Nếu bạn muốn tạo máy quét 3D của riêng mình, bước đầu tiên là tìm một webcam. Nếu bạn có nó, chi phí của toàn bộ dự án sẽ tiêu tốn 40 - 50 đô la. Tính năng quét 3D trên máy tính để bàn đã có những bước tiến dài trong những năm gần đây, nhưng nó vẫn còn những hạn chế lớn. Phần cứng của kỹ thuật được xây dựng trên cơ sở khối lượng và độ phân giải quét nhất định. Bạn chỉ có thể có được kết quả tốt nếu đối tượng của bạn đáp ứng các yêu cầu chụp và độ phân giải.
Cách chụp 3D hoạt động
Photogrammetry sử dụng một tập hợp các ảnh 2D thông thường được chụp từ mọi hướng xung quanh một vật thể. Nếu một điểm trên một vật thể có thể được nhìn thấy trên ít nhất ba hình ảnh, thì vị trí của nó có thể được đo tam giác và đo lường theo ba chiều. Bằng cách xác định và tính toán vị trí của hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu điểm, phần mềm có thể tạo ra một bản tái tạo cực kỳ chính xác.
Không giống như một máy quét phần cứng, quy trình này không có giới hạn về kích thước hoặc độ phân giải. Nếu bạn có thể chụp ảnh một đối tượng, bạn có thể quét nó:
- Yếu tố hạn chế trongphép đo quang là chất lượng của các bức ảnh và do đó là kỹ năng của nhiếp ảnh gia.
- Ảnh phải được nhìn rõ và lấy nét rõ ràng.
- Chúng cũng nên được đặt xung quanh đối tượng để mọi bộ phận của chúng được bao phủ.
Nếu không có máy quét 3D, bạn chỉ có thể tạo hình ảnh 3D của các vật thể lớn. Các mục nhỏ không thể được quét. Để hiểu chi tiết hơn về vấn đề này, chúng ta sẽ phân tích khái niệm về phép đo quang.
Phép đo quang là gì và nó ảnh hưởng như thế nào đến việc hiển thị các vật thể?
Photogrammetry là khoa học lấy các phép đo từ các bức ảnh, đặc biệt là để tái tạo lại vị trí chính xác của các điểm trên bề mặt. Nó cũng có thể được sử dụng để tạo lại đường chuyển động của các điểm neo được chỉ định trên bất kỳ đối tượng chuyển động nào, các thành phần của nó và gần với môi trường.
Nói tóm lại, nó cung cấp cho bạn khả năng tạo lưới 3D từ nhiều ảnh bằng cách so sánh các điểm tương đồng giữa các hình ảnh và chỉnh sửa chúng trong không gian 3D.
Photogrammetry đã xuất hiện được một thời gian, nhưng phải đến khi Autodesk tham gia vào chương trình Memento beta thì mọi thứ mới bắt đầu hoạt động. Memento đã được đổi tên thành ReMake khi nó rời khỏi giai đoạn beta. Nghe giống như ma thuật, phải không? Chà, nó không phải là ma thuật, nó là thực tế. Giờ đây, bất kỳ ai cũng có thể quét 3D mà không cần tốn hàng trăm chiếc cho một máy quét. Ngay cả những máy quét 3D mã nguồn mở giá cả phải chăng cũng đòi hỏi khá nhiều kiến thức để chúng hoạt động bình thường. TỪbất kỳ ai cũng có thể đạt được thứ họ muốn với phép đo quang.
Bàn xoay - giai đoạn thứ hai của quá trình tạo máy quét
Tất cả những gì bạn cần để tạo máy quét 3D của riêng mình là điện thoại thông minh, tai nghe đi kèm và một máy nghe nhạc. Đây là cách nó hoạt động: bạn xoay tay quay và cứ mỗi vòng quay đầy đủ của bàn xoay, máy ảnh của điện thoại sẽ được kích hoạt bởi âm lượng tai nghe 50 lần.
