Как отсканировать предмет для 3d

Программы для 3D-сканирования: обзор и применение на практике

Возможности современных 3D-принтеров и обрабатывающих центров с ЧПУ безграничны. Но работа над изготовлением детали всегда начинается с 3D-модели, а чтобы получить из заготовки или напечатать нужную деталь у инженеров есть два пути: разработать модель “с нуля” в программе трехмерного моделирования или воспользоваться возможностями 3D-сканирования и получить модель уже существующей вещи, чтобы затем отредактировать ее и использовать.

В этом обзоре говорим о 3D-сканировании и о том, какие устройства и программное обеспечение необходимы для получения 3D-моделей.

Назначение 3D-сканеров

Итак, 3D-сканеры позволяют получить трехмерную модель какого-либо предмета. Часто сканирование оказывается более удобным и быстрым способом получить модель, а иногда — и единственным из возможных. Например, не существует более надежного способа сделать модель какого-либо произведения искусства, а если вам нужен более массовый и востребованный в реальной жизни пример — 3D-сканирование применяется для автоматизации поиска дефектов и контроля размеров деталей в автомобильной и авиационной промышленности.

Интересно более повседневное применение? Приглядитесь к печати индивидуальной обуви, учитывающей все особенности строения стопы.

Виды 3D-сканеров

Для того, чтобы перенести пространственные характеристики какого-либо предмета в трехмерную модель можно воспользоваться одной из доступных технологий, 3D-сканеры бывают:

• Оптические
• Фотограмметрия
• Отраженный структурированный свет
• Лазерное сканирование
• Другие
• Механическое сканирование
• Ультразвуковое сканирование

У каждой из них есть свои достоинства и недостатки.

Фотограмметрия

Этот метод позволяет строить модели объектов на основе множества фотографий, сделанных под разным углом. Чем больше снимков — тем более детальной получится модель. Поскольку в данном методе основой выступает математический алгоритм, вычисляющий положение точек в пространстве через оценку их взаимного расположения, в зависимости от освещенности и глубины резкости на разных снимках, то лучших результатов удастся достигнуть на фотоаппаратах с фиксированным фокусом и при условии равного расстояния до предмета, при движении снимающего по кругу.

Этот метод хорош тем, что позволяет получать приемлемые по качеству результаты даже с помощью камеры смартфона. Описание программ для 3d сканирования смартфоном и фотоаппаратом читайте в в этом обзоре.

Отраженный структурированный свет

В основе второго способа лежит отраженный структурированный свет. Этот метод уже требует специального оборудования, которое построено на принципе проецирования на сканируемый объект световой сетки. Ее искажение на объекте, которое считывается специальной камерой, позволяет получить очень точное представление о его форме.

Кроме того, этот метод позволяет получать результаты очень быстро, ведь для получения исходной информации о поверхности достаточно всего нескольких кадров. Альтернативный вариант подразумевает использование луча с изменяемой длиной волны — в этом случае удается полностью исключить влияние существующего освещения и получить полное представление о форме сканируемого объекта.

Лазерное сканирование

Фото: Shining 3D — сканирование 3D-сканером Shining 3D X7+

Это более медленный, но в некоторых случаях более точный способ получить информацию об объекте. Он активно применяется в дефектоскопии, поскольку позволяет получать данные о наличии и структуре даже мельчайших пор, что важно при производстве высоконагруженных элементов конструкций или сложных отливок, таких как головка блока цилиндров двигателя. Существует несколько вариаций этого метода. Триангуляционные лазерные сканеры измеряют смещение отраженного луча, прошедшего через специальную линзу, а времяпролетные строят рельеф сканируемой детали на основе изменения задержки возврата отраженного лазерного импульса.

Механическое сканирование

Процесс механического сканирования самый медленный и самый точный. Это первый из используемых методов проверки линейных размеров, который реализован в массовом производстве в виде КИМ — координатно-измерительных машин.

Картинка renishaw.ru — КИМ Revo для пятиосевых измерений.

Механическое сканирование осуществляется зондом, который буквально ощупывает деталь. Метод не пригоден для работы с мягкими, пористыми, упругими, недостаточно прочными объектами.

Ультразвуковое / акустическое 3D-сканирование

Ультразвуковое сканирование чаще всего используется в медицине — в аппаратах для УЗИ, а также в речном и морском деле, в частности — в рыбной ловле. Современные эхолоты, как и аппараты для ультразвуковой диагностики, представляют собой частный случай звукового 3D-сканера — устройство испускает ультразвук в исследуемую среду, микрофоны устройства ловят отраженный сигнал, а компьютер создает трехмерную модель на основе полученных данных.

В промышленности звуковое 3D-сканирование используется реже вышеназванных методов, обычно в дефектоскопии — для обнаружения каверн и пустот внутри изделий, а это отдельная большая тема, потому здесь этот метод подробно не рассматриваем.

Самый массовый метод

Из перечисленных методов, фотограмметрия — наиболее массовый, ведь при желании можно сделать 3d сканер из телефона android с приличной камерой.

При использовании любительского оборудования, такого как камера смартфона, 3D-сканирование фотограмметрией проводится обычно в развлекательных целях, но при съемке качественными камерами — и в более прикладных, например — в создании высококачественных 3d моделей для кино и компьютерных игр, при реставрации и репродукции произведений искусства.

Также, и это первоначальное ее применение, фотограмметрия активно используется в картографии, геодезии, строительстве, архитектуре.

Различные методы лазерного сканирования, наряду со структурированным светом также весьма востребованы в разных отраслях науки и промышленности.

Механическое и ультразвуковое сканирование тоже применяются, но менее распространены.

Программное обеспечение

Существует немало специализированых программ 3d сканеров — от любительских, для смартфонов и фотокамер, до весьма серьезных отраслевых и универсальных решений, позволяющих создавать точные 3D модели. Ниже — обзор наиболее функциональных из них.

Для работы с 3D-сканером

В этом разделе — только профессиональное программное обеспечение для 3d сканера от различных разработчиков. Возможности этого софта практически весьма широки, но и стоимость весьма высока.

