Лучшие проекты самодельных 3d-сканеров
Самое популярное
Доступный по цене и качественный 3D-сканер можно сделать и самостоятельно. Просто выберите наиболее подходящий вариант из списка лучших на сегодня самодельных 3D-сканеров.
Для чего нужно сканирование?
Что общего между Суперменом и антиутопическим обществом, изображенным в романе Филиппа К. Дика «A Scanner Darkly» («Помутнение»)? Если вы сразу подумали о способности сканировать все и всех, то мы оба думаем в одинаковом направлении.
Технология 3D-сканирования оказывает существенное влияние на различные отрасли – от систем безопасности и общественного наблюдения до медицинского сектора. Его роль в машинном распознавании образов, робототехнике и вождении автономных транспортных средств также сложно недооценить. Если говорить о 3D-печати, одним из ключевых ее достоинств является экономия времени на создание 3D-моделей.
Для несерьезного проекта в духе «сделай сам», основанного на 3D-сканировании, вам может понадобиться только цифровая зеркальная камера или даже камера вашего смартфона. Поэтому стоит обратить внимание на некоторые из наиболее интересных экземпляров самодельных 3D-сканеров.
Как работают 3D-сканеры?
Что такое 3D-сканер и как он работает? К сожалению, на этот вопрос ответить непросто. Все потому, что 3D-сканирование происходит несколькими способами. Если не вдаваться в детали, можно назвать два из них:
- Фотограмметрия – это технология, при которой вы фотографируете сканируемый объект со всех сторон, а затем преобразуете его в трехмерный объект с помощью специального программного обеспечения. Это простой и доступный способ 3D-сканирования объекта.
- Лазерная триангуляция – это способ, при котором вы получаете множество точек в пространстве путем фиксации формы лазерного излучения, отражающегося от поверхности объекта. И в этом случае вам тоже понадобится соответствующее программное обеспечение для преобразования точек в трехмерный объект.
Если вы хотите на собственном опыте проверить технологию 3D-сканирования, но не готовы платить большие суммы за 3D-сканер, его самодельная вариация станет для вас верным решением. Ниже приведен список самых популярных самодельных 3D-сканеров на 2019 год. Но перед этим давайте подробнее рассмотрим программное обеспечение для фотограмметрии и 3D-сканирования.
Фотограмметрия: ваш смартфон – ваш сканер
Фотограмметрия, или процесс оценки трехмерных координат по нескольким изображениям одного и того же объекта, безусловно, станет самым дешевым путем 3D-сканирования для вас. Некоторые профессиональные сканеры, способные работать с воздуха на дальних расстояниях, влетят в сотни тысяч евро. Но вы можете подвесить камеры на воздушных шарах (или воздушных змеях) для достижения такого же профессионального качества за 1% от этой стоимости.
Аналогичного эффекта можно достичь и при помощи обычного смартфона. Камеры современных смартфонов имеют достаточное качество, чтобы добиться довольно хорошей печати всего объекта. Просто установите камеру на ручную экспозицию, держите камеру (или смартфон) в руке и делайте фотографии вокруг выбранной цели со всевозможных углов.
Убедитесь, что между кадрами имеется большая степень совпадения (70-80%). Старайтесь соблюдать равное расстояние от выбранного объекта и держите его в центре кадра. Вы можете начать с 50-ти снимков, но чем больше снимков вы сделаете, тем точнее будет ваша окончательная модель.
Фотограмметрия в значительной степени зависит от качества программного обеспечения, используемого для сопоставления всех изображений и получения соответствующего набора координат, формирующих ваш объект. Таким образом, по сравнению с лазерными системами роль программного обеспечения в редактировании, обработке, соединении, проверке и визуализации ваших сканов еще более важна.
Программное обеспечение для 3D-сканирования и редактирования
Рынок программного обеспечения для визуализации и редактирования информации, получаемой путем 3D-сканирования, предлагает множество вариантов. Как правило, этот тип программного обеспечения будет довольно дорогим, и производители профессионального оборудования часто предоставляют свои собственные программные решения для работы.
Но если вы следите за фотограмметрией, то можете комбинировать различные бесплатные программы, например, ColMap или VisualSFM в сочетании с CMVS-PMVS. Полученные результаты могут быть дополнительно обработаны программами в открытом доступе: MeshLab, Blender или Cloud Compare. Они помогут правильно обрабатывать и редактировать заснятые данные.
Если вы хотите делать все прямо со своего смартфона или планшета, можно рассмотреть TRNIO (iOS), который использует «облачные» технологии, или SCANN3D (Android), который работает за счет имеющейся мощности. (Для второго вам лучше иметь высококлассное устройство).
