Как отсканировать деталь для 3D-принтера
Обновлено: 21.11.2024
Обратный инжиниринг — это мощный способ создания цифровых моделей из физической детали, который может стать ценным инструментом в вашем наборе инструментов для создания прототипов наряду с такими технологиями, как 3D-сканирование и 3D-печать.
3D-сканеры очень быстро измеряют сложные объекты и могут значительно ускорить рабочий процесс проектирования, когда используются реальные образцы. Имея возможность захватывать и изменять физические формы, вы можете создавать напечатанные на 3D-принтере детали, которые идеально подходят для существующих продуктов всех видов. 3D-печатные приспособления позволяют многократно находить сверло или пилу или точно собирать детали с помощью клея. Создавайте плотно прилегающие многоразовые маски для пескоструйной обработки, рисования или травления.
В этом посте мы рассмотрим пошаговый процесс реверс-инжиниринга для вторичного цифрового датчика и объясним, как сканировать деталь для 3D-печати, а также дадим советы по использованию правильных инструментов реверс-инжиниринга. от программного обеспечения САПР до 3D-сканеров и 3D-принтеров.
Чтобы получить полную информацию о рабочих процессах и технологиях 3D-сканирования, загрузите нашу техническую документацию.
Ищете 3D-сканер для своего 3D-принтера? Прочтите наше подробное руководство по выбору лучшего 3D-сканера для вашего 3D-принтера.
От физического к цифровому: сетки и тела
Одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются люди при преобразовании физических объектов в цифровые, — это серьезная несовместимость двух разных типов 3D-моделей: сеток и тел.
3D-сканер выводит сетку, а не конструктивную «твердую» модель. Сетки должны быть реконструированы, чтобы их можно было редактировать.
Сетки являются основным продуктом всех 3D-сканеров и форматом, обычно используемым для 3D-принтеров (STL). Сетка представляет собой поверхность формы с большим количеством треугольников, соединенных ребрами. Сетчатые модели не содержат никакой информации об объекте, кроме положения треугольников, определяющих форму.
С другой стороны, инженеров учат работать с твердотельными моделями. Твердые модели содержат информацию о том, как устроен объект, и эта информация явно закодирована в модели как функции в «стеке» логических шагов. В Solid CAD можно изменить размеры одного элемента, а остальная часть модели будет обновлена, чтобы учесть это изменение.
Поскольку в сетках отсутствует информация о конструкции объекта, способы изменения модели сетки ограничены: программы САПР, такие как Solidworks и Onshape, не могут напрямую изменять сетки. Если вам нужно внести серьезные изменения в базовый дизайн отсканированной детали, сетку необходимо преобразовать в сплошной чертеж САПР: этот процесс представляет собой обратный инжиниринг.
Как отсканировать объект для 3D-печати: рабочий процесс обратного проектирования
Обратный инжиниринг важен, когда вы хотите создать новые детали, которые ссылаются или включают старые проекты, где исходный проект САПР недоступен.
Например, вы можете создавать запасные части, которые соответствуют оригинальному дизайну поврежденных существующих деталей, или использовать процессы обратного проектирования для интеграции сложных поверхностей существующих объектов в шаблоны для 3D-печати, которые полезны при модификации продуктов массового производства и изделий ручной работы.< /p>
Чтобы продемонстрировать основные этапы обратного проектирования, давайте рассмотрим процесс создания сборочного приспособления для вторичного цифрового датчика, который подходит к вентиляционному отверстию Volkswagen Golf.
1. Подготовьте объект к сканированию
Нанесите на объект временную матирующую пудру, чтобы повысить точность сканирования. Даже слегка глянцевые поверхности ухудшают качество сканирования, а отражающие и прозрачные поверхности вообще невозможно сканировать без матового покрытия.
2. 3D-сканирование объекта
Используйте высокоточный 3D-сканер для захвата важных участков детали. Настольные структурные световые или лазерные сканеры — подходящие инструменты для работы с точностью ±100 или выше.
Узнайте больше о том, как правильно выбрать 3D-сканер для вашего приложения, в нашем информационном документе по 3D-сканированию:
3D-сканирование для обратного проектирования, реставрации и метрологии
В этом техническом документе подробно рассказывается о том, как начать использовать 3D-сканирование для улучшения дизайна и производства деталей, а также о том, как в сочетании с 3D-печатью рабочие процессы технологии сканирования можно эффективно применять для репликации и восстановления, обратного проектирования и метрологии.< /p>
Примечание. Возможно, вам придется сориентировать и повторно отсканировать объект несколько раз, если объект имеет глубокие углубления.
3. Уточните сетку
Некоторые сканеры создают очень большие файлы сетки, из-за чего дальнейшие шаги останавливаются.
Программное обеспечение сканера исправляет небольшие пробелы и упрощает сканирование, делая данные более управляемыми в САПР. Постарайтесь максимально уменьшить модель, не уничтожив важные детали.
Совет. Если вам нужно больше контроля, Meshmixer — отличный выбор для уточнения отсканированных сеток.
4. Импорт сетки в САПР
Импортируйте сетку в программу САПР, оснащенную инструментами обратного проектирования. Geomagic для Solidworks — это отличный выбор для восстановления сложных органических форм.