Inspection Software — Geomagic Control X

Этот программный продукт позиционируется разработчиками как оптимальное решение для проведения поверхностной дефектоскопии и контроля линейных размеров различных деталей. Буквально для каждой плоскости можно задать размер и допустимое отклонение, а это значит при серийном производстве контроль качества будет занимать значительно меньше времени: достаточно один раз настроить алгоритм измерения. Для сборочных производств Geomagic Control X можно использовать для выявления дефектов в деталях, поступивших от поставщиков.

Но возможности программы не ограничиваются только контролем. Geomagic Control X работает в связке с CAD и может быть использовано для расчета температурных деформаций, изменение размеров после литья и других. Благодаря данному функционалу можно корректировать исходную модель, снижая издержки на возможный брак еще до того, как деталь отправится в производство.

И, наконец, данная программа для 3d сканирования может быть использована для оценки износа и выявления дефектов в уже эксплуатируемых деталях. Алгоритмы Geomagic Control X позволяют отслеживать изменения в геометрии детали, которые происходят с течением времени, что позволяет обнаруживать ряд непредвиденных проблем и своевременно принимать корректирующие меры. Проведение анализа тенденций и составление подробных отчетов в самой программе,позволяет предсказывать выход из строя исследуемой детали или инструмента.

Обзор некоторых возможностей программы в этом видео:

Продукты Creaform — VXmodel

Компания Creaform предлагает целый комплекс, состоящий из нескольких программ для 3д сканирования и работы с моделями, с разным функционалом и областью применения. Большинству пользователей будет наиболее интересен софт VXmodel, который предлагает массу возможностей для сканирования и переноса обработанных результатов в CAD-системы.

Само программное обеспечение обеспечивает устранение большинства дефектов сканирования и позволяет выравнивать и объединять грани модели, заполнять отверстия и снижать плотность сетки, удаляя ненужные точки. Кроме того, VXmodel позволяет объединять несколько результатов сканирования в одну модель, что полезно при сканировании больших предметов.

Дополнительные возможности автоматического и ручного создания кривых и поверхностей, а также легкий перенос результатов работы в Solid Works и Autodesk Inventor делают этот софт практически незаменимым для тех, кому приходится много сканировать и параллельно вести “очистку” моделей от погрешностей.

Короткое видео, рассказывающее об основных возможностях программы для 3d сканирования:

Faro Scene

FARO® — известный производитель 3d сканеров, который предлагает собственные решения для обработки облаков точек собранных с помощью данных устройств. Приложение совместимо как с устройствами под брендом компании, так и с большинством других.

Особенностью данной программы для 3d scanner-а является необычайно высокий уровень визуализации, а также возможность просмотра результатов в VR-среде. Кроме того, возможность автоматического наложения фотоизображения на полученную модель позволяет получать сканы содержащие информацию о цвете изделия.

В процессе сканирования пользователь получает информацию о уже собранных точках и прогрессе построения модели в режиме реального времени. Данное решение сэкономит вам немало времени: сканирование можно прервать, если что-то пошло не так, чтобы начать заново.

В этом видео показан принцип использования 3d сканера Faro и программы SCENE для составления 3d планов помещений и фасадов в архитектуре.

Leios 2 for Makers

Еще одно универсальное решение для самых разных отраслей предлагает компания EG Solutions. Программа для 3д сканирования Leios 2 имеет три модификации: For Makers — для мастеров, Premium — с расширенным функционалом и Professional — для промышленного использования. Функционал программы позволяет принимать облако точек со сканеров, формировать на их основе трехмерные модели и вносить коррективы, в том числе — с помощью автоматических алгоритмов обработки кривых и поверхностей.

Leios 2 for Makers позволяет выполнять полный цикл работ с трехмерными моделями, в том числе: сглаживать неровные участки, проводить деформацию в привязке к контрольным точкам, проводить оптимизацию и восстановление поврежденных кромок на сетке, что крайне важно для моделей различных деталей и оборудования.

Также существует пакет библиотек для сканирования и постобработки трехмерных моделей. Софт может быть интегрирован и в программное обеспечение других производителей, частично или полностью. Компания поставляет полный набор, включающий в себя:

• SFLib: библиотека работы с поверхностями — позволяет автоматизировать процесс определения связанных необрезных поверхностей. С помощью этой библиотеки осуществляется автоматическая подгонка поверхностей и распределение патчей NURBS и их подгонка к сетке.
• LEOS позволяет распознавать ребра и объекты. Среди основных возможностей — автоматизация работы с кривыми на треугольной сетке, их сегментация и автоматическая перестройка.
• LMModel предназначена для работы с моделями. С ее помощью можно объединять результаты нескольких сканирований и разные модели в один документ.
• LMPython может быть использована для доступа к функционалу любой поставляемой библиотеки и написания собственных процедур на языке Python.
• LMViewGL: библиотека визуализации, которая поставляется как в виде готового к интеграции компонента, так и в качестве отдельного приложения.

Кроме того, большое внимание уделено вопросам совместимости с различными моделями 3D сканеров, а простой и понятный интерфейс позволяет сосредоточиться на процессе прототипирования, не отвлекаясь на рутинные процессы корректировки.

Видео процесса обработки модели небольшой фигурки.

Продукты Volumegraphics VGSTUDIO

Компания Volumegraphics представляет целый комплекс программ для 3d сканирования, который позволяют решать различные задачи — от дизайна до серийного производства. Важно, что благодаря использованию самых совершенных алгоритмов постобработки удается достигать отличных результатов и доводить до совершенства модели любых масштабов.

Volumegraphics предлагает собственную всеобъемлющую технологию проектирования CT, но поддерживает и другие типы 3D-данных — облако точек, сетка и форматы CAD. Самый полный пакет ПО, VGSTUDIO MAX, позволяет решать практически все существующие задачи контроля связанные с метрологией, обнаружением и оценкой дефектов, свойствами материалов или моделированием.

Для больших проектов и серийного производства будут очень полезны инструменты анализа, моделирования и визуализации, а также возможность автоматизации операций контроля.

Даже базовая версия включает в себя модули, с помощью которых можно обрабатывать результаты сканирования (CT Reconstruction), производить анализ и корректировку геометрии модели, в том числе толщину стенок (группа Geometry Analysis), выполнять поиск дефектов с помощью модулей группы Material Analysis (поддерживаются не только металлы, но также композиты и даже изделия из облегченных материалов).