Dễ dàng! Chuyển ảnh sang máy tính của bạn và sau đó sử dụng Autodesk ReMake để làm nên điều kỳ diệu. Thật tuyệt vời, nhưng không chỉ chia lưới tốt, nó còn cung cấp các công cụ để tinh chỉnh lưới, sửa các lỗ, căn chỉnh, chuẩn bị cho in 3D hoặc phục vụ như một hình dạng hệ thống làm tài nguyên 3D cho trò chơi hoặc kết xuất!
Chà, do Apple đã loại bỏ giắc cắm tai nghe cho iPhone 7 trở lên, một phiên bản cập nhật của tính năng tạo máy quét sẽ được sử dụng. Nó dựa trên nguyên tắc hoạt động trên một bộ kích hoạt cho máy ảnh Bluetooth. Điều này sẽ thay thế nhu cầu về giắc cắm tai nghe.
- Quét quang ảnh chất lượng cao yêu cầu ảnh chất lượng cao của đối tượng từ mọi góc độ.
- Cách dễ nhất để quét những thứ nhỏ là xoay đối tượng trong khi chụp ảnh.
- Để làm điều này, máy quét sử dụng động cơ bước được điều khiển bởi bảng Arduino.
- Bước xoay đối tượng theo một khoảng cố định, và sau đó đèn LED hồng ngoại tắt theo một chuỗi nhấp nháy phức tạp bắt chước điều khiển từ xa không dây của máy ảnh.
Màn hình hiển thị LCD với một tập hợp các nútcho phép người dùng điều khiển Arduino. Bằng cách sử dụng các nút, người dùng có thể chọn số lượng ảnh sẽ chụp trên mỗi vòng quay. Máy quét 3D DIY chất lượng cao có thể hoạt động ở chế độ tự động, nơi nó chụp ảnh, nâng cấp động cơ bước và lặp lại nó cho đến khi hoàn thành một cuộc cách mạng hoàn chỉnh.
Ngoài ra còn có một chế độ thủ công, trong đó mỗi lần nhấn nút sẽ chụp ảnh, di chuyển nút xoay và chờ. Điều này rất hữu ích để quét các chi tiết. Máy quét 3D tập trung vào khung tạo khung hình ảnh.
Phần mềm bổ sung
Khi phần mềm đo quang phát hiện một tính năng trong ảnh, nó sẽ cố gắng tìm tính năng đó trong các ảnh khác và ghi lại vị trí trên tất cả các ảnh xuất hiện.
- Nếu đối tượng là một phần của đối tượng xoay, chúng ta sẽ có được dữ liệu tốt.
- Nếu tính năng được phát hiện ở trong nền và không di chuyển trong khi phần còn lại của đối tượng đang được quét, nó có thể phá vỡ liên tục không-thời gian, ít nhất là theo như phần mềm của bạn có liên quan.
Có hai giải pháp:
- Một trong số đó là di chuyển máy ảnh xung quanh đối tượng để giữ cho hậu cảnh đồng bộ với chuyển động. Điều này tốt cho các đối tượng lớn, nhưng việc tự động hóa quá trình này khó hơn nhiều.
- Một giải pháp dễ dàng hơn là để nguyên lớp nền. Điều này dễ thực hiện hơn đối với các vật thể nhỏ. Thêm vào đó là quyềnchiếu sáng và bạn đang trên đường đến những hình nền đẹp mắt.
Một mẹo khác là sử dụng quá mức hình ảnh của bạn với một hoặc hai điểm dừng. Điều này cho phép bạn chụp chi tiết hơn trong bóng của đối tượng trong khi tách nền để mọi đối tượng nền còn lại biến mất thành một màu trắng rực rỡ.
- "Arduino". Nó có các chân không bị che bởi màn hình LCD, giúp kết nối dễ dàng.
- SainSmart 1602 LCD Shield có màn hình và một số nút để điều khiển máy quét.
- Trình điều khiển động cơ bước (Easy Driver).