Для компьютерной обработки можно использовать Agisoft Photoscan или Reality Capture. В 3DF Zephyr есть бесплатная версия, которая позволяет вам обрабатывать до 50-ти изображений. Autodesk также предлагает программное обеспечение ReCap, способное запечатлевать реальные объекты, для компьютеров и мобильных систем. Это обеспечение можно использовать и для фотограмметрии лазерных сканеров.
Проект 1: 30-долларовый 3D-сканер V7
Это один из самых простых проектов самодельных 3D-сканеров. Основная идея заключается в том, чтобы собрать платформу, на которую вы установите смартфон. Все, что вам нужно, – это подставка, свободно вращающаяся вокруг своей вертикальной оси.
Для работы необходимо подключить гарнитуру телефона. Кнопка громкости должна быть установлена под рукояткой. Она запускает камеру удаленно, делая 55 фотографий на каждый полный оборот вокруг сканируемого объекта.
Цифры многое говорят об этой вращающейся подставке для 3D-сканирования. Дизайн, созданный Daveyclk, был загружен с веб-сайта Thingiverse более 170 000 раз. Вы можете бесплатно загрузить все файлы, необходимые для 3D-печати этой подставки.
Поскольку в этой конструкции не используются двигатели или электроника, вам не понадобятся никакие драйвера (или подключение к компьютеру). Тем не менее, чтобы преобразовать несколько фотографий в 3D-объект, вам потребуется программное обеспечение для фотограмметрии. Дизайнер предлагает использовать 3DF Zephyr для этой задачи.
Проект 2: 3D-сканер для мобильного телефона
По сравнению с предыдущим 3D-сканером здесь у вас есть неподвижный объект, вокруг которого вращается мобильный телефон. Это немного сложнее, так как для управления платформой используются Arduino Uno и серводвигатель.
Телефон закреплен на вращающейся платформе диаметром 380 мм. Arduino управляет сервоприводом, который понемногу перемещает платформу. После каждого передвижения камера мобильного телефона запускается с помощью пульта дистанционного управления Bluetooth.
Вы можете скачать все файлы из Thingiverse. Дизайнер Tomodachi1 рассказывает, что вам понадобится нить накаливания стоимостью около 20-ти долларов и немного электроники, в том числе Arduino Uno или аналог, серводвигатель и пульт дистанционного управления Bluetooth.
Проект 3: Проект FabScan Pi
Если вам больше по душе использование лазерной триангуляции и небольшого количества компьютерных вычислений, то этот проект самодельного 3D-сканера для вас. Проект Fabscan, первоначально разработанный в 2010 году в рамках дипломной работы, представляет собой лазерный 3D-сканер с поворотной платформой. Он развился до четырех разных версий, работающих на основе Arduino и Raspberry Pi.
В основе этого проекта лежат не материалы, напечатанные на 3D-принтере, а нарезанные плиты МДФ, из которых собирается корпус и некоторые другие детали. Информация на веб-странице проекта очень полная, содержит подробный список материалов и макетов для резки деталей, а также инструкции по сборке.
Для получения дополнительной информации вы можете посетить некоторые страницы сайтов, посвященных теме «сделай сам». В том числе можно посмотреть эту версию для Arduino или ее вариацию Raspberry Pi. FabScan также обосновался на GitHub.
Проект 4: Фотограмметрия с воздуха
Больше склоняетесь к аэрофотограмметрии? Тогда не пропустите это. Вам понадобится всего лишь разместить камеру как можно выше, поближе к облакам. После получения изображений процесс обработки модели ничем не отличается от съемки камешков на пляже с помощью камеры в руке.
Для начала убедитесь, что в вашей камере установлена дистанционная (инфракрасная) система спуска затвора. Это обязательное условие для запуска камеры, когда она окажется на месте. Чтобы поднять камеру, можно использовать беспилотник, воздушный шар или (если погода слишком ветреная) воздушный змей. Безусловно, вам понадобится какой-то каркас, чтобы зафиксировать камеру на месте и исключить сбои в работе. В Public Laboratory есть отличная видео-инструкция, которая поможет понять, как это работает.
В заключение используйте наиболее удобное для вас программное обеспечение, чтобы обработать полученные изображения определенной местности. Если вам нужно еще больше вдохновения, вы можете взглянуть на отчет археологов, использующих воздушные шары для картирования археологических раскопок.
Проект 5: 3D-сканеры на основе FreeLSS
Free Laser Scanning System, или сокращенно FreeLSS, представляет собой концепт 3D-сканера в открытом доступе, который использует открытое аппаратное обеспечение и доступный каждому электронный лазер. По такому принципу были созданы и проекты нескольких других сканеров.
Одним из самых популярных является 3D-сканер Murobo Atlas, который был успешно профинансирован на Kickstarter в 2015 году. С 2016 года он также доступен для загрузки на Thingiverse. В то же время все детали или полностью собранное устройство можно купить в магазине Murobo. Существует два варианта: первый сделан из деталей, напечатанных на 3D-принтере, а второй – из акрила, вырезанного лазером.