В базовую поставку включается модуль Simulation, с помощью которого можно имитировать различные нагрузки — не только механические, но также воздействие жидкостей, электрического тока, нагрева и диффузии, в том числе и для пористых материалов.

Видео с краткими возможностями пакета VGSTUDIO MAX версии 3.3

Продукты INNOVMETRIC

В ассортименте этого разработчика также немало специализированных решений для проектирования и реверс-инжиниринга. Например, PolyWorks Modeler позволяет работать с любыми результатами сканирования, даже если они содержат очень большое количество точек, а PolyWorks Inspector позволяет автоматизировать операции контроля качества и дефектоскопии, а также значительно облегчить и ускорить любые другие операции, связанные с метрологией на производстве любых объемов.

Если основная задача заключается в получении моделей из результатов 3д сканирования и их редактировании, то лучшим выбором будет именно PolyWorks Modeler. Как и в других аналогичных программах работа начинается с объединения множества точек в полигональные модели, но полностью потенциал приложения раскрывается при редактировании NURBS-поверхностей, полученных после обработки результатов сканирования. Используемые алгоритмы позволяют в автоматическом режиме располагать кривые для достижения наилучших результатов и формирования непрерывной сглаженной поверхности модели, состоящей из множества NURBS.

Софт поддерживает функционал моделирования объемных деталей из плоских чертежей, что помогает на порядок сократить время подготовки 3D-моделей. На любом этапе работы можно передать результат в CAD-системы через экспорт форматов, чертежи (и модели) можно легко объединять друг с другом на основе единой системы размеров.

Видео работы в программе PolyWorks

Для работы с фотоаппаратом

Все рассмотренные выше программы для 3d сканирования предназначены для работы с 3D-сканерами, но создание моделей возможно и с помощью фототехники.

Рассматриваемое далее ПО основано на методах фотограмметрии, использующей для создания трехмерных цифровых объектов фотоснимки. Фактически, есть возможность использовать любой фотоаппарат или камеру телефона, получив 3д сканер из телефона, который можно всегда носить с собой.

На снимке выше вы видите пример комплексного решения для такого сканирования — набор Aicon Scanreference, состоящий из фотоаппарата, специальных приспособлений для увеличения точности сшивки снимков и ПО. Это профессиональное решение со специальным ПО.

С помощью каких еще приложений обрабатывать снимки для получения отличных результатов — рассказываем в этом разделе обзора.

3DF Zephyr Free

Разработка компании 3DFlow бесплатна для частного использования и поддерживает загрузку до 50 фотографий на один проект. Обычно, такого количества вполне достаточно для получения модели и приобретать платную лицензию не придется.

Среди основных возможностей программы — создание модели по фотографиям, корректировка граней и поверхностей, выгрузка результата в различных форматах CAD-систем. Поддерживается и создание анимаций, а также запись видео и автоматическая загрузка на Youtube. Процесс редактирования моделей максимально упрощен и поддерживает работу с масками, что позволяет ускорить обработку.

Дополнительный плюс — очень содержательный раздел обучения на официальном сайте программы, а также наличие форума и обширного сообщества.

Вот видео обработки модели в программе 3д сканирования по фотографиям 3DF Zephyr Free:

Agisoft PhotoScan

Agisoft PhotoScan позиционируется как профессиональное решение для создания 3D-моделей методами фотограмметрии. Речь идет не только об обратном инжиниринге и других вариантах использования моделей в производстве, но также о разработке AR и VR решений для компьютерных игр, видео и кинопродукции.

Основное достоинство PhotoScan в исключительно высокой детализации получаемых моделей, что достигается благодаря особым алгоритмам обработки результатов сканирования и отсутствию любых ограничений на разрешение обрабатываемых снимков и их количество. Возможность использования маркеров позволяет значительно улучшить итоговый результат.

Видео работы в программе:

Для Android

Выше рассмотренное ПО для создания 3D-моделей требует выгрузки фотографий и работает на десктопе, но современные смартфоны обладают достаточной производительностью для выполнения схожих операций, поэтому сделать 3d сканер из андроид-смартфона легко — достаточно загрузить одно из этих приложений.

Sony 3D Creator

Это приложение носит развлекательный характер, но полученные с помощью такого мобильного 3д сканера модели можно использовать, а значит программа будет полезна владельцам 3D-принтеров и фрезерных станков с ЧПУ.

Sony 3D Creator распространяется полностью бесплатно, пользователям доступна загрузка моделей в облако Sony для постобработки и улучшения качества.

Scann3D

Еще одно приложение, которое показывает неплохие результаты при 3д сканировании телефоном. Его отличие от предыдущего — наличие платной подписки для апгрейда до Pro-версии, которая снимает ограничения на выгрузку STL-файлов. Общий принцип работы аналогичен рассмотренному выше: для создания модели потребуется несколько десятков изображений, сделанных под разным углом и при равномерном освещении.

Несмотря на наличие некоторых проблем технического плана (на некоторых моделях смартфонов приложение может “вылетать” на этапе обработки снимков), результаты сканирования для мобильного приложения получаются весьма неплохими, а возможность дальнейшего редактирования STL-файла в CAD-системах позволяет устранить мелкие недостатки.

Видео процесса работы с приложением:

Qlone — 3D Scanning & AR Solution

Это приложение позволяет получать высококлассные модели с помощью специального мата — распечатываемой на принтере сетки. Она помогает программе отделить модель от окружающей среды и распознать на каждом снимке ту или иную сторону предмета. При съемке программа распознает наличие мата и расположение предмета на нем, закрывая еще не снятые участки полусферой, сектора которой становятся прозрачными, если нужный кадр уже сделан.

Видео, гиф-анимацию и снимки экрана с полученной моделью можно сохранять бесплатно, но экспорт модели возможен только за деньги (около 70 рублей).

Данный 3д сканер андроид показывает лучшие результаты в своем классе, именно благодаря этой особенности — наличию встроенной системы ориентации в виде сетки-основания.

Qlone можно найти в магазинах приложений Android и iOS. Приятным дополнением будет возможность автоматической анимации полученных моделей.