Если вы реконструируете деталь с более простыми плоскими поверхностями, Xtract3D — менее дорогая и легкая альтернатива.
На этом шаге переместите и поверните сетку сканирования, чтобы выровнять ее с любыми существующими компонентами дизайна.
Совет. Упростите рисование, повернув и выровняв отсканированное изображение в соответствии с ортогональными направлениями просмотра.
5. Извлечение важных поверхностей
Существует три способа извлечения формы скана для создания твердотельной модели, редактируемой с помощью инструментов САПР: полуавтоматическая обработка поверхности, автоматическая обработка поверхности и перерисовка вручную.
Полуавтоматическая обработка поверхности
Сложные криволинейные поверхности трудно нарисовать вручную, поэтому вы можете использовать полуавтоматическую обработку поверхности. Эта функция создает поверхности, соответствующие обнаруженным областям сканирования. Изменяя чувствительность функции обнаружения поверхности, можно найти разные поверхности.
Совет: Geomagic for Solidworks определяет поверхности на скане, чтобы соответствовать 3D-кривым. Используйте «кисть», чтобы вручную добавлять или вычитать области на скане из каждой области.
Возможно, вам придется повторить этот процесс несколько раз с разными настройками чувствительности, чтобы обнаружить все ваши поверхности. Затем эти поверхности можно обрезать и соединить вместе, чтобы создать редактируемое твердое тело.
Используйте полуавтоматическое выравнивание, чтобы воссоздать изогнутые формы, если в дальнейшем вам потребуется максимальная редактируемость и когда важна точность четких краев.
Автоматическое отображение
Автоматическое всплытие создает твердотельную модель из любого водонепроницаемого скана. Вы можете использовать стандартные инструменты САПР для вычитания и добавления к этому телу с автоматическим покрытием, но будет сложнее перемещать основные элементы на самом теле.
Возможно, вам не потребуется управлять размещением краев. Например, если вы сканируете часть человеческого тела для создания нестандартных изделий эргономичной формы или хотите создать приспособление для точной или воспроизводимой модификации предмета ручной работы. В таких случаях автоматическое создание поверхности — отличный способ сэкономить время моделирования.
Примечание. Сравните результаты автоматического и полуавтоматического выравнивания: некоторая точность теряется, особенно вокруг острых краев.
Перерисовка вручную
Для простых элементов, таких как бобышки, отверстия и карманы, обычно быстрее всего и точнее всего перерисовать элементы, используя сканированную модель в качестве эталона. Программное обеспечение для обратного проектирования позволяет создавать плоскости эскиза, выровненные с плоскими поверхностями на скане, и извлекать поперечные сечения из сетки скана, что помогает вам соответствовать форме исходного объекта.
6. Интеграция новых объектов
После преобразования скана в твердое тело его можно вычесть из другого твердого тела, чтобы создать приспособление, надежно удерживающее исходную деталь.
Дизайн нового компонента датчика также ссылается на размеры скана с использованием кривых, извлеченных с помощью полуавтоматической поверхностной обработки.
7. 3D-печать нового дизайна
Печать шаблона на стереолитографическом (SLA) 3D-принтере Formlabs Formlabs обеспечивает высокую степень точности, сравнимую с выходными данными 3D-сканеров инженерного класса. Используйте Formlabs Rigid Resin из-за его прочности и точности.
Например, след динозавра в Глен Роуз получен в результате лазерного сканирования исходного окаменелого оттиска, который был использован для создания электронной копии следа, которой можно поделиться без риска для оригинала.
Оптическое сканирование фиксирует только внешнюю форму объекта, но также можно использовать данные ультразвукового изображения или компьютерной томографии для создания моделей внутренних структур. Недавно исследователи создали модель первого открытого полного скелета живого животного, например, путем 3D-печати структуры кости, взятой из компьютерной томографии субъекта.
Аналогичные данные используются для реконструкции черт лица мумифицированных останков в Египте и недавно обнаруженных останков короля Ричарда III. Используя компьютерную томографию и стереолитографическую систему, исследователи из Университета Данди смогли напечатать череп короля Ричарда III в твердой форме, воссоздав то, как этот давно умерший бывший монарх выглядел при жизни.
Ранние системы 3D-съемки полагались на зонд, который контактировал с напечатанным объектом во многих разных местах, определяя «облако точек» вокруг формы объекта для определения его базовой геометрии, которая затем заполнялась более подробно по мере того, как сканер измерял точнее. точки между исходными маркерами. Эти системы до сих пор используются для анализа оборудования и других устойчивых сред.
Более современные сканеры используют освещение от лазеров или структурированный свет — проекции, которые измеряют расстояние от камеры до различных частей объекта, поэтому нет риска причинения вреда исследуемому объекту со стороны точки контакта сканера. Ручной автономный сканер, предоставленный Creaform, использовался для сканирования человеческого лица.
В сочетании с программным обеспечением на компьютере этот сканер со структурированным светом может создавать 3D-модель на основе повторяющихся измерений структуры поверхности объекта, поскольку сканером просто махают над интересующим объектом.
