руку или другое внешнее устройство позиционирования.

Визуализация сканируемой поверхности в режиме реального времени.

Благодаря динамической привязке объект можно передвигать во время трехмерного сканирования, что устраняет необходимость жёсткой установки.

Индивидуальная калибровочная таблица

Сертификат, подтверждающий качество и точность

Примеры

Применение

«На данный момент трехмерное сканирование применяется не только для получения оцифрованных моделей различных деталей, статуэток, кузовов машин и пр. 3D-сканирование также широко применяется в сканировании людей, а в последнее время это особенно спрашиваемая технология, ведь интересно хранить не только семейные фотографии в рамках на тумбочке, но и, например, всю семью, напечатанную на 3D-принтере. Помимо развлекательных целей, в медицине все чаще применяются трехмерные технологии. Например, сканирование ноги человека для создания удобного протеза, сканирование слепка челюсти пациента для дальнейшей работы в специализированном стоматологическом программном обеспечении, сканирование органов человека…Как может показаться на первый взгляд, на данный момент 3D – технологии несут в себе развлекательный характер, но это уже давно не так. Это инновация практически в любой сфере деятельности.» Алексей, специалист Consistent Software Distribution

Суровые технари проверяют трубопровод

оценкой целостности трубопроводов

оценка повреждения самолетов градом

Влияние повреждений, наносимых градом, на аэродинамические свойства самолёта является сложным фактором для оценки, но в то же время в буквальном смысле слова - жизненно важно! – сделать эту оценку максимально точно. Форма и размер дефектов могут варьироваться в зависимости от силы шквала, в который попадает самолёт. Следовательно, самый распространённый способ анализа повреждений - посредством измерения геометрии (длины, ширины и глубины) каждой вмятины на рассматриваемом участке поверхности самолёта. Также существует необходимость контроля геометрии деталей на производственной линии.

проверка внутреннего состояния труб

Операторы трубопроводов всегда разрываются между обеспечением общественной безопасности и экономическими последствиями земляных работ в зонах, где, как оказывается в дальнейшем, ремонт не требуется. Методы прямой оценки используются для подтверждения результатов измерений, полученных с помощью инструментов для проверки внутреннего состояния труб. Эти инструменты не всегда точны, и им иногда требуется повторная калибровка. Сервисные компании тратят большое количество времени на сопоставление данных от поставщиков оборудования для проверки внутреннего состояния труб и данных, полученных при помощи уровнемера (или любого другого инструмента для прямой оценки), для оценки работы инструмента. Для правильной оценки работы инструмента проверки внутреннего состояния труб операторы трубопроводов должны выполнять ежегодный анализ статистически значимых совокупностей при помощи устройства, которое обеспечивает большую точность, чем технология рассеяния магнитного потока.

осмотр и обмер резервуаров

Общественная озабоченность вопросами экологии вынуждает нефтяные компании совершенствовать технику безопасности по отношению к охране окружающей среды и здоровья. Осмотр резервуаров традиционно являлся длительной процедурой, но теперь компании могут удовлетворить общественные интересы благодаря технологии трёхмерного сканирования, позволяющей повысить точность и эффективность этих работ. Этот же инструмент можно использовать для других целей, например для обмера резервуаров. На самом деле, построение точной таблицы вместимости является одним из основных требования отрасли…

Установка резервуара

Отчёты об осмотре резервуаров, генерируемые системами Creaform, содержат важную информацию - такую, как профили дна, вертикальные профили и круглограммы - необходимую для оценки оседания резервуара.

Построение градуировочных таблиц вместимости

Градуировочные таблицы вместимости используются для определения количества продукта в резервуаре. Форму отчётов можно изменить в соответствии с потребностями клиента. Данные в отчёте могут включать или не включать объём внутренних конструкций резервуара, влияние на параметры плавающей крыши резервуара и т.п.

3d-моделирование для контроля методом фазированной решетки

для авиакосмической отрасли

Сервисные воздушные суда и их компоненты и конструкции необходимо контролировать и оценивать уровень деградации и оставшегося срока службы. Авиаконструкторы и авиаперевозчики сталкиваются с проблемой контроля сложных компонентов (например, газовых турбин, отсеков двигателя, обтекателей, кабины лётчика и т.п.), которые являются частями очень сложных узлов и не могут быть извлечены для осмотра. Для решения этой проблемы обычно обращаются к контролю методом фазированной решетки.