Видео с презентацией возможностей приложения:

Для iPhone

“Яблочные” телефоны обладают отличным качеством съемки и хорошей глубиной кадра, которая достигается благодаря использованию специальных алгоритмов для работы с двойной камерой. Некоторые приложения-3D-сканеры для Iphone представлены ниже.

Heges

Простое приложение для устройств на iOS c камерами True Depth, которое обеспечивает быстрое создание моделей. Достаточно лишь запустить этот 3д сканер на айфоне, чтобы убедиться в скорости работы и достаточно высокой детализации получаемых моделей.

Приложение прекрасно работает с обеими камерами, поддерживает экспорт моделей, а автоматические алгоритмы сглаживания позволяют получать гладкие поверхности, которые требуют лишь незначительной постобработки.

Видео работы в приложении:

Scandy Pro

ScandyPro также будет работать только на устройствах с поддержкой технологии TrueDepth, От Heges ее отличает возможность более детальной обработки результатов сканирования на серверах разработчика (предоставляется при оформлении платной подписки за $6 в месяц).

Кроме того, в вашем распоряжении библиотека завершенных моделей, возможность простого экспорта в CAD-форматы и несколько вариантов сканирования, которые по-разному учитывают фактическую освещенность в месте съемки.

Видео работы с приложением:

Рекомендуемые программы

Выбор программы для 3д сканирования всегда определяется спектром задач, которые планируется решать с помощью данного софта. Если речь идет о производстве, то можно рекомендовать один из пакетов, поддерживающих в том числе и выявление дефектов и проведение неразрушающего контроля, но для подразделений, которые решают задачи, связанные, например, с обратным инжинирингом, данный функционал будет избыточным.

Найти более подробные описания некоторых рассмотренных программ вы можете в каталоге:

• Geomagic Control X: контроль качества и дефектоскопия;
• Cleaform Vxmodel: пакет ПО для работы с 3D-сканером;
• Faro Scene: комплект ПО от производителя сканеров FARO
• Leios For Makers: универсальное решение для 3D-сканирования от компании EG Solutions;
• Volumegraphics: программы для 3D-сканирования, контроля качества и постобработки;
• Innovmetric: комплекс программ для решения даже самых сложных производственных задач.

Любительский сегмент, в котором часто 3д сканер из смартфона или фотоаппарата — единственный экономически доступный рядовому пользователю способ 3D-сканирования, сильно зависит от характеристик имеющейся техники. Стоит лишь учитывать, что разработчики используют различные алгоритмы обработки фотограмметрии, не всегда адекватно сочетающиеся с нюансами работы того или иного устройства, и единственный способ подобрать мобильное приложение, которое позволит получать лучшие результаты — перепробовать максимально возможное количество вариантов.

Однозначно порекомендовать идеальное сочетание “аппарат + приложение” невозможно, именно из-за наличия большого количества индивидуальных особенностей камер, а также внутренних алгоритмов, которые используются в мобильной технике для обработки результатов съемки.

Заключение

Какие бы задачи вы ни планировали решать с помощью программ для 3d сканирования, никогда не будет лишним обратиться к профессионалам за дополнительной консультацией.

An Introduction to 3D Scanning

In the last few months — ever since I signed on to work at a mobile 3D scanning company — I’ve had to explain to my friends what exactly 3D scanning is and how it is applied to real world situations. They all know that 3D scanning sounds vaguely cool, but they don’t have any idea what it really means.

I quickly found that it’s tricky to find the right balance between providing a surface level description and an in-depth seminar that’s way too long and way too technical. The goal of this article is to strike that balance — to break down the basics of 3D scanning in a simple and understandable manner. I’ll talk about what enables 3D scanning, some of the ways it’s currently used, and what the future holds for the technology.

What is 3D scanning?

3D scanning is a tool for computer vision to recognize and reproduce three-dimensional content — it enables computers to see the world. What do I mean by “see the world”? By using technology that is most easily related to echolocation, computers have the ability to take in 3D information about their surroundings, parse it into an understandable format, and then re-create that physical space into a digital space. It stores this information in “points,” or lines of information that designate locations in the x-, y-, and z-axes.

Check out this awesome video to learn more about computer vision.

The end goal is to take the world around us — what our eyes see every day — and transfer that vision to the digital sphere. 3D scanning allows the digital representation of what’s around us to also be in three dimensions, unlike a flat drawing or blueprint. What you choose to do with this information is what makes 3D scanning so powerful.

How does 3D scanning happen?

There are two sides to every 3D scanning application: collection of data and processing of information. Acquiring point clouds — a term used to reference 3D data — requires a 3D camera system; processing the collected information requires algorithms to organize the data into whatever structure you’re using it for. The methods of acquiring 3D scan data are myriad, but modern 3D cameras for mobile devices like the iPhone X and the Sony Xperia Z are starting to include one of two methods: Time-of-Flight (ToF) and Structured Light (SL) for real time depth capture.

Here’s a quick, simple explanation. Both Structured Light and Time-of-Flight have a camera (sometimes more than one) and a light projector; the projector shines infrared light at the object that you want to scan, while the cameras in the scanner record the light that is reflected back. The difference: Structured Light shines a pattern that when distorted is used to triangulate depth, whereas time-of-flight shines diffuse light at a known wavelength and the reflected light speed is compared to generate a point cloud. Just like different camera lenses, ToF and Structured Light IR projectors are used for different purposes and each have their pros and cons in different situations.

If you’re eager to get into the nitty gritty details, I encourage you to check out this article describing Time-of-Flight or this one describing Pattern Projectors.

It’s possible to directly measure and visualize the point cloud data acquired from a 3D scan in real time; in most cases, however, we want to record the scan data, to enable more possibilities to use the scan information. We do this by inputting the point cloud into algorithms that construct models of the scanned object in real time. This might take the form of a polygon mesh model, a surface model (called a NURBS model), or a solid model for computer-aided design.

For a deeper dive into the details of different model types, take a look at this description of polygon meshes. Here’s an explanation of NURBS curves and surfaces, and finally, here’s one for solid modeling.

Как сделать 3D-скан любого объекта обычной камерой — часть 1

Всем мозгочинам, большой привет! Если в течение последних нескольких лет вы не жили где-нибудь в глуши, то наверняка слышали о такой отличнейшей вещи, как 3D-печать. С помощью неё мы может распечатать почти что угодно, если конечно имеется соответствующая 3D-модель. А сегодня мы узнаем о том, как получать такие модели с помощью обычного фотоаппарата!

