إذا كنت تريد إنشاء ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد خاص بك ، فإن الخطوة الأولى هي العثور على كاميرا ويب. إذا كان لديك ، فستتكلف تكلفة المشروع بأكمله 40-50 دولارًا. حقق المسح ثلاثي الأبعاد لسطح المكتب خطوات كبيرة في السنوات الأخيرة ، ولكن لا يزال به قيود كبيرة. تم بناء معدات هذه التقنية على أساس حجم معين ودقة المسح. لا يمكنك الحصول على نتائج جيدة إلا إذا كان هدفك يلبي متطلبات التصوير والدقة.
كيف يعمل التصوير ثلاثي الأبعاد
يستخدم القياس التصويري مجموعة من الصور ثنائية الأبعاد التقليدية مأخوذة من جميع الاتجاهات حول كائن ما. إذا كان من الممكن رؤية نقطة على كائن ما على ثلاث صور على الأقل ، فيمكن تحديد موقعها مثلثات وقياسها بثلاثة أبعاد. من خلال تحديد وحساب موقع آلاف أو حتى ملايين النقاط ، يمكن للبرنامج إنشاء نسخة دقيقة للغاية.
على عكس ماسح الأجهزة ، فإن هذه العملية ليس لها حدود للحجم أو الدقة. إذا كان بإمكانك التقاط صورة لشيء ما ، فيمكنك مسحه ضوئيًا:
- العامل المحدد فيالقياس التصويري هو جودة الصور وبالتالي مهارة المصور.
- يجب أن تكون الصور مرئية بوضوح ومركزة بشكل واضح.
- يجب أيضًا وضعها حول الكائن بحيث يتم تغطية كل جزء منها.
بدون ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد ، يمكنك فقط إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد لكائنات كبيرة. لا يمكن فحص العناصر الصغيرة. لفهم هذا بمزيد من التفصيل ، سنقوم بتحليل مفهوم المسح التصويري.
ما هو القياس التصويري وكيف يؤثر على عرض الأشياء؟
القياس التصويري هو علم أخذ القياسات من الصور ، خاصة لإعادة بناء الموقع الدقيق لنقاط السطح. يمكن استخدامه أيضًا لإعادة بناء مسارات الحركة لنقاط الربط المحددة على أي كائن متحرك ومكوناته وعلى مقربة من البيئة.
باختصار ، يمنحك القدرة على إنشاء شبكة ثلاثية الأبعاد من صور متعددة من خلال مقارنة أوجه التشابه بين الصور وتثليتها في مساحة ثلاثية الأبعاد.
القياس التصويري موجود منذ فترة ، لكن لم تبدأ الأمور في العمل إلا بعد أن قفزت Autodesk إلى برنامج Memento التجريبي. تمت إعادة تسمية Memento إلى ReMake عندما غادرت المرحلة التجريبية. يبدو مثل السحر ، أليس كذلك؟ حسنًا ، هذا ليس سحرًا ، إنه حقيقة. الآن يمكن لأي شخص إجراء مسح ضوئي ثلاثي الأبعاد دون إنفاق المئات على الماسح الضوئي. حتى الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر ذات الأسعار المعقولة تتطلب قدرًا كبيرًا من المعرفة لجعلها تعمل بشكل صحيح. منيمكن لأي شخص الحصول على ما يريد بالمسح التصويري.
Turntable - المرحلة الثانية من إنشاء ماسح ضوئي
كل ما تحتاجه لإنشاء ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد خاص بك هو هاتفك الذكي وسماعات رأس ومشغل. وإليك طريقة عملها: تقوم بإدارة الكرنك ، ولكل دوران كامل للصندوق الدوار ، يتم تشغيل كاميرا الهاتف من خلال مستوى صوت سماعة الرأس 50 مرة.