Моделирование фокального закона фазированной решетки применяется для прогнозирования результатов контроля и оптимизации конфигурации датчика и клина. Контроль компонентов сложной формы с использованием двумерной матрицы может представлять сложную задачу. За неимением лучшего решения, 3D-модель обычно берется из файла CAD или из теоретической модели конструкции. Однако реальная форма компонента отличается от идеальной теоретической модели и, следовательно, ухудшается точность ультразвукового сканирования и вероятность обнаружения.

для энергетики

Компоненты и конструкции электростанций необходимо контролировать и оценивать уровень деградации и оставшегося срока службы. Энергетические компании сталкиваются с проблемой контроля сложных компонентов (деталей «ласточкин хвост», форсунок, подающих труб и т.п.), которые являются частями очень сложных сборок и не могут быть извлечены для контроля. Для решения этой проблемы обычно обращаются к контролю методом фазированной решетки.

Моделирование фокального закона фазированной решетки широко применяется, особенно в атомной промышленности, для прогнозирования результатов контроля и оптимизации конфигурации датчика и клина. Контроль компонентов сложной формы с использованием двумерной матрицы может представлять сложную задачу. За неимением лучшего решения, 3D-модель обычно берется из файла CAD или из теоретической модели конструкции. Однако реальная форма компонента отличается от идеальной теоретической модели и, следовательно, ухудшается точность ультразвукового сканирования и вероятность обнаружения.

Другие модели

GoScan

EXAscan (~ 3 млн руб)

Surphaser (~ 3 млн руб)
Босс
Его используют для сканирования космических аппаратов и при строительстве метро и военные для своих целей.
Техническое обслуживание и ремонт производится в России. 3D-сканеры Surphaser собираются в России


Про эту штуковину стоит написать отдельную статью.

Время сканирования: с носовой части – 1,5 часа; с хвостовой части – 1 час
Используемое ПО: Cyclone для чистки и регистрации данных, RapidForm для моделирования

3d-графика

Добавить метки

3D-сканирование является одним из способов построения 3D-модели. Напомним, что 3D-модель можно построить и без использования 3D-сканера - в профессиональной программе по работе с трехмерной графикой. Но 3D-сканер значительно упрощает и ускоряет данный процесс.

3D-лазерные сканеры - это устройства, которые проводят анализ физического объекта, и, на основе полученных данных, создают 3д модель. Трехмерное изображение 3D-сканер сохраняет преимущественно в форматах STL, OBJ, PLY и WRL.

С помощью 3D-сканера можно быстро и качество воссоздать максимально точную модель объекта. Работа 3D-сканера должна проходить под контролем опытного инженера. Результат сканирования дорабатывается в профессиональном графическом редакторе для трехмерной графики. В дальнейшем, при необходимости, можно провести 3D-печать объекта, на основе построенной 3D-модели. Компания KOLORO предоставляет услуги 3D-сканирования. В нашем техническом арсенале есть 3D-сканеры для работы с физическими объектами различного типа и величины.

Методы трехмерного сканирования

• Контактный 3 D-сканер . Для сканирования устройству необходимо находится в непосредственном контакте с объектом сканирования.
• Бесконтактный 3D -сканер . Получение 3D-модели с его помощью считается наиболее перспективным методом 3D-сканирования. 3D-сканеру необязательно контактировать с объектом, что позволяет проводить 3D-сканирование труднодоступных объектов, памятников культуры и архитектуры, а также ювелирных изделий. Уже даже существует промышленный 3D-сканер, который сканирует дома, насыпи и другие крупные объекты.
• Активные бесконтактные 3D -сканеры (для изучение объекта используют структурированный световой или лазерный луч, который попадая на объект, отражается и на основе этого отражения 3D-сканер строит 3D-модель).
• Пассивные бесконтактные 3D -сканеры (данный вид устройства использует уже существующее отражение от объекта, в основном - солнечный свет).