У оптических сканеров могут возникать трудности при сканировании поверхностей с высокой отражающей способностью или объектов с недостаточными деталями. В то время как зеркальная поверхность будет выглядеть как более длинный путь к тому, что отражается, большая сфера будет казаться идентичной сканеру от одной точки к другой; у программы возникнут проблемы со сшивкой разных ракурсов для создания целой модели.
При сканировании больших объектов с ограниченными возможностями можно помочь сканеру, прикрепив к объекту в разных местах маленькие отражающие точки; сканер может использовать точки для расчета ориентации различных частей скана.
Коммерческие 3D-сканеры позволяют создавать модели отсканированных объектов с очень высоким разрешением. такие устройства могут быть такими же маленькими, как портативный сканер, или могут включать в себя более крупные и сложные системы, которые отображают несколько углов одновременно.
Сканеры могут отображать внутреннюю поверхность труб, наносить на карту шахты и подземные пещеры или даже сканировать целые строительные площадки в поисках крупных сооружений с помощью лазерных инструментов, похожих на радар, которые называются LiDAR. Такие системы используются для картографирования операций по добыче полезных ископаемых для расчета удаления руды или в геодезии для создания цифровых карт местности.
Коммерческие системы, такие как Creaform, FARO, Artec, XYZ/RGB и множество других альтернатив, обеспечивают модели объектов с очень высоким разрешением, подходящие для промышленных приложений и производства. Однако домашний пользователь может использовать недорогие сканеры с более низким разрешением, такие как игровой контроллер Kinect, для моделирования объектов для 3D-печати. Вместе с таким программным обеспечением, как SCENECT, ReconstructMe или Microsoft Fusion, игровой контроллер Kinect можно использовать для создания отсканированных 3D-моделей дома.
Об этой статье
Эта статья взята из книги:
Об авторах книги:
Ричард Хорн (RichRap) работал инженером, маркетологом и дизайнером продуктов. Он ведет блог и делится идеями о том, как упростить 3D-печать для всех. Калани Кирк Хаусман имеет опыт работы в качестве консультанта по информационным технологиям, корпоративного архитектора, аудитора и ISO. Он проводит исследования по интеграции материалов, напечатанных на 3D-принтере, в учебные программы.
3D-сканер – это устройство, которое анализирует и фиксирует геометрию и цвета физических объектов, чтобы преобразовать их в цифровые 3D-модели. Процесс сканирования собирает точки выборки с поверхности объекта и генерирует его геометрическую форму посредством экстраполяции. Существует множество различных технологий 3D-сканирования, каждая из которых имеет свои преимущества, ограничения и стоимость. Компания Stratasys протестировала два типа 3D-сканеров Creaform: HandyScan 700 и Go!SCAN 20. Эти портативные 3D-сканеры можно использовать для самых разных задач, предлагая простой и интуитивно понятный процесс сканирования, обеспечивающий быстрые и надежные результаты.
Сканер Go!Scan 20 может захватывать 3D-данные в цвете. Он обеспечивает очень высокую скорость измерения и требует минимальной постобработки данных. HandySCAN 700 используется в основном для проведения измерений и обратного проектирования. Этот сканер быстро выдает точные 3D-сканы с высоким разрешением, оставаясь при этом простым в использовании.
Комбинация 3D-сканирования и печати может принести пользу на всех этапах проектирования продукта, от концепции до производства. Этот процесс может сократить количество итераций проектирования и время между ними, снизив общую стоимость каждого прототипа.
Stratasys предлагает вам следующее:
Шаг 1. Параметры сканирования
3D-сканеры можно разделить на две категории, каждая из которых относится к разным приложениям и типам сканеров.
1.1 Поиск цвета
Независимо от того, сканируете ли вы деталь для создания прототипа, в образовательных или медицинских целях, вы можете использовать 3D-сканер для оцифровки формы и цвета объекта и печати на цветном 3D-принтере.Конечный результат будет иметь ту же геометрию и цвет, что и оригинал, и позволит вам распечатать дополнительные копии.
1.2 Сканирование для проверки
Сканирование деталей для проверки позволяет найти дефекты обработки поверхности или сравнить результаты печати с исходным файлом САПР. В обоих случаях вам придется сканировать объекты в высоком разрешении.
Хотя причины для сканирования могут быть разными, процесс очень похож и требует одних и тех же методов работы.
Шаг 2. Программное обеспечение
Шаг 3. Подготовка к сканированию
<р>2. 1 Сканирование глянцевых, полупрозрачных или темных объектовСканирование глянцевых, полупрозрачных или темных объектов может быть проблематичным из-за того, как свет взаимодействует с поверхностями детали. От глянцевых объектов свет отражается под углом, равным углу падения, в результате чего сканер собирает лишь небольшое количество света. Для полупрозрачных объектов свет не отражается от поверхности, а вместо этого рассеивается по всему объему детали. Для темных объектов большая часть света поглощается поверхностью объекта, а не отражается.
Сканирование объекта, имеющего одну или несколько из этих характеристик, может привести к получению нежелательных данных сканирования.
Чтобы устранить эти проблемы, распылите на объект водорастворимый антибликовый порошок, например проявитель Magnaflux Spotcheck SKD-S2. Это позволяет сканеру улавливать детали объекта. Проявитель делает полупрозрачные части непрозрачными, а глянцевые – матовыми. Также можно покрыть объект тальком, если нет антибликового проявителя.