سهل! انقل الصور إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بك ثم استخدم Autodesk ReMake لعمل العجائب. إنه أمر مذهل ، ولكنه ليس جيدًا في التشبيك فحسب ، بل إنه يوفر أيضًا أدوات لتعديل الشبكة ، أو إصلاح الثقوب ، أو المحاذاة ، أو التحضير للطباعة ثلاثية الأبعاد ، أو بمثابة شكل نظام كمورد ثلاثي الأبعاد للألعاب أو العروض!
حسنًا ، نظرًا لأن Apple قد أزالت مقبس سماعة الرأس لجهاز iPhone 7 وما فوق ، سيتم استخدام إصدار محدث من إنشاء الماسح الضوئي. يعتمد على مبدأ العمل على مشغل لكاميرا Bluetooth. سيحل هذا محل الحاجة إلى مقبس سماعة رأس.
- المسح التصويري عالي الجودة يتطلب صورًا عالية الجودة للموضوع من جميع الزوايا.
- أسهل طريقة لمسح الأشياء الصغيرة هي تدوير الكائن أثناء التصوير.
- للقيام بذلك ، يستخدم الماسح محرك متدرج يتم التحكم فيه بواسطة لوحة Arduino.
- يقوم السائر بتدوير الكائن بمقدار ثابت ، ثم ينطفئ مؤشر LED بالأشعة تحت الحمراء في سلسلة معقدة ومخادعة من الفلاشات التي تحاكي جهاز التحكم عن بعد اللاسلكي في الكاميرا.
شاشة عرض LCD بها مجموعة من الأزراريسمح للمستخدم بالتحكم في Arduino. باستخدام الأزرار ، يمكن للمستخدم تحديد عدد اللقطات التي سيتم التقاطها في كل دورة. يمكن للماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد DIY عالي الجودة أن يعمل في الوضع التلقائي ، حيث يلتقط صورة ويطور محرك السائر ويكرره حتى يكمل ثورة كاملة.
هناك أيضًا وضع يدوي تلتقط فيه كل ضغطة على الزر صورة وتحريك قرص التشغيل والانتظار. هذا مفيد لمسح التفاصيل. يركز الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد على الإطار الذي يحيط بالصورة.
برامج إضافية
عندما يكتشف برنامج القياس التصويري ميزة في صورة ما ، فإنه يحاول العثور على هذه الميزة في الصور الأخرى ويسجل الموقع على جميع الصور التي تظهر.
- إذا كان الكائن جزءًا من كائن دوار ، نحصل على بيانات جيدة.
- إذا كانت الميزة المكتشفة في الخلفية ولا تتحرك أثناء فحص باقي الكائن ، فقد يؤدي ذلك إلى كسر استمرارية الزمكان ، على الأقل فيما يتعلق ببرنامجك.
هناك حلان:
- يقوم أحدهم بتحريك الكاميرا حول الموضوع للحفاظ على تزامن الخلفية مع الحركة. هذا جيد للأجسام الكبيرة ، لكن من الصعب جدًا أتمتة العملية.
- الحل الأسهل هو ترك الخلفية كما هي. هذا من الأسهل القيام به للأشياء الصغيرة. أضف إلى ذلك الحقالإضاءة وأنت في طريقك لخلفيات بلا ملامح
نصيحة أخرى هي الإفراط في تعريض صورك بوقفة أو اثنتين. يتيح لك هذا التقاط مزيد من التفاصيل في ظل الهدف أثناء فصل الخلفية بحيث تختفي أي كائنات متبقية في الخلفية إلى اللون الأبيض اللامع.
- "اردوينو". يحتوي على دبابيس غير مغطاة بشاشة LCD ، مما يسهل التوصيل.
- SainSmart 1602 LCD Shield الذي يحتوي على شاشة وبعض الأزرار للتحكم في الماسح الضوئي.
- محرك متدرج (Easy Driver).
سوف يقوم محرك السائر NEMA 17 بتدوير الكائن الممسوح ضوئيًا. باستخدام محرك متدرج كبير (مزود بمحرك مناسب ومصدر طاقة) ، يمكن لهذا الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد المصنوع يدويًا عالي الجودة أن يوسع نطاق المسح. 950 نانومتر IR LED يقوم بتشغيل الكاميرا. تعتمد بعض النماذج الشائعة من الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد على هذا المبدأ. يمكنك تكرار عملية البناء بيديك. نحن نقدم العديد من الخيارات للاختيار من بينها.