Итак, для получения 3D-моделей нужных объектов есть много мозгоспособов, но лучшим конечно является 3D-сканирование, которое в сочетание с хорошим принтером позволяет воспроизвести любой объект, начиная от целого дома и заканчивая обычной сережки. К тому же полученный скан можно использовать как основу ваших будущих самоделок. Вы только задумайтесь о том, что можно сделать с обычной цифровой фотографией, а сейчас она еще поможет создать реальные трехмерные объекты!

Еще одним приятным моментом 3D-сканирования является то, что у вас наверняка уже есть для это нужное оборудование, и возможно оно лежит у вас где-то в кармане, или вы смотрите на него (думаю, я пишу эти строки, а вы уже догадались что это :)). Да, это оборудование, позволяющие запечатлеть окружающий мир в 3D, простой фотоаппарат. И он, в купе с небольшим количеством мозготехники и недорогого, или даже свободного софта, превращается в самый универсальный 3D-принтер в целом мире. Знакомьтесь с этой мозгостатьей и вы узнаете, как именно это осуществить!

Шаг 1: Как же это работает?

Суть проста — необходимо получить достаточно много фотографий нужного вам объекта, при этом
каждая деталь этого объекта должна быть как минимум на 3-х фото. Далее они загружаются в специальную программу, которая распознает отдельные места объекта, и используя тригонометрию и «темную магию», выдает их положение в трех плоскостях. Распознав достаточное количество таких мест (иногда до нескольких миллионов) программа может создать цифровую модель самого мозгообъекта, которой можно, например, удивить своих друзей, или встроить ее в видеоигру, или послать на 3D-печать.

Для получения подходящих фотографий нужно немного попрактиковаться, конечно профессиональным фотографом становиться не требуется, но если ваш опыт в этом деле не выходит за рамки селфи, то потренироваться стоит.

Со специализированным софтом работать не сложно, большинство бесплатных пакетов не предусматривают большого количество опций, поэтому просты в использовании. Более профессиональные версии требуют времени для работы с ними и материальных затрат на их покупку, но в итоге они приятно вас удивят.

Шаг 2: Подойдет ли моя камера?

Да. И это я заявляю точно. Естественно, что какие-то камеры будут проявлять себя лучше других. «Идеальная» камера будет выдавать кристально чистые, четкие, великолепно проэкспонированные, неискаженные фотографии высокого разрешения при любых условиях. Таких камер, к большому сожалению, нет, но это пока. В данном мозгоруководстве использовались несколько типов камер, и представленные сканы сделаны из фотографий снятых каждой камерой.

Теоретически подойдет и старый Nikon FM2, но для получения более-менее приемлемой модели нужно отснять им около 5 рулонов пленки, поэтому проверять это на деле я не буду 🙂

Шаг 3: DSLR-камера

Цифровые однообъективные зеркальные камеры — это до сих пор, высокий стандарт фотосъемки и, как говорится, заслуженно. Они предоставляют качество, многовариантность и настройки, которых нигде больше не найти, и чтобы получить все вышеперечисленное не обязательно иметь дорогой фотоаппарат. Большинство своих 3D-моделей я сделал с помощью 12.3 MP Nikon D5000. Другие, более новые и более дорогие мозгокамеры могут дать большее разрешение, а значит больше информации, и следовательно, обработка займет больше времени.

Большинство зеркальных камер могут сохранять фото в формате RAW («сырые», необработанные данные), то есть избежать jpeg-сжатия. Опция это полезная, если вы хотите получить 3D-модель самого высокого качества.

Эту красивую резную панель я снял в вестибюле гостиницы в Орландо, сделав 49 снимков в сложном свете камерой Nikon D5000 и объективом 18-55мм.

Шаг 4: PaS-камеры

PaS (Point-and-Shoot, фокусируйся и снимай)-камеры и их беззеркальные собратья имеют преимущество перед зеркальными фотоаппаратами в низкой цене. В лучших из них есть режим ручной настройки, для
самостоятельной настройки нужной экспозиции. У PaS-камер Canon есть еще большой плюс — CHDK — «прошивка» с открытым кодом, которую можно оптимизировать для ваших конкретных целей.

Эту «очаровашку» я встретил в фойе Miami Biltmore, ее задача поддерживать лестницу, поэтому она наверное выглядит такой усталой 🙂 Ее я запечатлел на 20 фото с помощью PaS- камеры Nikon Coolpix.

Шаг 5: GoPro и другие экшн-камеры

Взяв GoPro, сделав что-то «безбашенное», разместив снятый ролик на YouTube, тогда возможно и вы станете знаменитым. А что если одновременно с этим запечатлеть ваши трюки в 3D?

Большинство фотограмметрического софта не дают качественного результата при работе с GoPro, и причиной тому объектив «рыбий глаз», дающий искажения. В последних версиях мозгософта Agisoft PhotoScan имеется специальная опция для такого объектива, и модели получаются достойными, но кажется что на это тратиться больше времени, чем с обычным алгоритмом. Большой плюс последних GoPro-камер в наличии режимов замедленной и сверхскоростной съемок, позволяющие автоматически делать кадры со скоростью от 1 кадра в минуту до 10 кадров в секунду, что очень полезно, так как камеру при этом можно разместить на черенке от швабры или малярного валика, получив тем самым нужный угол съемки, и без данных опций это было бы затруднительно.

Для следующей модели я использовал камеру Hero4 Silver в режиме скоростной съемки 10 кадров в 3 секунды. Мое лицо выражает концентрацию, которая необходима для удерживания головы на сколько это возможно неподвижно.

Шаг 6: Видеокамеры

В тех случаях, когда нам необходимо большое количество фотографий объекта, то возникает логический вопрос: «А что если использовать видео?». Видеокамеры обычно снимают со скоростью 24 кадра в секунду, и значит, что для получения необходимых фотографий нужно лишь волнообразно снять видеокамерой объект, обойдя его по кругу, словно мы бы красили ей этот мозгообъект. Кадры во время видеосъемки делаются настолько быстро, почти невозможно не получить необходимого перекрытия между снимками.