После завершения сканирования удалите проявитель с детали влажной тканью или проникающим очистителем, если он не содержит растворителей.
Использование проявителя эффективно при попытке передать форму глянцевых, полупрозрачных или темных объектов, но приводит к приглушенным цветам при попытке воспроизвести исходный цвет
Шаг 4. Выбор правильного разрешения
Перед началом сканирования важно понять цель сканирования, установить соответствующие параметры. Одним из наиболее важных параметров является разрешение сканирования, которое представляет собой наименьшую деталь, обнаруживаемую сканером. Например, разрешение 0,2 мм (0,079 дюйма) означает, что любой объект меньше 0,2 мм не будет идентифицирован и собран. Доступное разрешение может различаться в зависимости от сканера и может быть изменено в программе сканирования.
1) Детали детали — чем детальнее деталь, тем более высокое разрешение требуется для сбора всей информации о ней. Например, большие и плоские детали или детали с простой геометрией можно сканировать с более низким разрешением.
2) Приложение — каждое приложение требует разного уровня детализации и, следовательно, разного разрешения.
Шаг 5. Настройка разрешения сканирования
Во время сканирования вы можете изменить разрешение, чтобы получить необходимую точность. После сканирования всего объекта вы можете сканировать отдельные области с более высоким разрешением.
Для достижения наилучших результатов разрешение сканирования необходимо настроить в соответствии с сканируемой поверхностью. Даже в пределах одного и того же объекта могут быть области, которые нужно сканировать с разным разрешением.
При сканировании большой области без уникальных характеристик разрешение сканирования можно уменьшить, чтобы уменьшить время сканирования и размер файла. Рекомендуемое разрешение для этого типа сканирования составляет около 1 мм (0,039 дюйма).
Для объектов с мелкими деталями и/или сложной геометрией или острыми углами используйте высокое разрешение. Это увеличит время сканирования и размер файла, но позволит зафиксировать все детали объекта. Рекомендуемое разрешение для этого типа сканирования – 0,2 мм, но оно может варьироваться в зависимости от сканера.
Шаг 6. Сканирование цветных объектов
После сканирования модели и перед отправкой ее на печать убедитесь, что она водонепроницаема, то есть не имеет отверстий или открытых раковин. Сканирование и обработка цветной модели более сложны. Creaform разработала программное обеспечение под названием VXelements, которое позволяет собирать, анализировать и редактировать информацию из 3D-объекта. Это программное обеспечение также предлагает возможность закрывать небольшие отверстия во время сканирования, но иногда есть отверстия, которые невозможно закрыть. В таких случаях используйте VXmodel или стороннее программное обеспечение, такое как Magics или Deskartes, которые позволяют закрывать дыры и подготавливать модели к печати.
Имейте в виду, что исправление отверстий с помощью другого программного обеспечения может привести к повреждению или отсутствию текстур, неоднородности текстур и резкому изменению цвета рядом с исправленным отверстием. Чтобы исправить это, импортируйте файл текстуры в программное обеспечение для дизайна, такое как Photoshop, и отредактируйте проблемные области.
Шаг 7. Усиление цветов отсканированного объекта
При сканировании цветного объекта с целью печати иногда может потребоваться изменить или улучшить его цветовые результаты. Если вы хотите изменить цвет или текстуру детали, вы можете использовать UV-карту, созданную после сканирования. UV-карта — это изображение 3D-геометрии детали, развернутое в 2D-изображение, включая цвета и текстуры. После сканирования программное обеспечение VXelements создает УФ-карту, которую можно экспортировать вместе с сеткой детали в стороннее программное обеспечение для проектирования, такое как Photoshop, где можно редактировать текстуру.
Вот несколько примеров отсканированных объектов, созданных с помощью Creaform Go!SCAN 20, и их печатные версии (рис. 4).
Шаг 8. Установка правильного разрешения для проверки
При сканировании детали для проверки используйте самое высокое разрешение, доступное для сканера, достаточное для проверки детали. При таком разрешении вы сможете запечатлеть все детали сканируемого объекта.
Шаг 9. Ограничения глубины
Одним из преимуществ 3D-печати является возможность печатать объекты сложной геометрии. При попытке сканирования глубоких отверстий и щелей некоторые технологии сканирования столкнутся с проблемами при сборе данных в этих областях. Это связано с конструкцией сканера и расстоянием между камерами сканера (две камеры должны иметь возможность видеть одну и ту же область, чтобы собирать данные с поверхности детали). Каждый сканер имеет свои ограничения, включая размер и глубину считываемых отверстий. Даже если вы не можете собрать всю информацию из отверстия, данные, собранные в результате сканирования, все же могут быть использованы для проверки детали или могут быть заполнены для целей обратного проектирования.
Шаг 10. Сравнение напечатанной детали с исходным файлом САПР
После сканирования детали для проверки программное обеспечение VXinspect можно использовать для сравнения скана с исходным файлом САПР, чтобы определить, идентична ли распечатанная деталь модели САПР.