Spinscan بواسطة Tony Buzer: أساس جميع الماسحات الضوئية
في عام 2011 ، أصدر عبقري الطباعة ثلاثية الأبعاد توني بوزر Spinscan. هذا ماسح ثلاثي الأبعاد مفتوح المصدر محلي الصنع يعتمد على ليزر وكاميرا رقمية. لاحقًا ، استخدم MakerBot أفكارًا من Spinscan لإنشاء ماسح ضوئي رقمي مغلق المصدر.
FabScan
بدأ FabScan كمشروع تخرج ومنذ ذلك الحين تم اعتماده من قبل مجتمع صغير يواصل العمل على تحسين ميزاته.يعمل FabScan مثل العديد من الماسحات الضوئية الليزرية الأخرى ، ولكنه مدعوم بغطاء مدمج يساعد في موازنة مستويات الضوء ، ويمنع التشويه عند المسح.
VirtuCube
طريقة بديلة للماسحات الضوئية بالليزر هي الماسح الضوئي المهيكل. باستخدام جهاز عرض بيكو بدلاً من الليزر ، يمكن إنشاء VirtuCube بسهولة باستخدام بعض الأجزاء المطبوعة والإلكترونيات الأساسية. يمكن وضع هذا النظام بأكمله في علبة كرتون لمنع مصادر الضوء الأخرى من التسبب في أخطاء في الطباعة.
تم إطلاق اثنين من الماسحات الضوئية الليزرية الجديدة والمفتوحة المصدر: BQ Cyclop و Murobo Atlas.
BQ - نظام المسح بالليزر
أعلنت شركة الإلكترونيات الاستهلاكية الإسبانية BQ عن جهاز Cyclop 3D Scanner في معرض CES. يستخدم Cyclop مستويين من خطوط الليزر وكاميرا ويب USB قياسية ووحدة تحكم Arduino المخصصة من BQ. كتب BQ تطبيق المسح الضوئي الخاص به المسمى Horus. بينما تشير التقارير إلى أن Cyclop ليس متاحًا بعد ، تقول BQ إنه سيكون في وقت لاحق من هذا العام.
"أطلس" مشروع مطور يتطلب تحسينات
الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد من Murobo يسعى حاليًا للحصول على أموال على Kickstarter. مثل Spinscan و Digitizer و Cyclop ، يستخدم Atlas وحدات خط ليزر وكاميرا ويب لمسح كائن على منصة دوارة. يحل Atlas محل Arduino Raspberry Pi لدمج التحكم والتقاط في الجهاز. مثل Cyclop ، يعد منشئ Atlas أنه سيكون مشروعًاالمصدر المفتوح. تم بيع مجموعات 129 دولارًا ، لكن بعضها بقي عند 149 دولارًا و 209 دولارًا.
في عام 2019 ، تهدف الشركة إلى إطلاق ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد قائم على الهاتف الذكي لن يعرض رؤية الخلفية فحسب ، بل يركز أيضًا على التركيز عند التقاط صورة. في أمريكا ، تعتبر المستجدات DIY مذهلة. إذا كنت لا تعرف كيفية عمل ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد ، فاستخدم الإصدار غير المكتمل من أطلس. هناك وظيفة واضحة إلى حد ما ، ويحتاج المطورون فقط إلى وميض الجهاز والتأكد من تشغيل تلك الوظائف التي يريدون رؤيتها نتيجة لذلك.
CowTech Ciclop: نموذج جديد لآلة متعددة الوظائف
يرتفع السعر إلى 160 دولارًا (اعتمادًا على ما إذا كنت تطبع أجزاء ثلاثية الأبعاد أم لا). يقع مقر الشركة في الولايات المتحدة الأمريكية. تصل دقة الصور النهائية إلى 0.5 مم. حجم المسح الأقصى: 200 × 200 × 205 مم. شكلت BQ أساس مجموعة الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد DIY لطابعة ثلاثية الأبعاد. بيديك يمكنك تعديل إصدار النموذج لإنشاء صور في فضاء رباعي الأبعاد.