Принцип работы 3D-сканера

В основе работы 3D-сканера лежит принцип стереозрения. Сканер, как и человеческий глаз, способен определить расстояние до объекта и его размеры. Как у человека два глаза, так и у 3D-сканера - две камеры. После получения необходимой информации 3D-сканер строит 3D-модель объекта. Для недопущения неточностей, 3D-сканер оборудован подсветками для каждой из камер

Преимущества 3D-сканера

Для начала выделим общие преимущества 3D-сканеров :

1. Максимально высокая точность модели - 3D-сканер воссоздает даже самые незначительные, мельчайшие, детали физического объекта;
2. Высокая скорость работы - объемное сканирование занимает всего несколько минут, а то и секунд, после чего необходима доработка построенной сканером 3D-модели в профессиональных программах для работы с 3D-графикой;
3. Сканер можно разместить под разными углами , в зависимости от сложности объекта, при этом сам объект можно не трогать, что особенно важно при сканировании больших и огромных объектов (например, дома, памятники и ландшафты).

Контактные 3D-сканеры:

• просты в использовании.
• не зависят от уровня освещения.
• создают модели высокой точности.
• файл 3D-модели небольшой по объему.

Бесконтактные 3D-сканеры:

• энергоэкономичны;
• не требуют непосредственного контакта с объектом;
• применяют технологию структурированного света;
• не наносит вреда физическому объекту.

Применение 3D-сканера

• Инженерный анализ - 3D-сканер может быстро и качественно создать трехмерную модель объекта и просчитать его физические пропорции в требуемых размерах. При наличии физической модели в единственном экземпляре объемное сканирование поможет создать разноразмерные копии и быстро наладить мелкосерийное производство.
• Цифровой анализ - 3D-сканер помогает визуализировать все технические несоответствия изделий и деталей, а значит, внести в них все необходимые корректировки еще до этапа изготовления протипа изделия.
• Цифровая архивация . Теперь можно отказаться от двухмерных рисунков, чертежей и даже от 3D-моделирования устаревших деталей. 3д-сканер считает с объекта всю необходимую информацию, построит 3D-модель и заархивирует ее в нужном для изготовления формате. Это существенно экономит время и не потребует выделение места под хранение физических чертежей.
• Архитектура . С помощью 3D-сканера можно создать модель целого дома, а также отдельных элементов архитектуры: эмблем, колон и различного рода декораций.
• Медицина . Именно 3D-принтер выступает отличным помощником при 3D-сканировании костей и даже отдельных органов - с высочайшим уровнем детализации! В дальнейшем, полученные 3D-модели и созданные прототипы могут быть использованы в качестве учебных материалов в специализированных ВУЗах или при создании полноценных биологических протезов.

И очень меня эта тема заинтересовала, хотя быстро пришло понимание того, что ни о каких 30$ для качественного сканирования не может быть и речи.

Но основной плюс, который я вынес из статьи – программа для сканирования David-3D, к которой действительно есть хорошее руководство на русском языке и, что немаловажно, покупка лицензии - это последнее, что требуется, так как ограничение у бесплатной версии только на сохранение результата сканирования. Все остальное работает в полной мере, а значит вполне можно тестировать программу, настройки и свое железо сколько угодно. А если вам и результат не требуется с высокой точностью – то и вовсе без покупки лицензии можно обойтись.

Мне точность требовалась, так как основное, что мне хотелось сканировать это были миниатюры из настольной игры Warhammer (дабы потом их изменять, как хочется и печатать:)). В высота этих «солдатиков» всего 3 см, однако это не мешает им быть очень детализированными.

Если вам не требуется снимать настолько мелкие объекты – то требования к оборудованию у вас будут ниже, а значит и намного проще будет собрать себе подобный сканер.

Принцип работы программы, и соответственно сканирования, хорошо описан в статье, на которую была ссылка выше (дублировать это, думаю, не обязательно). Желательно прочесть ту статью первой, так как эта будет в некотором роде её логичным продолжением.

Но начнем по порядку. Что понадобится для того, чтобы опробовать 3д сканирование в домашних условиях:
1 – проектор.
2 – веб камера.

Собственно все, короткий список на удивление получился. Тем не менее, если вы хотите получать очень точные и качественные сканы, то придется кое что доработать ручками. Без дополнительных затрат тут конечно не обойтись, но в итоге это все все равно обойдется дешевле, чем покупка любого из имеющихся в продаже 3д сканеров, да и качество результата получить можно намного лучше.