Шаг 11. Разделение отсканированной модели на разные части
Иногда после сканирования объекта возникает необходимость разделить его на разные оболочки, чтобы распечатать их на разных материалах с помощью 3D-принтеров PolyJet. Этот процесс можно выполнить с помощью различных пакетов программного обеспечения, таких как VXmodel или Magics. После сохранения оболочек в формате STL импортируйте их в программное обеспечение Objet StudioTM или PolyJet StudioTM в виде сборки и назначьте желаемый материал каждой оболочке.
Если вы не жили последние несколько лет под камнем, вы, вероятно, слышали все интересные вещи, которые происходят с 3D-печатью. Теперь мы можем печатать практически все, что угодно, если у нас есть 3D-модель для работы. Есть много способов сделать 3D-модель, но один из самых крутых — это 3D-сканирование существующего объекта. С помощью 3D-сканирования и правильного принтера вы можете воспроизвести любой объект любого размера, от дома до серьги. Вы также можете использовать сканирование в качестве отправной точки для нового творения. Подумайте обо всем, что вы можете сделать с изображением в Photoshop. Теперь вы можете делать это в 3D и с реальными объектами.
Самое удивительное в 3D-сканировании то, что у вас, вероятно, уже есть лучший инструмент для этого. Он может быть у вас в кармане, или вы можете смотреть на него, пока мы говорим (так сказать... на самом деле я пишу, а вы читаете, но вы понимаете, что я имею в виду). Этот инструмент, который позволит вам запечатлеть мир в потрясающем 3D, представляет собой простую камеру. В сочетании с небольшой техникой и недорогим или даже бесплатным программным обеспечением ваша камера становится самым универсальным 3D-сканером в мире.Оставайтесь с нами, и я покажу вам, как это сделать.
В этом руководстве вы найдете встроенные 3D-сканы, которые вы можете изучить благодаря нашим друзьям из Sketchfab. Просто нажмите на белый треугольник, чтобы начать сканирование, и вы сможете просмотреть его в 3D.
Если вы хотите узнать больше о 3D-сканировании и печати, обязательно ознакомьтесь с моим подкастом «3D-печать сегодня». Он доступен в iTunes и Stitcher.
Шаг 1. Как это работает?
Концепция проста. Вы делаете кучу фотографий объекта, который хотите запечатлеть. Каждая часть объекта должна появиться как минимум на 3 фотографиях. Фотографии передаются в программу, которая идентифицирует отдельные точки на объекте и, используя комбинацию тригонометрии и темной магии, определяет их местоположение в трех измерениях. Определив достаточное количество таких мест (иногда буквально миллионы), программа может сделать цифровую реконструкцию объекта, подходящую для того, чтобы удивить ваших друзей, встроить в вашу последнюю видеоигру или, иногда, напечатать на 3D-принтере.
Съемка фотографий требует некоторой практики. Вам не обязательно быть новым Анселем Адамсом, но полезно, если ваш опыт фотографирования выходит за рамки съемки селфи.
Начать работу с программой довольно просто. Большинство бесплатных пакетов не предлагают много опций, что делает их простыми в использовании, когда они работают. Более сложные системы могут занять столько времени и денег, сколько вы захотите, но могут вознаградить вас потрясающими результатами.
Шаг 2. Подойдет ли любая камера?
Да. Это мой поразительно безоговорочный ответ. Но, естественно, некоторые камеры будут работать лучше, чем другие. Идеальная камера должна производить кристально чистые, четкие, идеально экспонированные, неискаженные фотографии с высоким разрешением в любых условиях. К сожалению, у нас пока нет такой камеры, но мы приближаемся. Вот несколько различных типов камер, а также скан, сделанный с фотографиями, снятыми каждым типом. Вы можете щелкнуть по каждому скану и изучить его в 3D.
Эта старая школа Nikon FM2 теоретически подойдет, но, поскольку вам потребуется отснять 5 рулонов пленки для приличного сканирования, я не собираюсь ее тестировать.
Никон FM2
Шаг 3. Цифровые зеркальные камеры
Цифровые зеркальные фотокамеры по-прежнему являются золотым стандартом для фотографии, и это правильно. Они предлагают качество, универсальность и контроль, которые вы не найдете больше нигде. Вам не нужна дорогая профессиональная модель, чтобы воспользоваться этими преимуществами. Я снял большую часть своего скана на 12,3-мегапиксельную камеру Nikon D5000. Новые и более дорогие модели могут предлагать более высокое разрешение, что означает больший объем данных, но это также означает более длительное время обработки.
Большинство цифровых зеркальных камер теперь предоставляют доступ к данным датчика RAW, что позволяет избежать артефактов сжатия JPEG на изображениях. Это полезная функция, но только в том случае, если вы пытаетесь получить отсканированные изображения самого высокого качества.
Буддийское резное панно
Шаг 4. Наведи и снимай
Камеры типа "наведи и снимай" и их беззеркальные аналоги обладают многими преимуществами цифровых зеркальных камер при более низкой цене. Идеальный вариант «наведи и снимай» — это ручной режим, чтобы вы действительно могли контролировать экспозицию. Дополнительным преимуществом Canon Point and Shoots является CHDK — прошивка с открытым исходным кодом, которую можно оптимизировать в соответствии со своими потребностями.