Động cơ bước NEMA 17 sẽ quay đối tượng được quét. Với động cơ bước lớn (có trình điều khiển và nguồn điện thích hợp), máy quét 3D DIY chất lượng cao này có thể mở rộng quy mô quét. Đèn LED hồng ngoại 950 nm kích hoạt máy ảnh. Một số mô hình phổ biến của máy quét 3D cầm tay dựa trên nguyên tắc này. Bạn có thể lặp lại quá trình xây dựng bằng tay của chính mình. Chúng tôi cung cấp một số tùy chọn để bạn lựa chọn.
Spinscan của Tony Buzer: cơ sở của tất cả các máy quét
Năm 2011, thiên tài in 3D Tony Buzer đã phát hành Spinscan. Đây là một máy quét 3D tự chế mã nguồn mở dựa trên tia laser và một máy ảnh kỹ thuật số. Sau đó, MakerBot đã sử dụng các ý tưởng từ Spinscan để tạo ra Máy quét Số hóa mã nguồn đóng.
FabScan
FabScan bắt đầu như một dự án tốt nghiệp và kể từ đó đã được chấp nhận bởi một cộng đồng nhỏ tiếp tục làm việc để cải thiện các tính năng của nó. FabScan hoạt động giống như nhiều máy quét laser khác, nhưng được hỗ trợ bởi một vỏ tích hợp giúp làm đều các mức ánh sáng, ngăn chặn sự biến dạng khi quét.
VirtuCube
Một phương pháp thay thế cho máy quét laser là máy quét ánh sáng có cấu trúc. Sử dụng máy chiếu pico thay vì laser, VirtuCube có thể dễ dàng được tạo ra với một số bộ phận in và thiết bị điện tử cơ bản. Toàn bộ hệ thống này có thể được đặt trong hộp carton để ngăn các nguồn sáng khác gây ra lỗi in.
Hai máy quét laser nguồn mở mới thú vị đã được phát hành: BQ Cyclop và Murobo Atlas.
BQ - hệ thống quét laser
Công ty điện tử tiêu dùng Tây Ban Nha BQ đã công bố máy quét 3D Cyclop tại CES. Cyclop sử dụng hai mức dòng laser, một webcam USB tiêu chuẩn và bộ điều khiển Arduino tùy chỉnh của BQ. BQ đã viết ứng dụng quét của riêng mình có tên là Horus. Trong khi các báo cáo nói rằng Cyclop vẫn chưa có sẵn, BQ cho biết nó sẽ ra mắt vào cuối năm nay.
"Atlas" là một dự án được phát triển yêu cầu cải tiến
Máy quét 3D củaMurobo hiện đang tìm kiếm tiền trên Kickstarter. Giống như Spinscan, Digitizer và Cyclop, Atlas sử dụng các mô-đun dòng laze và một webcam để quét một đối tượng trên nền quay. Atlas thay thế Arduino Raspberry Pi để tích hợp điều khiển và chụp vào một thiết bị. Giống như Cyclop, người sáng tạo Atlas hứa hẹn đây sẽ là một dự ánmã nguồn mở. Các bộ 129 đô la đã được bán hết, nhưng một số vẫn còn ở mức 149 đô la và 209.
Vào năm 2019, công ty đặt mục tiêu ra mắt máy quét 3D dựa trên điện thoại thông minh không chỉ hiển thị khả năng hiển thị nền mà còn tạo tiêu điểm khi chụp ảnh. Ở Mỹ, những điều mới lạ về DIY rất đáng kinh ngạc. Nếu bạn không biết cách tạo máy quét 3D, hãy sử dụng phiên bản chưa hoàn chỉnh của Atlas. Có một chức năng khá rõ ràng và các nhà phát triển chỉ cần flash thiết bị và đảm bảo hoạt động của các chức năng đó mà họ muốn xem.