В принципе идея хорошая, да и на практике работает, но не достаточно хорошо. Разрешение кадров видеосъемки и совсем не то, что и у фотокамер. Большинство видеокамер имеют крошечные сенсоры и дешевую оптику, которые оптимизированы для видеосъемки, но не дают достаточно четких кадров.
Возможно в скором будущем можно будет брать пригодные кадры из видео, особенно когда станут доступны 6К- и 8К-камеры, которые могут записывать несжатые изображения. А возможно и софт оптимизируют так, что станет возможным обрабатывать просто огромное количество снимков низкого качества.

Для эксперимента я провел сканирование с помощью камеры недорогого квадрокоптера в VGA-разрешении. В принципе получилось, да и не настолько плохо, как я ожидал. Качество еще пострадало из-за того, что я не столь опытен в пилотировании квадрокоптера.

Шаг 7: Смартфоны

Возможно самый лучший вариант для начала это смартфон. Большинство современных моделей идут с довольно приличными камерами и есть дополнительные приложения для их более функционального использования. Но реальный потенциал камер смартфонов раскрывается специальными скан-приложениями, возможности которых выходят за рамки того, чтобы просто снимать фотографии. Так приложение 123dCatch от Autodesk использует сенсоры смартфона для определения направления расположения камеры и подсказывает вам как получить удачные мозгокадры, а после съемки загружает ваши фото на собственный сервер для их обработки. Если вы не захотите делать это посредством своего тарифного план, то возможно это будет удобно по WiFi. Недостаток текущей версии этого приложения в том, что оно не сохраняет полученные фото на вашем смартфоне (по крайней мере так с Android-версией), и если (или лучше сказать — когда) что-то пойдет не так в процессе сканирования, то чтобы это исправить просто так к фотографиям не добраться.

Это скан одной из моих наковален, сделанный из 74 фотографий на Samsung Galaxy S5, обработанных в Agisoft.

Шаг 8: Так что же лучше?

Когда вы только начинаете, то лучшим выбором будет лучшая из имеющихся у вас камер, ну а самый лучший вариант это конечно же DSLR-камера. И если вы планируете приобрести камеру для серьезного трехмерного сканирования, или для профессионального фотографирования, то DSLR самое то. Но не стоит забывать, что все зависит от качества снимков, а не качества самой мозгокамеры, и с правильными навыками и верных условиях можно сделать хорошие снимки даже на «плохую» камеру, а если вы не знаете что и как делать, то и с хорошей камерой получатся плохие фото. Поэтому, если хотите в это вкладывать, то вкладывайте в свои умения как фотографа, ведь камера настолько хороша, насколько хорош стоит фотограф за ним.

Фотосканирование чего-то сложного, например, сделанное мной сканирование ушка иголки, требует хорошего понимания как самого фотографирования, так и фотограмметрии. Для этого мозгоскана я сделал 63 снимка камерой Nikon D5000 DSLR с объективом 40мм Micro NIKKOR и удлинительным кольцом.

Шаг 9: Что сканировать

Для начала выбираем что-то простое, но что даст хороший результат.

Предмет должен…
быть неподвижным,
быть не слишком блестящим,
быть не очень габаритным, чтобы можно было обойти вокруг него,
или не слишком мелким, чтобы не требовались специальные фотографические навыки и оборудование,
иметь поверхность со многими деталями, а не однородными областями,
но не иметь большого количества слишком мелких, тонких частей.

Вот обычный ботинок отличный объект для первого сканирования. Возьмите какой-нибудь простой и практичный, без кричащих «блестяшек».

Шаг 10: Подготовка к сканированию

Выбранный предмет помещаем на табуретку или коробку, чтобы не ползать вокруг него по полу. Я, к примеру, поставил этот чайник на штатив, чтобы комфортно снимать его.

Далее убеждаемся, что предмет хорошо освещен. Если вы можете вращать объект, снимая его на улице в пасмурный день, то это просто отлично, и так вы получите много хорошего рассеянного света. Если же вам нужно проводить съемку в помещении, то установите достаточно света и сделайте его по возможности рассеянным. Направьте свои источники мозгосвета на белый потолок или отражатели, ну или на серебристые зонтики. Суть в том, чтобы получить как можно больше рассеянного света с минимальным количеством затенений. Вспышка на камере в этом случае не особо полезна, она, как правило, отбрасывает тени, которые на разных снимках появляются в разных местах. Отдаленные стробы хороши для наших целей если обеспечивают рассеянный, ровный света.

Затем делаем не менее сотни снимков, чтобы быть уверенным, что этого хватит. Снимать можно и со штатива, но тогда на это уйдет больше времени, поэтому по возможности лучше так не делать. То есть схема такова — получить достаточно света, чтобы можно было фотографировать с рук.

Как сканировать 3D-объекты для 3D-печати

Сканирование объектов для 3D-печати может быть непростым делом, но, изучив правильное программное обеспечение и советы, вы сможете создавать довольно крутые модели. Эта статья даст вам несколько хороших знаний о сканировании объектов для создания 3D-печати.

Для 3D сканирования 3D объектов для 3D печати необходимо либо приобрести 3D сканер, либо с помощью телефона/камеры сделать несколько снимков вокруг объекта и сшить их вместе с помощью фотограмметрии для создания 3D скана. Убедитесь, что у вас хорошее освещение во время сканирования для получения наилучших результатов.

Продолжайте читать, чтобы получить больше информации и советов по 3D-сканированию объектов для 3D-печати.

Можно ли отсканировать объект для 3D-печати?

Да, вы можете отсканировать объект для 3D-печати, используя различные методы сканирования. Один из примеров — студент-выпускник, который 3D-сканировал и 3D-печатал скелет шувозаврида для музейной экспозиции. Это древнее крокодилоподобное существо, которое он 3D-сканировал с помощью профессионального сканера премиум-класса Artec Spider.

В настоящее время его цена составляет около 25 000 долларов, но можно приобрести гораздо более дешевые 3D-сканеры или использовать бесплатные варианты, такие как фотограмметрия, которая создает 3D-сканы с помощью нескольких фотографий.