Теперь по порядку и подробно.

ПРОЕКТОР.

Свои первые опыты по сканированию я, как и автор предыдущей статьи, начинал с лазерной указки, но они сразу же показали, насколько это неудобный способ. Недостатков тут сразу несколько:
– невозможность получения луча с достаточно тонкой линией. Тем более, что при повороте указки меняется расстояние от линзы до объекта, а значит сбивается фокусировка.
– если требуется регулярно сканировать, поворачивать лазерную указку с достаточной точностью и плавностью вручную очень сложно, да и утомительно просто – руки не такой уж стабильный инструмент когда речь идет о длительном времени.
– сканировать приходится в темноте, дабы была видна только линия лазера и ничего более.

И если со вторым недостатком еще можно бороться путем создания специального поворотного механизма (хотя это уже получается не такая уж и простая задача, во всяком случае, за 5 минут на коленке такое не сделать), то избавление от первого недостатка дороже.

Когда я все это осознал, то решил попробовать сканирование с помощью проектора, для чего взял на время какую-то простую модель у знакомого.

Тут следует сделать небольшое уточнение – в прошлой статье автор упоминал о возможности сканирования с помощью проектора, хотя предложение было, на мой взгляд, весьма странное -

Подойдет проектор с мощной лампой, свет которой нужно направить сквозь узкую щель на сканируемый объект

Возможно, в ранних версиях программы это был единственный вариант, но в версии 3 с которой я экспериментировал, проектор использовался намного лучше, т.к. там есть возможность называемая Structured Light Scanning (SLS). В отличие от лазерного сканирования, проектор сразу проецирует на объект сетки из вертикальных и горизонтальных линий различной толщины, что на порядок уменьшает время сканирования и позволяет в автоматическом режиме снимать цветную текстуру объекта. Ну и при хорошей фокусировке, линия в 1 пиксель шириной намного тоньше, чем возможно получить от недорогой лазерной указки.

К сожалению, фотографии с тех первых опытов я не делал, да и фотографировать особенно было нечего – проектор на столе, рядом с ним веб-камера, все это смотрит в одну сторону:) Однако даже такая простейшая конструкция показала, что этот вариант намного предпочтительней как по скорости сканирования, так и по качеству. Тогда я и решил купить для этих целей себе проектор.

Критерии для выбора проектора были простые – разрешение больше, цена и размеры меньше:)
Выбор остановился на IconBit Tbright x100 - ультракомпактный DLP LED проектор, разрешение 1080 – на тот момент мне казалось, что лучше и не придумаешь, но как выяснилось позже – я ошибался, хотя занимаясь с ним, я получил много интересного опыта.

Первая проблема, которая возникает при сканировании маленького объекта с помощью проектора, заключается в том, что для лучшего результата, размер проецируемой сетки должен примерно соответствовать размеру сканируемого объекта. Данный проектор позволял получить наименьшую диагональ экрана при самом близком фокусе - примерно в 22 см. Согласитесь, что на таком фоне миниатюра в 3 см высотой далека от понятия «примерно равные размеры». Ответ нашелся на официальном форуме – люди в таких случаях устанавливают на проектор фотоаппаратные линзы для макросъемки. Учитывая небольшие размеры объектива проектора, я остановил свой выбор на линзах marumi с диаметром резьбы 34 мм.

Используя два таких комплекта, удалось получить экран проектора с диагональю всего около 3 см. Чего оказалось вполне достаточно, чтоб сделать свой первый микроскан –

Это единичный скан, поэтому и есть «дырки» на модели, рваные края и т.д. Поворачивая монету и сканируя с разных ракурсов, можно получить несколько таких сканов, которые впоследствии объединяются в один объект (сама программа сканирования позволяет правильно совмещать разные сканы, сшивать их и сохранять как единый объект). В процессе сшивания заодно уточняется форма объекта. Но сохранять результаты такого сшивания – возможно только после покупки лицензии.

И вот настал момент первой вещи, которая для сканирования не обязательна, но с ней процесс намного удобнее – это стойка под проектор с камерой. Сам процесс калибровки нужен не только для того, чтоб программа узнала параметры оборудования - софт также должен расчвитать взаимное расположение камеры и проектора. В процессе работы их изменение не допускается (как и изменение фокусировки камеры), а значит, требуется жестко все это закрепить, ведь количество сканов может быть большим даже для одного объекта.