CowTech Ciclop: mẫu máy đa năng mới
Giá lên đến $ 160 (tùy thuộc vào việc bạn có in các bộ phận 3D hay không). Công ty có trụ sở tại Hoa Kỳ. Độ phân giải của ảnh thành phẩm đạt 0,5 mm. Khối lượng quét tối đa: 200 × 200 × 205 mm. BQ đã hình thành nền tảng của bộ máy quét 3D tự làm cho máy in 3D. Với bàn tay của chính mình, bạn có thể sửa đổi phiên bản của mô hình để tạo ra hình ảnh trong không gian bốn chiều.
CowTech Engineering đã tận dụng các quỹ do BQ dẫn dắt để mang lại giá trị duy nhất cho mô hình được cập nhật. Cơ hội mới:
- đánh giá môi trường,
- chụp nền,
- màn hình ống kính kiểu đảo ngược.
Trung thành với phong trào mã nguồn mở, Cowtech đã phát động một chiến dịch Kickstarter để gây quỹ nhằm tung ra phiên bản sản xuất của phiên bản gốc, Ciclop CowTech. Nhóm đã đặt ra mục tiêu cao cả là huy động được 10.000 đô la nhưng đã bị bất ngờ vàrất vui khi cộng đồng có thể quyên góp được $ 183,000. Bộ máy quét điện thoại và máy ảnh CowTech Ciclop DIY 3D ra đời.
Vậy sự khác biệt giữa phiên bản CowTech và phiên bản BQ DIY là gì?
CowTech Ciclop vẫn sử dụng phần mềm Horus 3D vì đây là một cửa hàng tuyệt vời để quét vật thể 3D. Tuy nhiên, sự khác biệt nằm ở thiết kế hơi khác một chút mà nhóm đã dành nhiều ngày để phát triển để các bộ phận có thể được in 3D trên bất kỳ máy in 3D FDM nào.
Các khoảng trống giống nhau có thể được sử dụng để phát triển các thiết bị bằng chính bàn tay của bạn. Máy quét và máy in 3D của công ty chỉ có khối lượng bản dựng nhỏ, vì vậy CowTech đã thiết kế các bộ phận có thể in trên bất kỳ máy in nào với khối lượng bản dựng là 115 × 110 × 65mm, có trong hầu hết các máy in 3D.
Ciclop by CowTech:
- Có giá đỡ laser có thể điều chỉnh ở đây.
- CowTech DIY sử dụng acrylic cắt laser.
BQ Ciclop:
- Mô hình sử dụng thanh ren.
- Không có acrylic cắt laser.
Không có vấn đề gì lớn, và các máy quét trông vẫn khá giống nhau, nhưng CowTech chỉ có ý định cải thiện thiết kế hiện có chứ không phải cải tiến nó. CowTech bán một Ciclop sẵn sàng quét với giá $ 159 trên trang web của họ. Nói chung, nó là một máy quét 3D DIY giá rẻ tuyệt vời, rất hiệu quả để quét 3D tam giác bằng laser.
Máy quay và bàn để tạo máy quét
- Điện thoại di độngđược trang bị công nghệ máy quét 3D DIY: phép đo ảnh - tính năng công nghệ hiện có.
- Giá: Tự in miễn phí (mặc dù vật liệu sẽ có giá khoảng $ 30).
- Máy quét 3D DIY này sẽ khá dễ tạo. Dave Clark, một nhà sản xuất của Anh, đảm bảo rằng các mô hình có thể được tháo rời ngay cả trước khi bắt đầu bán hàng. Các bộ phận thay thế sẽ được sử dụng để chế tạo các máy quét khác.
Điều này là do nó dựa trên phép đo quang, không phải tia laze và tương thích với điện thoại thông minh của bạn! Bạn có thể tải xuống tệp có thể in 3D để đồng bộ hóa thiết bị.
Với bàn tay của chính bạn, một máy quét 3D có thể được tạo ra từ các phương tiện ngẫu hứng. Bạn chỉ cần tin tưởng những người tạo ra DIY 3D. Một thiết bị đơn giản ngay lập tức biến iPhone hoặc Android của bạn thành máy quét 3D bằng cách kết nối nó với trình phát này. Sau đó, sử dụng tai nghe và máy ảnh điện thoại, nó sẽ chụp hơn 50 bức ảnh của đối tượng, chúng sẽ được quét khi bàn xoay quay.