Он упомянул репозиторий с открытым доступом под названием MorphoSource, который представляет собой коллекцию нескольких 3D-сканов животных и скелетов.

Далее этот студент рассказал, что затем он использовал программу визуализации под названием AVIZO для подготовки STL-файлов поверхности каждого скана, после чего напечатал их в 3D.

Если речь идет о более стандартных предметах, которые могут быть у вас дома, или даже о деталях автомобилей, то их, безусловно, можно 3D-сканировать и 3D-печатать. Люди успешно делают это уже много лет.

Я также наткнулся на пользователя, который отсканировал и напечатал ферму своего друга с помощью дрона. Это не только имело значительный успех, но и имело фантастический архитектурный вид.

Я отсканировал и напечатал в 3d ферму друзей с помощью дрона и моего нового 3d принтера. от 3Dprinting

Он начал с создания сетчатой модели после нанесения на карту с помощью Pix4D, а затем обработал ее с помощью Meshmixer. Pix4D стоил дорого, но есть бесплатные альтернативы, такие как Meshroom, которые вы можете использовать, если не можете понести расходы.

Он сделал около 200 фотографий, и с точки зрения масштабирования размеров и деталей с дрона, получается около 3 см на пиксель. Разрешение в основном зависит от камеры дрона и высоты полета.

3D-сканирование не ограничивается только тем, с чем вы взаимодействуете ежедневно, но, как показано на странице 3D-сканирования NASA, многие типы объектов также могут быть подвергнуты 3D-сканированию.

Вы можете узнать больше об этом на странице NASA, посвященной распечатываемым 3D-сканам, и увидеть несколько 3D-сканов космических объектов, таких как кратеры, спутники, ракеты и многое другое.

Как сканировать 3D-объекты для 3D-печати

Существует несколько методов сканирования 3D-моделей для 3D-печати:

• Использование приложения для Android или iPhone
• Фотограмметрия
• Бумажный сканер

Использование приложения для Android или iPhone

Насколько я понял, можно сканировать 3D-объекты прямо из приложений, установленных на вашем устройстве. Это возможно благодаря тому, что большинство новых телефонов по умолчанию оснащены LiDAR (обнаружение света и определение дальности).

Кроме того, некоторые приложения бесплатны, а другие требуют оплаты перед использованием. Ниже приведено краткое описание некоторых приложений.

1. приложение Polycam

Приложение Polycam — это популярное приложение для 3D-сканирования, которое работает с продуктами Apple, такими как iPhone или iPad. На момент написания статьи оно имеет рейтинг 4.8/5.0 с более чем 8 000 оценок.

Оно описывается как ведущее приложение для захвата 3D для iPhone и iPad. Вы можете создавать множество высококачественных 3D моделей из фотографий, а также быстро генерировать сканы помещений с помощью датчика LiDAR.

Он также позволяет редактировать 3D-сканы прямо с устройства, а также экспортировать их во многие форматы файлов. Вы можете поделиться своими 3D-сканами с другими людьми, а также с сообществом Polycam с помощью Polycam Web.

Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть, как пользователь Polycam сканирует большой камень и снимает множество деталей.

Освещение является очень важным фактором при 3D-сканировании, поэтому учитывайте это при сканировании объектов. Лучшим типом освещения является непрямой свет, например, тень, но не прямой солнечный свет.

Вы можете посетить официальный сайт Polycam или страницу приложения Polycam.

2. Трнио Апп

Приложение Trnio — это отличный метод 3D-сканирования объектов для 3D-печати. Многие люди создали несколько потрясающих 3D-отпечатков, используя существующие объекты, затем масштабируя их по своему желанию для создания новых изделий.

В качестве примера можно привести видео Эндрю Синка, который отсканировал в 3D несколько украшений для Хэллоуина и сделал из них кулон для ожерелья. Для достижения этого результата он также использовал Meshmixer.

Предыдущие версии приложения были не самыми лучшими, но они сделали несколько полезных обновлений, чтобы сканировать объекты быстрее и проще. Вам больше не нужно касаться пальцем во время сканирования, а приложение автоматически записывает и компилирует видеокадры.

Это приложение премиум-класса, поэтому за его загрузку придется заплатить. На момент написания статьи его цена составляла $4,99.

Вы можете заглянуть на страницу приложения Trnio или на официальный сайт Trnio.

Фотограмметрия

Фотограмметрия — эффективный метод 3D-сканирования объектов, используемый в качестве основы для многих приложений. Вы можете использовать необработанные фотографии непосредственно с телефона и импортировать их в специализированное программное обеспечение для создания цифрового 3D-изображения.

Это бесплатный метод, который обладает впечатляющей точностью. Посмотрите видеоролик, снятый Йозефом Прусой, в котором демонстрируется 3D-сканирование с помощью фотограмметрии с телефона.

1. Используйте камеру — телефон/камеру GoPro

Кто-то рассказал, как он отсканировал разбитый камень, а затем напечатал его, и он вышел идеально. В этом ему помогла камера GoPro. Он также использовал COLMAP, Prusa MK3S и Meshlab, и он еще раз подчеркнул, как важно освещение.

Равномерное освещение — залог успеха при работе с COLMAP, и наилучшие результаты дает съемка на открытом воздухе в пасмурный день. Посмотрите видео ниже, чтобы получить полезное руководство по COLMAP.

Он также отметил, что трудно иметь дело с блестящими предметами.

Он использовал видеоклип в качестве источника сканирования и экспортировал 95 кадров, а затем использовал их в COLMAP для создания 3D-модели.

Он также упоминает, что провел несколько тестов с Meshroom в плане получения хороших сканов при плохом освещении, и он лучше справляется с неравномерно освещенными объектами.

Вы должны обращаться с камерой GoPro осторожно, потому что вы можете получить искаженное изображение, если не позаботитесь о широкоугольнике. Перейдите по ссылке, чтобы получить подробное объяснение.

2. профессиональный ручной сканер — Thunk3D Fisher

Существует множество профессиональных ручных сканеров с разным уровнем разрешения, но в данном примере мы рассмотрим Thunk3D Fisher.

Несмотря на то, что сканер делает детальные снимки и является специализированным, он все равно относится к фотограмметрии. Один пользователь 3D написал о том, как с помощью 3D-сканирования и печати ему удалось придумать передние фары Mazda B1600.