استفادت CowTech Engineering الأموال التي يقودها BQ لإعطاء قيمة فريدة للنموذج المحدث. فرص جديدة:
- مراجعة البيئة ،
- التقاط الخلفية ،
- عرض العدسة ذات النمط العكسي.
وفية لحركة المصدر المفتوح ، أطلقت Cowtech حملة Kickstarter لجمع الأموال لإطلاق نسخة إنتاجية من النسخة الأصلية Ciclop CowTech. وضع الفريق هدفًا ساميًا يتمثل في جمع 10000 دولار ، لكنه قوبل بمفاجأة وسعدت عندما تمكن المجتمع من جمع 183000 دولار. ولدت مجموعة كاميرا CowTech Ciclop DIY ثلاثية الأبعاد ومجموعة الماسح الضوئي للهاتف.
إذن ما الفرق بين إصدار CowTech وإصدار BQ DIY؟
CowTech لا يزال Ciclop يستخدم برنامج Horus 3D لأنه متجر رائع لمسح الكائنات ثلاثية الأبعاد. تكمن الاختلافات ، مع ذلك ، في تصميم مختلف قليلاً ، قضى الفريق عدة أيام في تطويره بحيث يمكن طباعة الأجزاء ثلاثية الأبعاد على أي طابعة FDM ثلاثية الأبعاد.
يمكن استخدام نفس الفراغات لتطوير الأجهزة بيديك. الماسحات الضوئية والطابعات ثلاثية الأبعاد الخاصة بالشركة لا تحتوي إلا على حجم بناء صغير ، لذلك صممت CowTech أجزاء يمكن طباعتها على أي طابعة بحجم بناء يبلغ 115 × 110 × 65 مم ، وهو موجود في جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد تقريبًا.
Ciclop بواسطة CowTech:
- هناك حوامل ليزر قابلة للتعديل هنا
- تستخدم CowTech DIY قطع الاكريليك بالليزر.
BQ سيكلوب:
- تستخدم النماذج قضبان ملولبة.
- لا يوجد قطع أكريليك بالليزر.
ليس بالأمر المهم ، ولا تزال الماسحات الضوئية متشابهة إلى حد كبير ، لكن شركة CowTech تهدف فقط إلى تحسين التصميم الحالي ، وليس إصلاحه. تبيع CowTech جهاز Ciclop جاهزًا للمسح الضوئي مقابل 159 دولارًا على موقعه على الإنترنت. الكل في الكل هو ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد رائع ورخيص الثمن ، فعال للغاية في المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد بالليزر.
آلات دوارة وجداول لإنشاء ماسحات ضوئية
- هاتف محمولمجهزة بتقنية الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد DIY: القياس التصويري - الميزة التكنولوجية الحالية.
- السعر: طباعة مجانية بنفسك (على الرغم من أن تكلفة المواد ستبلغ حوالي 30 دولارًا).
- سيكون من السهل جدًا إنشاء هذا الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد. تأكدت شركة Dave Clark ، وهي شركة تصنيع بريطانية ، من إمكانية تفكيك النماذج حتى قبل بدء المبيعات. سيتم استخدام قطع الغيار لبناء ماسحات ضوئية أخرى.
هذا لأنه يعتمد على القياس التصويري ، وليس التثليث بالليزر ، وهو متوافق مع هاتفك الذكي! يمكنك تنزيل الملف القابل للطباعة ثلاثي الأبعاد لمزامنة الأجهزة.
بأيديكم ، يمكن صنع ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد من وسائل مرتجلة. تحتاج فقط إلى الوثوق بمنشئي DIY 3D. يقوم جهاز بسيط بتحويل جهاز iPhone أو Android الخاص بك على الفور إلى ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد عن طريق توصيله بهذا المشغل. ثم ، باستخدام سماعات الرأس وكاميرا الهاتف ، فإنه يأخذ أكثر من 50 صورة للكائن ، والتي سيتم مسحها ضوئيًا أثناء تدوير القرص الدوار.