Я встретил этого очаровательного парня в вестибюле Майами Билтмор. Его работа, кажется, состоит в том, чтобы поддерживать лестницу, что может объяснить его усталый вид. Я сделал 20 снимков на камеру Nikon Coolpix «наведи и снимай».
Билтморская горгулья
Шаг 5. Профессиональные экшн-камеры и другие крутые экшн-камеры
Возьми свой goPro, сделай что-нибудь совершенно безумное, опубликуй это на YouTube, и ты тоже станешь знаменитым. Но можете ли вы при этом запечатлеть свои выходки в 3D?
Большинство программ для фотограмметрии плохо работают с goPro. Это связано с линзой «рыбий глаз», которая искажает изображение. В последних версиях Agisoft photoscan есть специальная настройка для объективов типа «рыбий глаз», которая работает хорошо, но кажется, что она намного медленнее, чем обычный алгоритм. Преимущество новейших GoPro состоит во встроенных режимах замедленной съемки и серийной съемки, которые позволяют снимать автоматически со скоростью от одного кадра в минуту до 10 кадров в секунду. Это полезно, потому что вы можете закрепить камеру на конце ручки метлы или удлинителя малярного валика и получать снимки с большого угла, что в противном случае было бы затруднительно.
Я использовал режим серийной съемки на Hero4 Silver, чтобы снимать 10 кадров в секунду в течение 3 секунд. Возможно, выражение моего лица говорит о концентрации, необходимой для того, чтобы сделать это, удерживая голову абсолютно неподвижно.
3D-селфи на камеру GoPro
Шаг 6. Видеокамеры
Поскольку нам нужно много фотографий предмета со всех сторон, возникает логичный вопрос: "А как насчет видео?" Видеокамеры обычно снимают 24 кадра в секунду. Поэтому все, что нам нужно сделать, это провести камерой вокруг объекта, как если бы мы рисовали его, чтобы сделать все фотографии, которые нам нужны. Снимки делаются так быстро, что практически невозможно не наложить их друг на друга.
В принципе, это хорошая идея, и на практике она работает, но не так хорошо. Разрешение видеокадров далеко не то, что выдают фотокамеры. Большинство из них имеют крошечные сенсоры и недорогую оптику, оптимизированную для видеосъемки, но не дают очень четких неподвижных изображений. У сканирования фотографий из видео может быть будущее, особенно когда мы начинаем видеть доступные камеры 6k и 8k, которые могут записывать несжатые изображения. Также возможно оптимизировать программное обеспечение для обработки огромного количества изображений с более низким разрешением.
В качестве эксперимента я сделал это сканирование, используя захват кадров с разрешением VGA с бортовой камеры квадрокоптера за 50 долларов. Это действительно работает, и результаты не так плохи, как я ожидал. Некоторые проблемы связаны с тем, что я не являюсь компетентным пилотом квадрокоптера.
Фотоскан, снятый с квадрокоптера за 50 долларов
Шаг 7. Смартфоны
Если у вас есть смартфон, лучше всего начать с него. Большинство современных телефонов поставляются с довольно хорошей камерой, и есть дополнительные приложения для камеры, которые дадут вам лучший контроль. Реальный потенциал телефона как сканера заключается в специальных приложениях для сканеров. Сила приложения сканера выходит за рамки простого фотографирования. Например, приложение 123dCatch от Autodesk использует датчики вашего телефона, чтобы определить, в каком направлении вы направляете камеру, и научить вас правильному сканированию. Затем приложение загружает ваши фотографии на свой сервер для обработки. Возможно, вы не захотите делать это в своем тарифном плане, но это может быть удобно для Wi-Fi. Недостатком текущей версии 123dCatch является то, что она не сохраняет фотографии на ваш телефон (по крайней мере, в версии для Android, которую я использовал). Если (или я должен сказать, когда) что-то пойдет не так со сканированием, у вас не будет легкого доступа к фотографиям, чтобы попробовать что-то еще.
Это скан одной из моих наковален, которую я снял на Samsung Galaxy S5 с помощью стандартного приложения для камеры. Я сделал 74 фото и обработал их в Agisoft.
Anvil отсканирован с помощью Galaxy S5
Шаг 8. Какую камеру лучше всего использовать?
Когда вы только начинаете, лучше всего использовать камеру, которая у вас есть. DSLR — это золотой стандарт. Если вы хотите купить камеру для серьезного сканирования фотографий или серьезной фотографии в целом, это то, что вам нужно. Но помните, что речь идет о качестве ваших фотографий, а не о качестве вашей камеры. При наличии правильных навыков и правильных условий вы можете делать хорошие фотографии плохой камерой. Но если вы не знаете, что делаете, на хорошую камеру легко сделать плохие фотографии. Если вы хотите инвестировать во что-то, инвестируйте в свои навыки фотографа. Камера хороша настолько, насколько хорош фотограф, который за ней стоит.
Фотосканирование чего-то сложного, например этого скана игольного ушка, который я сделал, требует довольно хорошего понимания как фотографии, так и фотограмметрии. Я сделал 63 фотографии на цифровую зеркальную камеру Nikon D5000 с 40-мм объективом Micro NIKKOR и удлинительной трубкой.
Игольное ушко
Шаг 9. Что сканировать
В начале выберите что-то легкое, что даст хорошие результаты.