3d сканирование и 3d печать — идеальное совпадение, мы воссоздали переднюю фару для Mazda B1600. У владельца автомобиля была только правая сторона, мы отсканировали и перевернули ее на левую сторону. Напечатали в общей смоле, обработали эпоксидной смолой и покрасили в черный цвет. от 3Dprinting

Владелец автомобиля отсканировал только правую сторону с помощью ручного сканера Thunk3D Fisher, а затем перевернул ее, чтобы поместить на левую сторону.

Этот сканер обеспечивает точное сканирование и, как утверждается, идеально подходит для сканирования больших объектов. Он также идеально подходит для объектов с замысловатыми деталями. В нем используется технология структурированного света.

Этот сканер хорош тем, что сканирует объекты размером от 5-500 см в высоком разрешении и 2-4 см в низком разрешении. Он имеет бесплатное программное обеспечение, которое часто обновляется. Самое интересное, что Thunk3D Fisher Scanner имеет дополнительное программное обеспечение для 3D-сканеров Archer и Fisher.

3. OpenScan Mini на базе Raspberry Pi

Я наткнулся на статью о том, как кто-то использовал сканер на базе Raspberry Pi для сканирования 3D-печати ладьи. 3D-сканирование проводилось с помощью комбинации OpenScan Mini на базе Raspberry Pi и 16-мп камеры Arducam с автофокусом. Они упомянули, что увеличение детализации было значительным.

Разрешение камеры для этих типов сканирования очень важно, но правильное освещение и подготовка поверхности могут быть даже более важными. Даже если у вас была камера плохого качества, если у вас хорошее освещение и поверхность с богатыми характеристиками, вы все равно можете получить довольно хорошие результаты.

3D сканирование этого 3D напечатанного грача, демонстрирующего невероятные детали — напечатанный на высоте 50 мм и отсканированный с помощью OpenScan Mini на базе Raspberry Pi (ссылка&подробности в комментарии) от 3Dprinting

Далее он рассказал, что если вы хотите использовать этот сканер, вы должны хорошо понимать, как он зависит от камеры Pi. Вы можете ожидать отличных результатов при использовании этих двух устройств вместе.

Использование бумажного сканера

Это не совсем обычный метод, но вы действительно можете выполнять 3D-сканирование с помощью бумажного сканера. Отличный пример этого в действии — компания CHEP, которая испытала сломанную клипсу, затем склеила части вместе, чтобы затем 3D-сканировать ее на бумажном сканере.

Затем вы берете файл PNG и конвертируете его в файл SVG.

После завершения преобразования вы можете загрузить его в выбранную вами программу CAD. Затем, после нескольких процессов, вы можете преобразовать его в STL-файл, а затем перенести его в Cura для нарезки при подготовке к 3D-печати.

Посмотрите видео, чтобы получить наглядное руководство по выполнению этой задачи.

Сколько стоит 3D-сканирование объекта?

Услуги 3D-сканирования могут стоить от $50 до $800+ в зависимости от различных факторов, таких как размер объекта, уровень детализации объекта, местонахождение объекта и т.д. Вы можете бесплатно сканировать свои собственные объекты, используя фотограмметрию и бесплатное программное обеспечение. Базовый 3D-сканер стоит около $300.

Есть даже возможность арендовать собственный профессиональный сканер, чтобы получить действительно качественное сканирование нескольких объектов.

Многие приложения для 3D-сканирования телефонов также бесплатны. Что касается профессиональных 3D-сканеров, то их стоимость может составлять около $50 за набор «сделай сам» и до $500+ за сканеры низкого диапазона.

3D-сканеры могут быть очень дорогими, если вам нужны высокие технические характеристики, например, Artec Eva стоит около 15 000 долларов.

Вы также сможете найти услуги 3D-сканирования в вашем регионе через поиск в таких местах, как Google, и стоимость этих услуг будет различной. Популярными услугами 3D-сканирования являются такие, как ExactMetrology в США и Superscan3D в Великобритании.

Superscan3D определяет различные факторы стоимости 3D-сканирования:

• Размер объекта, подлежащего 3D-сканированию
• Уровень детализации объекта или сложные изгибы/изломы
• Тип сканируемого материала
• Где находится объект
• Уровни постобработки, необходимые для подготовки модели к применению

Ознакомьтесь с этой статьей от Artec 3D для более подробного объяснения стоимости 3D-сканера.

Можно ли 3D-сканировать объект бесплатно?

Да, вы можете успешно 3D-сканировать объект бесплатно, используя различные программные приложения для 3D-сканирования, а также фотограмметрию, которая представляет собой использование серии фотографий желаемой модели и специализированного программного обеспечения для создания 3D-модели. Эти методы определенно могут создать высококачественные 3D-сканы, которые можно 3D-печатать бесплатно.

Посмотрите видео ниже, чтобы получить наглядное объяснение того, как бесплатно выполнять 3D-сканирование с помощью Meshroom.

Превратить 3D-скан или фотографии в STL-файл можно с помощью такого программного обеспечения, как это. Обычно у них есть опция экспорта для превращения серии фотографий или сканов в STL-файл, который можно распечатать на 3D-принтере. Это отличный способ сделать 3D-сканы пригодными для печати.

Roy Hill

Рой Хилл — страстный энтузиаст 3D-печати и технологический гуру, обладающий обширными знаниями обо всем, что связано с 3D-печатью. Обладая более чем 10-летним опытом работы в этой области, Рой овладел искусством 3D-проектирования и печати и стал экспертом в области последних тенденций и технологий 3D-печати.Рой имеет степень инженера-механика Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и работал в нескольких авторитетных компаниях в области 3D-печати, включая MakerBot и Formlabs. Он также сотрудничал с различными предприятиями и частными лицами для создания пользовательских 3D-печатных продуктов, которые произвели революцию в их отраслях.Помимо своей страсти к 3D-печати, Рой является заядлым путешественником и любителем активного отдыха. Он любит проводить время на природе, ходить в походы и отдыхать с семьей. В свободное время он также наставляет молодых инженеров и делится своими знаниями о 3D-печати на различных платформах, в том числе в своем популярном блоге 3D Printerly 3D Printing.