Также необходимо упомянуть BQ Ciclop. Это 3D-сканер, который был разработан испанской компанией BQ несколько лет назад и использует ту же концепцию, что и Murobo. Благодаря некоторым обновлениям, сделанным после выпуска, он все еще не теряет популярности. Купить этот 3D-сканер можно комплектом деталей или в собранном виде на Amazon.
Если вы решите собрать его самостоятельно, на сайте BQ есть очень подробные инструкции. Файлы, необходимые для 3D-печати пластиковых деталей, можно загрузить с Thingiverse. Схемы электроники несложно найти на Github вместе с прошивкой и программным обеспечением для сканирования Horus. Обратите внимание, что на сборку вам понадобится минимум пара часов.
Проект 6: Автономный 3D-сканер
Этот автономный 3D-сканер, использующий алгоритм «формы силуэтов» для получения 3D-модели, был разработан Джуном Такедой в 2018 году. В его основе лежат прототипная плата GR-LYCHEE и камера. Идея алгоритма «формы силуэтов» состоит в том, чтобы снимать силуэт объекта под разными углами. Набор изображений затем преобразуется в данные, представляющие собой множество точек и отражающие отсканированную трехмерную форму. Далее из этих точек создается полигональная сетка, которая сохраняется на SD-карте в виде STL-файла. Вся эта работа выполняется одним устройством.
Сканирование делается простым нажатием кнопки на сканере. Ничто не может быть проще. Конечный результат – STL-файл, готовый к печати на 3D-принтере (файл требует нарезки перед печатью).
Разрешение сканирования составляет более миллиметра, поэтому вы не получите очень точные результаты с этим 3D-сканером. Хотя его не помешало бы обновить, достоинствами сканера все еще остаются скорость и простота в использовании.
Проект 7: OpenScan
OpenScan – это недорогая модульная система 3D-сканирования, основанная на фотограмметрии, которая находится в открытом доступе. Изначально OpenScan идет без камеры, но он совместим с различными устройствами. Вы можете использовать что угодно: от камеры мобильного телефона до профессиональной цифровой зеркальной фотокамеры.
По сравнению с другими сканерами фотограмметрии этот поворачивает объект вокруг всех трех осей, обеспечивая более точное сканирование, чем любой другой недорогой 3D-сканер.
OpenScan был разработан в 2018 году одноименной немецкой компанией. Вы можете купить полностью собранный сканер в магазине OpenScan или заказать его как комплект деталей. Если вы решите сделать все самостоятельно, загрузите необходимые STL-файлы для 3D-печати из Thingiverse. Дизайнер также поделился электронными схемами. Прошивку для Arduino Nano, которая является «мозгами» этого сканера, также можно загрузить с сайта OpenScan.
Если вы планируете собрать или купить этот сканер, вам потребуется программное обеспечение для фотограмметрии, чтобы создать 3D-объект из множества фотографий, полученных после сканирования. Список совместимого программного обеспечения можно найти на сайте OpenScan.
Любую помощь по эксплуатации или сборке 3D-сканера OpenScan вы можете получить на форуме или в туториалах. К сожалению, некоторые документы до сих пор доступны только на немецком языке, но дизайнер работает над их переводом на английский.
Проект 8: AutoScan
AutoScan выглядит как очень простое устройство для фотограмметрического 3D-сканирования, но скрывает в своем арсенале гораздо больше. Он состоит из двух частей. Одна – это вращающаяся платформа для сканирования, а другая – приложение для Android.
Дизайнеры создали приложение для Android, которое связывается с AutoScan через Bluetooth. Принцип работы очень прост: после того как вы сделаете фотографию на своем Android, приложение пошлет в AutoScan команду повернуть платформу на пару градусов. Это автоматизирует сканирование, делая его простым и быстрым. К сожалению, пользователям iOS не повезло. Это приложение работает только на телефонах Android.
AutoScan был разработан еще в 2018 году группой Hemda Maker из Израиля. Поскольку этот проект находится в открытом доступе, все файлы, необходимые для 3D-печати, можно загрузить из Thingiverse. Устройство работает на Arduino Uno R3 с модулем Bluetooth. Подробные схемы и инструкции также можно найти в Thingiverse.
Более дорогие варианты
Для сканирования людей или больших объектов лучшим выбором может стать более дорогостоящая система.
Sense 2 от 3D Systems может сканировать объекты размером до 2 x 2 x 2 м? с рабочим диапазоном до 1,6 м и разрешением 0,9 мм. В качестве альтернативы можно рассмотреть EinScan-Pro и EinScan-Pro+. Они обойдутся вам значительно дороже, чем обычный ручной 3D-сканер. В ручном режиме сканеры имеют точность 0,3 мм, которая может увеличиться до 0,05 мм, если сканер неподвижен.
Источник