На основной странице David"а и изображена подобная система – ничего сложного она собой не представляет. Да и полистав форум и посмотрев, как это организую себе разные люди, понял, что ничего сложного тут не требуется.

Для этих целей была взята стойка от сгоревшего ЖК монитора, и оргстекло от него же, вырезана и склеена вот такая конструкция, как она выглядела в первом варианте

К подставке для проектора и был приделан крепеж для установки различных линз, что позволяло менять диагональ экрана, и сканировать объекты разного размера.
Следует также упомянуть о том, что сканирование с помощью проектора не требует постоянного нахождения в поле зрения калибровочных панелей. После того как произведена калибровка их можно убрать. Это позволяет откалибровав установку спокойно её переносить, двигать и т.д.
То есть вы можете используя большой калибровочный шаблон произвести дома на стенах калибровку, а затем с этой стойкой и ноутбуком выйти на улицу и отсканировать свой автомобиль, например. Взяли меньший шаблон, поставили пару линз – и можно сканировать ювелирные изделия.

Недавно фирма выпустила усовершенствованный набор для сканирования, вот там уже стойка намного серьезней и интересней смотрится –

Как по мне, при стоимости лицензии на программу около 500$ (это они еще цену подняли недавно), отдавать за такой набор более 2000 евро – не совсем оправданно, собрать самому что-то подобное не сложно и значительно дешевле.

Вернемся к проектору. Как оказалось, у этого проектора был один существенный недостаток для использования в сканере, а именно его родное разрешение (854*480). И все бы ничего, если бы он и на выходе выдавал то же самое, но увы – картинка преобразовывалась к стандартным разрешениям (типа 1024*768), и в результате линия шириной в один пиксель была в разных частях экрана где-то ярче, где-то тусклее, где-то уже а где-то шире… Все это негативно сказывалось на качестве сканирования, выражаясь в виде ряби и полосок на получаемой модели.
К тому времени я уже задумывался о покупке проектора для стереолитографического 3Д принтера (). Рассмотрев несколько вариантов, я остановился на модели Acer P1500, т.к. ей не нужны никакие доработки для использования в принтере (этот проектор без всяких линз способен дать сфокусированное изображение на экране примерно 4*7 см). А значит, и для сканера он подойдет как нельзя лучше. При этом разрешение в 1920*1080 у него реальное. Так оно и вышло, этим проектором пользуюсь до сих пор и полностью доволен результатами.

КАМЕРА.

Критерии при выбора камеры у меня были те же, что и при выборе проектора. Пройдясь по магазинам, остановился на Logitech C615. Скан монеты был сделан именно с неё, без всяких модификаций. Но когда я попытался отсканировать фигурку, то столкнулся с трудностью, которая называется «глубина резкости». Когда объект настолько мал, то фактически у нас получается макросъемка, а резкость при такой съемке достигается только на небольшом отрезке, буквально всего пара миллиметров (именно поэтому монета хорошо отсканировалась – рельеф вполне укладывался в область резкости). Было решено переделать камеру под другой объектив. На Ebay было заказано несколько разных объективов для пробы, а также был вырезан новый корпус под плату камеры. План был такой

Финальный результат немного отличался

Основная идея, я думаю, понятна. А сейчас и на Thingiverse и на форуме программы можно скачать stl для печати корпусов под разные типы вебкамер.

С платы камеры пришлось убрать стандартный объектив, и как выяснилось позже – вместе с ним был убран и ИК-фильтр, так что будьте в этом вопросе аккуратней. Фильтр потом пригодится для использования с другими объективами, хотя можно и отдельно их докупить – цена копеечная.

Таким образом, у меня вот такая коллекция объективов образовалась.

Пока я ожидал доставку объективов, читались различные форумы по фотосъемке. Изучая вопрос с глубиной резкости, я выяснил, что увеличить её можно сильнее закрыв диафрагму объектива. А значит и объектив требовался такой, в котором была возможность регулировать диафрагму (увы, среди заказанных не все обладали такой возможностью, но на мое счастье и парочка таких попалась). В общем, для улучшения камеры желательно иметь варифокальный объектив с зумом и регулируемой диафрагмой. На практике все оказалось так, как и было в теории – закрывая диафрагму, сразу было видно увеличение глубины резкости, что позволило-таки сканировать объемные, но мелкие объекты.