Sau khi chụp xong những hình ảnh này, bạn có thể tải chúng vào một chương trình như Autodesk ReCap để biến ảnh thành tệp 3D đầy đủ.
Nhìn chung, đây là một dự án sáng tạo tuyệt vời và là một máy quét 3D DIY tuyệt vời dành cho những người có ngân sách tiết kiệm.
Máy quét 3D Microsoft Kinect
Nó thậm chí còn thấp hơn chỉ $ 99 (nhưng không còn được bán nữa, mặc dù Kinect V2 vẫn có sẵn trên Xbox One). Khẩu hiệu của công ty là: Tạo máy quét 3D của riêng bạn từ Kinect và khiến bạn bè của bạn ngạc nhiên.
Mặc dù Microsoft đã đáp ứng nhu cầu bằng cách tạo ứng dụng Quét 3D của riêng mình cho máy quét Kinect, nhưng có một số tùy chọn của bên thứ ba có thể phù hợp hơn. Chúng bao gồm:
- Skanect, do Occupital sản xuất, cũng bán cảm biến kết cấu.
- Tái tạoMe. Nó cung cấp một bộ công cụ cho phép bạn thực hiện quét 3D với giá dưới 100 đô la.
Kết quả không phải là tuyệt vời, nhưng với mức giá như vậy thì khá là chấp nhận được. Nó đã được chứng minh là kém hơn so với phương pháp đo biểu đồ truyền thống về chất lượng, đặc biệt là về độ chi tiết tốt, chẳng hạn như trên các mô hình nhỏ như răng cá mập. Tuy nhiên, đối với máy quét 3D mới bắt đầu, đây là một sản phẩm cấp nhập cảnh tuyệt vời, đặc biệt là vì bạn có thể đã có một cái cho Xbox 360.
Trước khi tạo máy quét
Có nhiều máy ảnh bạn có thể sử dụng. Tất nhiên, để biết làm thế nào để tạo ra một máy quét 3D từ điện thoại của bạn bằng chính tay của bạn, bạn cần phải tính toán những gì cần thiết cho việc này. Nếu bạn định sử dụng Pi Scan để điều khiển máy ảnh của mình, thì bạn nên sử dụng Canon PowerShot ELPH 160. Nhưng nếu bạn đang sử dụng bất kỳ thiết lập nào khác, đây là một số khuyến nghị chung về máy ảnh:
- Bạn cần bao nhiêu megapixel? Đo các mục bạn sắp quét. Nhắm đến kích thước trung bình lớn nhất (không chọn những giá trị ngoại lệ lớn nhất). Ví dụ: hầu hết các sách giáo khoa đều có kích thước 22,86 × 27,94 cm. Bây giờ, hãy nhân kích thước này với PPI (pixel trên centimet) mà bạn định chụp. 300-đây là mức tối thiểu an toàn, mặc dù bạn không thể sai nếu bạn lấy nhiều hơn. Vì vậy, trong ví dụ của chúng tôi - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. Chúng tôi cần một hình ảnh có ít nhất 2700 × 3300=8.910.000 pixel hoặc khoảng 9 megapixel.
- Bạn cần kiểm soát gì? Nếu bạn chỉ quét một cuốn sách hoặc bạn chỉ quét một mục để tìm nội dung thông tin của nó (trái ngược với việc cố gắng nắm bắt hình thức thực tế), bạn không cần những bức ảnh quá đẹp. Nếu cài đặt ánh sáng hoặc máy ảnh thay đổi từ ảnh này sang ảnh khác, bạn vẫn sẽ nhận được kết quả tốt.
- Tốc độ màn trập - khẩu độ ISO cân bằng trắng.