بمجرد التقاط هذه الصور ، يمكنك تحميلها في برنامج مثل Autodesk ReCap لتحويل الصور إلى ملف ثلاثي الأبعاد كامل.
بشكل عام ، هذا مشروع إبداعي رائع وماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد رائع DIY للأشخاص ذوي الميزانية المحدودة.
الماسح الضوئي Microsoft Kinect 3D
إنها أقل بسعر 99 دولارًا فقط (لكنها لم تعد تُباع ، على الرغم من أن Kinect V2 لا يزال متاحًا على Xbox One). شعار الشركة هو: اصنع ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد خاص بك من Kinect وفاجئ أصدقاءك.
بينما استجابت Microsoft للطلب من خلال إنشاء تطبيق المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد الخاص بها لجهاز الماسح الضوئي Kinect ، هناك عدد من خيارات الجهات الخارجية التي قد تكون مفضلة. وتشمل هذه:
- Skanect ، من صنع شركة أكوبليتال ، والتي تبيع أيضًا مستشعر نسيج.
- ReconstructMe. يوفر مجموعة من الأدوات التي تتيح لك إجراء مسح ضوئي ثلاثي الأبعاد بأقل من 100 دولار.
النتائج ليست رائعة ، لكن بالنسبة لمثل هذا السعر فهي مقبولة تمامًا. لقد ثبت أنه أدنى من القياس الأولي التقليدي من حيث الجودة ، لا سيما في التفاصيل الدقيقة ، مثل النماذج الصغيرة مثل أسنان القرش. مع ذلك ، بالنسبة للماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد للمبتدئين ، يعد هذا منتجًا رائعًا للمبتدئين ، خاصة وأنك قد يكون لديك بالفعل واحدًا لجهاز Xbox 360.
قبل إنشاء ماسح ضوئي
هناك العديد من الكاميرات التي يمكنك استخدامها. بالطبع ، من أجل معرفة كيفية عمل ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد من هاتفك بيديك ، تحتاج إلى حساب ما هو مطلوب لهذا الغرض. إذا كنت تخطط لاستخدام Pi Scan للتحكم في الكاميرات الخاصة بك ، فعليك استخدام Canon PowerShot ELPH 160. ولكن إذا كنت تستخدم أي إعداد آخر ، فإليك بعض التوصيات العامة للكاميرا:
- كم عدد الميجابكسل التي تحتاجها؟ قم بقياس العناصر التي أنت على وشك مسحها ضوئيًا. استهدف أكبر حجم متوسط (لا تختر القيم المتطرفة الأكبر). على سبيل المثال ، يبلغ حجم معظم الكتب المدرسية 22.86 × 27.94 سم ، والآن اضرب هذا الحجم في PPI (بكسل لكل سنتيمتر) الذي تنوي التقاطه. 300-هذا هو الحد الأدنى الآمن ، على الرغم من أنه لا يمكنك أن تخطئ إذا حصلت على المزيد. لذلك ، في مثالنا - 9 × 300=2700. 11 × 300=3300. نحتاج إلى صورة لا تقل عن 2700 × 3300=8910000 بكسل ، أو حوالي 9 ميغا بكسل.
- ما هو التحكم الذي تحتاجه؟ إذا كنت تقوم فقط بمسح كتاب واحد ضوئيًا ، أو كنت تقوم فقط بمسح عنصر ما بحثًا عن محتواه المعلوماتي (بدلاً من محاولة التقاط المظهر الفعلي) ، فلن تحتاج إلى لقطات جيدة جدًا. إذا تغيرت إعدادات الإضاءة أو الكاميرا من لقطة إلى أخرى ، فستظل تحصل على نتائج جيدة.
- سرعة الغالق - فتحة توازن اللون الأبيض ISO.