Основной объектив, которым я пользуюсь - на фото выше установлен на камере. Второй, с регулируемой диафрагмой, самый большой, в центре. Его я использую для совсем уж маленьких объектов. Остальные без диафрагмы, так что ими не пользуюсь - оказалось что вполне достаточно и этих двух.

В планах теперь либо найти вебкамеру с большим разрешением (качество и детальность сканов напрямую зависит от разрешения камеры), либо попробовать использовать для этих целей какой-нибудь цифровой фотоаппарат с возможностью съемки видео – обычно в них намного больше разрешение можно получить, да и объективы лучше.

Собственно на этом можно было бы и закончить – вроде обо всем рассказал. Я тоже думал что на этом у меня закончилась сборка сканера, но чем дальше в лес… Изучая форум данной программы я часто натыкался на различные схемы поворотных столиков - благо софт позволяет автоматизировать процесс сканирования. После одного скана подается команда на com-порт, поворотный столик вращается, поворачивая объект на заданное количество градусов, и дает команду на следующий скан. В результате одним кликом мышки мы имеем круговые сканы объекта - казалось бы, чего еще желать? Эту систему я с интересом опробовал, но увы – мне такой подход абсолютно не понравился, и тому есть пара причин.

1 – если объект сложной формы, то просто его вращать его будет недостаточно – требуется еще и наклонять в разные стороны, чтобы камера с проектором дотянулась до всех впадин и других труднодоступных мест.
2 – даже если таких мест нет, и учитывая все сканы, которые были сделаны, на объекте не осталось частей, которые не попали в скан, остается вопрос точности скана.

Допустим, какая-то часть модели на одном из сканов вышла идеально. Но это не значит что на всех сканах, в которые эта часть попала, она выглядит также идеально, а при сшивании сканов с разных ракурсов результат будет усреднен, что не может радовать. Программа позволяет немного редактировать полученные сканы (можно вырезать ненужную часть). Если мы вращаем модель на 20 градусов, значит, после полного оборота у нас будет 18 сканов, нужная нам часть вполне может присутствовать на половине из них, следовательно, чтобы оставить наилучший результат надо будет удалить этот кусок из 8ми сканов… А таких кусков при сложной модели может быть много, в результате от каждого скана будет отрезаться чуть ли не половина, что очень трудоемко и требует много времени.

Вместо этого лучше после первого скана сразу сканировать прилегающие области, и проверять результат. Как только какой-то кусок готов – переходим к сканированию следующего, и так, пока вся модель не будет в идеальном виде. Такой подход дает лучший результат за меньшее время.

Но возникает вопрос удобства. Согласитесь, неудобно вручную пытаться крутить объект, глядя не на него, а на монитор – чтоб контролировать попадание в объектив, не поменяв расстояние до камеры и проектора при этом (дабы не сбился фокус). При очередной подобной эквилибристике я случайно задел камеру, что соответственно сбило всю калибровку, и весь процесс пришлось начать заново. Такой расклад мне категорически не понравился, и я после некоторых размышлений пришел к плану вот такой конструкции (которую, как вы понимаете, впоследствии и собрал).

Это не поворотный столик в обычном понимании этого термина. Благодаря такой конструкции я могу не только вращать модель, но и наклонять её, как мне будет нужно. При этом центр модели остается в плоскости фокуса, но даже если и нет – можно вперед-назад крепление с моделью двигать.

Все это собралось на ардуино, была написана небольшая программа для управления, и в результате мне теперь при сканировании не приходится вставать из-за компьютера – используя программу, я меняю положение сканируемого объекта, и при этом тут же, в окне камеры выбираю оптимальный для сканирования ракурс.

Внутренности

В программу я заложил возможность автоматического сканирования, а так же сканирования непросто по кругу, а с наклонами на 45 градусов в одну и другую сторону, что дает в три раза больше сканов. Тем не менее, в итоге, я все-равно никогда этой возможностью не пользуюсь – слишком неудобно потом разбираться в полученной куче сканов и чистить их от неудачных кусков.