- Bật / tắt đèn flash. Mọi xử lý hình ảnh tùy chỉnh (làm sắc nét, tăng cường màu sắc, v.v.).
- Focus (lý tưởng là khả năng khóa nét).
- Bù phơi sáng.
- Phóng đại - hầu hết các máy DSLR đều cho phép thực hiện tất cả các loại điều khiển này; đối với máy ảnh nhỏ gọn, chỉ máy ảnh Canon Powershot hỗ trợ CHDK. Chúng cho phép bạn kiểm soát tất cả các thông số này.
Phụ thuộc nhiều vào ngân sách. Máy quét được bán với giá tương đương với máy ảnh. Nếu bạn muốn tự mình làm mọi thứ thì ngân sách có hạn. Chú ý đến phân khúc giá cả phải chăng của thị trường quang học và phụ tùng.
- Khó khăn đầu tiên gặp phải khi chế tạo máy quét laser 3D là tìm một bệ xoay. Đồng thời, nó chỉ cần được kiểm soát khi có sự trợ giúp của MatLab. Thay vì tốn nhiều tiền hoặc thời gian, bạn có thể muaĐộng cơ bước 28BYJ-48-5V với bảng mô-đun kiểm tra ổ đĩa ULN2003.
- Tiếp theo, dán nền vào trục động cơ bước và đặt nó vào rãnh bên trong giá đỡ. Nền tảng phải bằng "đá cẩm thạch", nhưng lưu ý rằng nó càng rẻ thì càng có nhiều đường kính không nhất quán có thể khiến mọi thứ không bằng phẳng.
- Nếu bạn có một phương pháp để có được cách quay chính xác có thể được điều khiển trong Mat Lab, hãy thiết lập máy ảnh ở bất kỳ khoảng cách và độ cao nào, cũng như đường laser ở bên trái hoặc bên phải của máy ảnh và bàn xoay. Góc của tia laser phải tối ưu để bao phủ hầu hết bàn xoay, nhưng không cần chính xác, chúng tôi sẽ xử lý sự khác biệt về tỷ lệ mô hình trong mã.
- Phần quan trọng nhất để hoạt động tốt là hiệu chỉnh máy ảnh. Sử dụng bộ công cụ thị giác máy tính MatLab, bạn có thể nhận được tiêu cự chính xác và tâm quang học của máy ảnh với độ chính xác 0,14 pixel.
Lưu ý rằng việc thay đổi độ phân giải máy ảnh sẽ thay đổi các giá trị của quá trình hiệu chuẩn. Các giá trị chính mà chúng tôi đang tìm kiếm là độ dài tiêu cự, được đo bằng đơn vị pixel và tọa độ pixel của tâm quang học của mặt phẳng hình ảnh.
Hầu hết các máy ảnh nhỏ gọn giá rẻ đều không có giao diện phần mềm. Chúng chỉ có thể được vận hành bằng tay hoặc máy móc. Nhưng một nhóm tình nguyện viên đã phát triển phần mềm cho phép bạn điều khiển và cấu hình từ xa các máy ảnh compact Canon. Phần mềm này được gọi làCHDK.
- CHDK được tải xuống thẻ SD, sau đó sẽ được lắp vào máy ảnh.
- Khi máy ảnh khởi động, CHDK sẽ tự động khởi động.
- Vì CHDK không bao giờ thực hiện các thay đổi vĩnh viễn đối với máy ảnh, bạn luôn có thể chỉ cần tháo thẻ SD CHDK chuyên dụng để máy ảnh hoạt động bình thường.
CHDK là điều kiện tiên quyết cần thiết cho các bộ điều khiển phần mềm được liệt kê dưới đây. Bộ điều khiển chạy trên PC hoặc Raspberry Pi và giao tiếp với phần mềm CHDK chạy trên máy ảnh qua USB. Khi sử dụng các loại camera giá rẻ khác, lựa chọn điều khiển duy nhất là khởi động bằng cơ hoặc bằng tay thông qua các chương trình cài đặt như hình trên.