Тема идеи. . .
будет стоять спокойно
не настолько большой, чтобы его было трудно обойти
или настолько мал, что для его фотографирования требуются специальные навыки и оборудование
имеет много деталей поверхности и не имеет больших однородных областей
в нем нет очень тонких деликатных деталей
Обувь — отличный вариант для первого сканирования. Выберите что-нибудь простое и практичное, ничего блестящего, кричащего "отвези меня в Лас-Вегас".
Шаг 10. Настройка сканирования
Поместите объект на табуретку или ящик, чтобы вам не пришлось ползать, снимая его на земле. Я поставил этот чайник на штатив, чтобы было удобно снимать. Позаботьтесь о хорошем освещении. Если вы можете повернуть его, работа на открытом воздухе в пасмурный день идеальна. Вы получаете много красивого равномерного рассеянного света. Если вам нужно снимать в помещении, установите как можно больше света и сделайте его как можно более рассеянным. Направляйте свет на окрашенный в белый цвет потолок, или на отражающие карты, или на классные серебряные зонтики. Идея состоит в том, чтобы получить как можно больше света с минимальным количеством теней. Накамерная вспышка здесь обычно бесполезна. Он имеет тенденцию отбрасывать тени, которые появляются в разных местах на каждой фотографии. Дистанционные вспышки хороши, если они обеспечивают очень рассеянный и равномерный свет.
Вы собираетесь сделать около сотни фотографий, поэтому убедитесь, что ваша установка удобна. Можно снимать со штатива, но это занимает так много времени, что его следует по возможности избегать. Лучший план – обеспечить достаточное количество света, чтобы можно было снимать с рук.
Шаг 11. Настройте камеру
Если вы не знаете, что делают хотя бы некоторые из этих ручек и кнопок на вашей камере, самое время научиться. Есть много хороших сайтов, посвященных этой теме, написанных людьми, которые знают намного больше, чем я, поэтому я коснусь только основ.
ISO определяет, насколько чувствительна камера к свету. Более высокие значения уменьшат время экспозиции, но за счет увеличения шума. ISO400 — это максимальное значение для большинства камер. Настроил и забыл.
Приоритет диафрагмы — лучший режим для съемки. Вы выбираете диафрагму, а камера делает все остальные настройки за вас. Существует баланс между большей глубиной резкости, которая достигается при меньших апертурах (которые обозначаются большими числами, большое спасибо тому, кто придумал это), и эффектами дифракции, которые смягчают изображение при очень малых апертурах. Для большинства камер значение f/11 дает наилучшие результаты.
Выдержка затвора играет огромную роль в получении четких снимков. Если выдержка длиннее, чем величина, обратная фокусному расстоянию объектива, вы не сможете удерживать камеру достаточно устойчиво, чтобы получить резкое изображение. Другими словами, если вы снимаете на 50-миллиметровый объектив, вам нужно поддерживать выдержку короче 1/50 секунды. Обычно единственный способ сделать это — добавить больше света. В крайнем случае вы можете использовать монопод или штатив, чтобы уменьшить скорость затвора, но это займет очень много времени.
Шаг 12. Фотосъемка
Если вы не очень знамениты и у вас нет стажеров для сортировки сотен фотографий, вам может потребоваться создать новую папку на камере для каждого отсканированного изображения. Теперь выберите начальную точку, которую вы будете помнить. Обычно это взгляд прямо на предмет. Отметив начальную точку, вы узнаете, когда завершите полный проход вокруг объекта. Постарайтесь, чтобы объект занимал как можно большую часть кадра. Фоновые объекты в кадре не повредят, и они могут помочь программе определить положение камеры, если на объекте недостаточно функций. Качество вашего сканирования полностью зависит от качества ваших фотографий. Если вы заполните рамку всеми деталями объекта, вы зафиксируете эти детали на скане.
Идея состоит в том, чтобы перемещаться по объекту, фотографируя с разных точек зрения. Если вы стоите на одном месте и снимаете кучу фотографий, это никак не поможет запечатлеть трехмерную форму. Вам нужно перейти к теме. После того, как вы сделаете первый снимок, внимательно посмотрите, как он оформлен. Цель состоит в том, чтобы перекрыть соседние экспозиции на 50-60%. Если вы сомневаетесь, перекрывайте больше. Если вам кажется, что вы слишком много двигались, вернитесь на полпути и сделайте еще один снимок. Порядок изображений не имеет значения для большинства программ. Помните, что вы всегда можете сделать лишние выстрелы, но вы не можете наверстать упущенное. Как только вы сломаете свою настройку, все готово. Если позже вы обнаружите, что вам нужно больше снимков, вам, как правило, придется начинать снова с самого начала.
Шаг 13. Уловка с параллаксом
При перемещении между кадрами мне удобнее смотреть на края объекта, а не в его центр. Наблюдая за краями, вы наблюдаете, как ваше движение скрывает или обнажает фон позади объекта. Этот эффект называется параллаксом (люди, которые любят подобные прикольные слова), и он увеличивает ваше восприятие движения. Несмотря на то, что объект не сильно меняется между отдельными снимками, меняется фон. Если вы двигаетесь до тех пор, пока не увидите изменения в объекте, вы обычно уходите слишком далеко.