Следует также упомянуть о некоторых нюансах сканирования.
1 – невозможно сканировать блестящие и зеркальные поверхности. Свет от них отражается, или дает такой блик, что программа не может корректно распознать линию. Если есть необходимость сканирования такого объекта, то подобные части придется чем-то замаскировать (смывающейся краской, бумажным скотчем и т.д.).
2 – удобнее сканировать монотонные объекты, так как при настройке камеры на светлый цвет выставляется не такая большая яркость проектора, малая экспозиция и т.д. А для объекта темного цвета требуется большая яркость, так что если у вас объект разноцветный, то для разных его частей требуются разные настройки для получения наилучшего результата. Здесь тоже удобней использовать сканирование объекта частями.
3 – если вы хотите сразу получить цветную текстуру то учтите, что настройки камеры и проектора для скана не влияют на настройки для снятия текстуры (скан вообще в черно-белом режиме делается), так что поиграйтесь настройками в режиме текстуры также, как вы будете это делать в режиме сканирования.

Процесс сканирования у меня сейчас выглядит таким образом:
- Фокусировка проектора и камеры

Свет проектора слишком ярок и на фото не видна проецируемая сетка, но вот вид из камеры в программе

Калибровка сканера

Калибровочный угол был сделан из металлических пластин, а калибровочные шаблоны разного размера были напечатаны на магнитной бумаге - так можно очень быстро подстраиваться под разные размеры сканируемых объектов.

Вид в программе

Рекомендуется, чтобы совокупный угол между лучом проектора и камеры был около 20 градусов. Поэтому такая стойка и используется - при сканировании больших объектов (например, человека) камеру надо гораздо дальше от проектора отставить, здесь же они у меня вплотную стоят. Расположение камеры относительно проектора может быть только вертикальным, или только горизонтальным - в зависимости от геометрии объекта. В данном случае расположение диагональное (13 градусов по вертикали и 36 по горизонтали).

Результаты сканирования с разных ракурсов. Это уже подчищенные сканы, т.е. удалены все неудачные и ненужные (подставка фигуры, попавшее в кадр крепление) части.

Совмещение сканов для последующего объединения в один объект

Благодаря тому, что каждый скан имеет свой цвет удобно контролировать правильность совмещения.

Ну и после объединения сканов с разных ракурсов получаем такие модели

Миниатюра Боромира из властелина колец.

При сканировании разноцветного объекта результат немного хуже, если сильно не заморачиваться. Но зато можно получить объект сразу с текстурой:)

Оригиналы моделей

В галерее работ пользователей на сайте разработчика (http://www.david-3d.com/en/news&community/usergallery) можно найти еще много интересных сканов, даже отпечатки пальцев люди сканируют. И встречаются даже сканы таких же миниатюр из вархаммера

В заключении хочется сказать о том, что какое бы железо вы не использовали, какой бы дорогой 3д сканер вы не купили, но это не панацея для печати чего угодно. Теоретически конечно можно полученный объект отправлять в слайсер и печатать, но есть несколько причин, почему не стоит так поступать, а стоит в любом случае изучать пакеты 3Д графики.

1 - Полученные сканы, при хорошем качестве сканирования (а мы ведь хотим получить наилучшее качество) имеют очень много полигонов. Нет, даже ОЧЕНЬ много. Скан Боромира после слияния содержал более 8 миллионов полигонов - не каждый слайсер сможет работать с таким объектом.
2 - Любые объекты несут на себе следы сборки и изготовления. И если в реальности для исправления этого применяют надфили и наждачку (а иногда все-равно есть недоступные места, где невозможно применить инструменты), то работая с цифровой копией объекта, мы можем изменить его как угодно - убрать дефекты, улучшить детализацию и т.д.
3 - Как я говорил в начале статьи, когда я задумался о сканере, я хотел не копии объектов печатать, а изменять их как мне будет угодно. Я не скульптор, у меня нет инструментов, материалов и навыков, чтобы вылепить такую мелкую модель. Но умея работать в 3Д, мне намного проще, отсканировав подобного Боромира, сделать из него какого-нибудь Принца датского.

Кстати, эта модель содержит уже почти в 100 раз меньше полигонов, чем результат сканирования.

Теги:

• 3д сканер
• diy или сделай сам
• 3д моделирование
• 3д графика

Добавить метки