- فلاش تشغيل / إيقاف. أي معالجة مخصصة للصور (زيادة الوضوح ، تحسين اللون ، إلخ).
- التركيز (من الناحية المثالية القدرة على قفل التركيز).
- تعويض التعرض.
- التكبير - تسمح معظم كاميرات DSLR بكل هذا النوع من التحكم ؛ للكاميرات المدمجة ، فقط كاميرات Canon Powershot التي تدعم CHDK. إنها تسمح لك بالتحكم في كل هذه المعلمات.
يعتمد الكثير على الميزانية. تباع الماسحات الضوئية بنفس سعر الكاميرات. إذا كنت تريد أن تفعل كل شيء بنفسك ، فإن الميزانية محدودة. انتبه إلى الشريحة ذات الأسعار المعقولة من سوق البصريات وقطع الغيار.
- الصعوبة الأولى التي واجهتها في بناء ماسح ضوئي ليزري ثلاثي الأبعاد هي إيجاد منصة دوارة. في الوقت نفسه ، يجب التحكم فيه فقط بمساعدة MatLab. بدلاً من إنفاق الكثير من المال أو الوقت ، يمكنك الشراء28BYJ-48-5V محرك متدرج مع لوحة وحدة اختبار محرك ULN2003.
- بعد ذلك ، قم بلصق المنصة بعمود محرك السائر وضعها في الأخدود داخل الحامل. يجب أن تكون المنصة مغمورة "بالرخام" ، لكن اعلم أنه كلما كانت أرخص ، كلما زادت الأقطار غير المتسقة التي يمكن أن تجعل الأشياء غير مستوية.
- إذا كان لديك طريقة للحصول على دوران دقيق يمكن التحكم فيه في Mat Lab ، فقم بإعداد الكاميرا على أي مسافة وارتفاع ، بالإضافة إلى خط الليزر على يسار أو يمين الكاميرا والصينية الدوارة. يجب أن تكون زاوية الليزر مثالية لتغطية معظم القرص الدوار ، ولكن لا يلزم أن يكون هناك شيء دقيق ، سنتعامل مع اختلاف مقياس النموذج في الكود.
- أهم جزء للتشغيل السليم هو معايرة الكاميرا. باستخدام مجموعة أدوات رؤية الكمبيوتر MatLab ، يمكنك الحصول على البعد البؤري الدقيق والمركز البصري للكاميرا بدقة 0.14 بكسل.
كن على علم بأن تغيير دقة الكاميرا سيغير قيم عملية المعايرة. القيم الرئيسية التي نبحث عنها هي الطول البؤري ، المقاس بوحدات البكسل ، وإحداثيات البكسل للمركز البصري لمستوى الصورة.
لا تحتوي معظم الكاميرات المدمجة الرخيصة على واجهة برمجية. لا يمكن تشغيلها إلا يدويًا أو ميكانيكيًا. لكن فريقًا من المتطوعين طور برنامجًا يتيح لك التحكم عن بُعد في كاميرات Canon المدمجة وتهيئتها. هذا البرنامج يسمىCHDK.
- يتم تنزيلCHDK على بطاقة SD ، والتي يتم إدخالها بعد ذلك في الكاميرا.
- عند بدء تشغيل الكاميرا ، يبدأ تشغيل CHDK تلقائيًا.
- نظرًا لأن CHDK لا تجري تغييرات دائمة على الكاميرا ، يمكنك دائمًا إزالة بطاقة CHDK SD المخصصة لتشغيل الكاميرا بشكل عادي.
CHDK هو شرط أساسي لوحدات التحكم في البرامج المدرجة أدناه. تعمل وحدات التحكم على جهاز كمبيوتر شخصي أو Raspberry Pi وتتواصل مع برنامج CHDK الذي يعمل على الكاميرات عبر USB. عند استخدام أنواع أخرى من الكاميرات الرخيصة ، فإن خيار التحكم الوحيد هو نوع من التشغيل الميكانيكي أو اليدوي من خلال برامج التثبيت كما هو موضح أعلاه.