Шаг 14. Дополнительные советы по съемке
Всегда лучше сделать слишком много снимков, чем слишком мало. Но иметь слишком много также может быть проблемой. Во-первых, программа должна сравнивать каждое изображение с другим изображением в наборе. Даже если математика не была вашим любимым предметом, вы можете легко увидеть, как это может вызвать проблемы.
Обычно я пытаюсь запечатлеть объект целиком, сделав пару полных оборотов вокруг него под разными углами, а затем перемещаюсь по интересующим областям. При выборе ракурсов думайте о покрытии, а не о комфорте. Ползать по грязи, чтобы получить перспективу под низким углом, не очень весело, но вам могут понадобиться эти снимки. Цифровая зеркальная камера с откидным экраном действительно может помочь, поскольку вы можете держать камеру на уровне колен и использовать экран для кадрирования снимков. То же самое относится и к выстрелам сверху.
При съемке обращайте внимание на настройки экспозиции. Если вы снимаете под низким углом и смотрите в небо, вы можете переэкспонировать изображение на EV или два. Это связано с тем, что измеритель камеры имеет тенденцию улавливать свет неба и недоэкспонировать изображение. Немного переэкспонировать всегда лучше, потому что вы можете видеть детали. Если все нарисовано силуэтом, программа не сможет получить много данных из снимка.
Шаг 15. Выберите программное обеспечение
У вас есть несколько вариантов обработки сканов. Я выберу 3 самых дешевых и простых в использовании.
Для начинающих мой первый выбор — Autodesk Memento. Он основан на облаке, поэтому вам не нужен суперкомпьютер, сделанный из выброшенных машин Wii, чтобы запустить его. В нем есть хороший набор инструментов для ретуширования готовых сканов, с ним легко начать работу, и он бесплатный (по крайней мере, на данный момент).Бесплатная потребительская версия Autodesk 123d Catch — еще один хороший вариант, но Memento лучше.
Agisoft Photoscan — это шаг вперед по сравнению с Memento или 123d Catch. Это шаг вверх по качеству, шаг вверх по кривой обучения и шаг вверх по цене. Это дает вам гораздо больше доступа под капотом. Вы можете выполнять потрясающие сканирования, когда бесплатные системы думают, что вы сканируете зефир. Но это обязательство. Вам нужен настоящий компьютер, чтобы запустить его. Я обрабатываю свои сканы на высокопроизводительном ноутбуке для геймеров с 32 ГБ ОЗУ, что является предельным, но он перегревается только изредка, если вы делаете что-то глупое, например, оставляете его лежать на диване во время обработки сканирования. У большинства серьезных пользователей есть выделенная рабочая станция с кучей ядер, крутым графическим процессором (желательно несколькими) и смехотворно большим объемом оперативной памяти. Если у вас случайно не завалялось что-то среднее между HAL и WOPR, возможно, вам лучше обрабатывать ваши сканы в «облаке», или, как я думаю, « чужой компьютер".
Шаг 16. Обработка изображений
Предполагая, что большинство из вас последует моему совету и будет работать с Autodesk Memento, обработка вашего скана не составит особого труда. Это хорошая идея, чтобы быстро просмотреть ваши фотографии и выбросить весь мусор. Все, что не показывает объект четко, размыто или плохо освещено сзади, должно быть удалено. После этого просто загрузите свои изображения, нажмите кнопку «Перейти» и сделайте еще одно сканирование или что-нибудь еще, пока вы ждете.
Я бы начал с простого сканирования с парой десятков изображений для первого раза. Таким образом, он будет обрабатываться быстро, и вы сможете испытать волшебство раньше. Не ожидайте идеального сканирования без большой практики и большого терпения. Я работаю над этим более 2 лет, и мои сканы не всегда выходят, но, по крайней мере, я узнал 800 способов не сканировать что-то.
Шаг 17. Иногда красота — это всего лишь диффузная карта в глубину
Итак, теперь, когда вы сделали несколько сканирований или, по крайней мере, подумали об этом, давайте рассмотрим качества хорошего скана. В скане есть два основных элемента: сетка и цветная обложка.
Сетка фиксирует физическую форму объекта. Это все, что нас волнует, если мы будем печатать объект на одноцветном 3D-принтере. Если это то, что вы имеете в виду, тогда отключите эти причудливые цвета и внимательно посмотрите на свою сетку. Незавершенную сетку можно восстановить, но если сетка сейчас выглядит как зефир, то так будет всегда.
Цветной скин по-разному называют цветовой картой, диффузной картой или иногда, что не имеет смысла, текстурой. Это обычное двухмерное цветное изображение, которое обернуто вокруг вашей модели. Этот слой важен, если вы хотите распечатать свой объект в цвете. Это также важно для онлайн-просмотра, видеоигр и анимации.
Большинство игровых ресурсов — это просто удивительная цветная карта, скрывающая низкополигональную каплю сетки. Это очень разочаровывает потенциальных 3D-принтеров.
Если вы хотите узнать больше о 3D-сканировании и печати, посмотрите мой подкаст «3D-печать сегодня», доступный в iTunes и Stitcher Radio.
Читайте также: