3D Tarayıcı – Nedir bu?
Bu yazıda size 3D taramayı tanıtacağım. Bazı insanların renkli figürlerin üretiminde kesinlikle bir araç olarak gördükleri şey, evrenimizde kendi başına ayrı – çok güzel – bir disiplindir. İlk olarak, size farklı 3D tarayıcılar hakkında genel bir bilgi vereceğim. Daha sonra 3D taramanın farklı yöntemleri hakkında bilgi edinecek ve umarım makalenin sonunda şu anda bildiğinizden çok daha fazlasını öğreneceksiniz.
3D tarama nedir?
- portabler 3D-Handscanner für Intel iCore5 Prozessoren (oder höher) USB 3.0
- Auflösung x/y 0.9mm - Tiefenauflösung 1mm - Scan Volume min. 0.2 m x 0.2 m x 0.2 m Scan...
* Stand: 2023-03-01 / Bilder: Amazon API
Farklı 3D tarama yöntemleri nelerdir?
Kulağa gerçek olamayacak kadar basit geliyor: 3D grafik yazılımı hakkında bilgi edinmenin sıkıcı ve uzun sürecinden geçmek yerine, standart bir dijital kamera alın, birkaç fotoğraf çekin ve ardından yazılımın fotoğraflanan nesnenin eksiksiz, üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturmasını sağlayın – bu, herhangi bir standart 3D yazıcıda 3D baskı için uygundur. Başlangıçta bilim kurgu gibi görünen şey aslında işe yarıyor. Ve oldukça da iyi! Dijital kameraya alternatif olarak, yapı marketlerden alabileceğiniz çizgi lazerleri ya da Microsoft'un X-Box çevre birimlerinin bir parçası olan Kinect kamerası da uygundur.
3D tarama alanındaki mevcut yaygın yöntemler arasında fotogrametri (fotometrik olarak da adlandırılır), ışıkla kesit alma (üçgenleme), kodlanmış ışıkla çalışma ve yapılandırılmış ışık yönteminin bir parçası olarak Kinect kullanımı yer almaktadır.
Fotogrametri nasıl çalışır?
Prensip olarak, fotogrametri prosedürü için tam olarak iki şeye ihtiyacınız vardır: bir dijital kamera ve bir internet bağlantısı. Fotoğraf makinesiyle, daha sonra basılacak nesneyi daire içine alır ve tüm perspektiflerden fotoğraf çekersiniz. Elde edilen fotoğraflar daha sonra my3Dscanner.com veya Autodesk 123D Catch gibi özel web hizmetlerine yüklenir. Yüklemenin ardından hizmetler görüntüleri analiz etmeye başlar ve nesnenin üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturur. Bu işlemin işe yaraması için fotoğrafların ayırt edici noktalar içermesi gerekir – örneğin, tüm fotoğraflarda tekrarlanan keskin çizgiler veya açık-koyu desenler. Servis sağlayıcının yazılımı ancak bu şekilde fotoğrafı çekilen nesnenin odanın tam olarak neresinde olduğunu tespit edebilir. Üç boyutlu nesnenin oluşturulması sırasında, yazılım önce görüntü dosyalarındaki verilerden bir “nokta bulutu” oluşturur, ardından bu bulutu rafine eder ve son olarak noktalar arasında dijital bir yüzey ağı oluşturur. 3D nesnenin hesaplanması tamamlandığında – ki bu bir güne kadar sürebilir – kullanıcı bitmiş dosyayı uygun bir şekilde e-posta ile alır.
Işık kesiti yöntemi nasıl çalışır?
Işık kesiti alma işlemi için bir dijital kamera da gereklidir. Ancak, bir web hizmeti tarafından sağlanan uygun destek burada ihmal edilmiştir; bunun yerine ek donanım gereklidir. Bu donanım herhangi bir yapı marketinde çizgi lazeri şeklinde bulunabilir. Çizgi lazeri, dijitalleştirilecek nesneyi dilim dilim işaretlemek için kullanılır, böylece daha sonra yan tarafa yerleştirilen kamera ile kaydedilebilir. Bu şekilde lazer, nesne ve kamera arasındaki açılar görünür hale gelir – bu da görüntü kayıtlarındaki bozulmalarla birlikte lazer hattındaki her nokta için derinliğin üçgenlenmesini sağlar.
Nesnenin tam bir görüntüsünü oluşturmak için, lazer çizgisi nesnenin üzerinde bir kez tamamen döndürülmelidir – ve her yönden. Ortaya çıkan münferit görüntülerin uygun bir yazılım kullanılarak “sadece” bir araya getirilmesi gerekir. “Sadece” kelimesini kasıtlı olarak parantez içine aldık, çünkü bu kısım aslında en zor görevdir. Tek tek görüntülerde çakışan noktalar manuel olarak bulunmalı ve ardından programa iletilmelidir. Tatmin edici sonuçlar ancak yeterli pratikle elde edilebilir!
Kodlanmış ışıkla çalışma nasıl çalışır?
Kodlanmış ışıkla çalışmak da ışık kesitleme yöntemlerinden biridir, ancak optimize edilmiş bir biçimde. Bir çizgi lazeri yerine, dijital kameraya ek olarak bir ışınlayıcıya ihtiyacınız var – bu da doğal olarak ekipmanın fiyatını artırıyor. Kodlanmış ışıkla çalışırken, bir nesnenin yüzeyindeki her nokta bir koordinata karşılık gelir. Projektör şimdi nesnenin üzerine şeritler halinde farklı aydınlık-karanlık desenleri yansıtırken, kamera aynı anda gözlemlenen noktanın aydınlıkta mı yoksa karanlıkta mı olduğunu kaydeder. İşleme için ikili kod kullanılır: Aydınlık 1'e, Karanlık 0'a karşılık gelir. Desenin zamansal sıralaması için, projektörün her bir şeridinin numarası Gri Kodda kodlanır, burada sayı projektördeki bir koordinata karşılık gelir. Görüntü ve ışınlayıcı koordinatları oluşturulduktan sonra, nesne üzerindeki her noktanın derinliği hesaplanabilir. Nesnenin eksiksiz, üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturmak için, diğer yöntemlerde olduğu gibi birkaç yönden taranmalı ve taramalar daha sonra yazılım kullanılarak birleştirilmelidir.
3D tarama Structured Light ve Kinect ile nasıl çalışır?
Microsoft'un Kinect kamerası ilk olarak Xbox 360'ın hareket kontrolü için geliştirilmiştir. Ancak Kinect'in temel teknik yapısı, cihazı bilgisayar oyunlarının ötesinde – 3D tarama dahil – uygulamalar için ilginç kılıyor. Kinect, odadaki küçük, parlak ve koyu noktaları (benekleri) “çizen” bir kızılötesi lazerle çalışır. Birkaç nokta her zaman bir desen oluşturmak için birleştirilir. Kinect daha sonra depolanan referans desenleri kaydedilen desenle karşılaştırarak bir derinlik görüntüsü hesaplar. Kinect bir görüntüdeki tüm noktaların uzamsal derinliğini tek bir çekimle yakalayabildiğinden, işlem son derece hızlıdır.
- Anschlusstechnik:Verkabelt
- Produkttyp:Bewegungssensor
* Stand: 2023-03-01 / Bilder: Amazon API
Tarama yapısı
Yukarıda bahsedilen dört yöntemin her biri kendi tipik kamera ve çevre birimleri kurulumunu gerektirir. Temel yapıyı sizlere kısaca sunacağız.
Fotogrametri için tarama kurulumu
Kamerayı elinize alın ve başlayın – fotogrametri ile kapsamlı bir kurulum gerekli değildir. Burada daha önemli olan, bir nesnenin fotoğrafının nasıl çekildiğidir. En iyi sonuçlar, nesne yanlamasına daire içine alındığında ve sürekli fotoğraflandığında elde edilir. Bir çevre turu 30 veya daha fazla görüntü oluşturmalıdır. Mümkünse, nesne bir kez yandan, bir kez hafif tepeden ve bir kez de kurbağanın bakış açısından fotoğraflanmalıdır. Nesneyi bir video olarak kaydetmek ve ardından bir dizi görüntü olarak dışa aktarmak da mümkündür.
Işık kesiti yöntemi için tarama yapısı
Işık kesiti yöntemi için tarama kurulumu çok daha karmaşık olabilir. Lazerin yüzey üzerinde kaydırılması için, lazerin manuel olarak yönlendirilmesi ve ücretsiz, kendinden baskılı kalibrasyon yardımcılarının kullanılması yeterlidir – ancak işlemle daha profesyonel bir şekilde ilgilenmek ve buna uygun olarak yüksek kaliteli sonuçlar istiyorsanız, bir çizgi lazerine ek olarak en az 2 megapikselli bir kameraya, bir taban plakasına ve kalibrasyon yüzeylerine ihtiyacınız vardır. Döndürme işlemi bir motor ve kontrol elektroniği aracılığıyla otomatikleştirildiğinde tarama daha da profesyonel ve hepsinden önemlisi daha hızlı hale gelir.
Kodlanmış ışıkla çalışırken tarama kurulumu
Kodlanmış ışık yönteminde, bir çizgi projektörü (ışınlayıcı) ve bir kamera, kaydedilecek nesneden önceden tanımlanmış bir mesafeye, yani nirengi tabanına kurulur. Nesne birkaç yönden fotoğraflansa bile bu mesafe sabit kalmalıdır.
Kinect ile 3D tarama için tarama kurulumu
Kinect, kızılötesi kameradan tek bir çekimle bir nesnenin tüm uzamsal derinliğini anında yakaladığından, kurulum sırasında Kinect ile nesne arasındaki minimum mesafe dışında özel bir şeyin dikkate alınması gerekmez.
Bireysel prosedürlerin avantaj ve dezavantajları
Burada 3D tarama alanında bahsedilen yöntemlerin her birinin kendine özgü avantajları ve elbette dezavantajları vardır. Bu nedenle madalyonun her iki yüzünü de maddeler halinde ele alacağız.
Fotogrametri – Avantajları
- Acemi dostu
- Nispeten ucuz, özellikle ilk denemeler için
- CAD yazılımı veya ilgili bilgi gerekmez.
- Karmaşık bir kuruluma gerek yok: tek gereken standart bir dijital fotoğraf makinesi.
- Bulutlu gökyüzü altında dış mekan çekimleri için iyi çalışır.
Fotogrametri – Dezavantajları
- Doğrudan güneş ışığında veya arka ışıkta çalışmaz.
- Parlak veya yansıtıcı nesne yüzeylerinde çalışmaz.
- Hizmet sağlayıcıların 3D verilerini sağlamak için 24 saate kadar süreye ihtiyacı vardır.
- Analiz yazılımının algoritmasını aşırı zorlayacağından, görüntülerde gerçek nesne dışında başka motifler olmamalıdır.
- Gerçekten iyi sonuçlar elde etmek için yüksek kaliteli bir kamera ve karmaşık bir tarama kurulumu gereklidir.
Hafif kesit alma – Avantajlar
- Web hizmeti olmadan çalışır
- İlk denemeler, yapı marketten alınan malzemelerle çok ucuza gerçekleştirilebilir.
- Gerekli yazılımlar ücretsiz olarak mevcuttur.
- Teknolojinin yarı profesyonel kullanımı için başlangıç kitleri de makul fiyatlarla mevcuttur.
Hafif kesit alma – Dezavantajlar
- Sistemin her taramadan önce kalibre edilmesi gerekir, bu da çabayı artırır.
- Tek tek taramalar, eksiksiz bir görüntü oluşturmak için yazılımda manuel olarak birleştirilmelidir.
- Çok fazla ortam ışığı varsa uygun değildir.
- Çok karanlık nesneleri tararken kötü çalışır.
- İşlemin doğruluğu her zaman lazer ışınının kalınlığına bağlıdır.
- Renklerin yakalanması mümkün değildir.
Kodlanmış ışık – avantajlar
- Hafif kesitlemeye göre daha kolay kullanım.
- Tarama hızı önemli ölçüde daha yüksektir.
- Çok kesin sonuçlar.
Kodlanmış ışık – Dezavantajlar
- Küçük nesnelerin 3D taraması için uygun değildir.
- Yabancı ışıkta uygun değildir.
- Başlangıç kitleri için bile çok yüksek giriş fiyatı.
Kinect – Avantajları
- Çok hızlı
- Bir nesnenin uzamsal derinliğini yakalamak için tek bir görüntü yeterlidir.
- Sadece yaklaşık 100 avroluk bir satın alma fiyatı ile çok uygun.
- Yazılım ev kullanıcıları için ücretsiz olarak mevcuttur.
Kinect – Dezavantajları
- Ticari uygulamalara yalnızca Windows için Kinect aracılığıyla izin verilir. Bu kamera Xbox versiyonuyla aynı işi yapabiliyor ama fiyatı çok daha fazla.
- 3D verilerin hesaplanması son derece bellek tüketir.
- Yansımalara ve şeffaf nesne detaylarına alerjisi var.
- Çalışma için şebeke gerilimi gereklidir, bu da dış mekanda kullanımı zorlaştırır.
Hangi yöntem ne için en uygunudur?
Fotogrametri
Hareket halindeyken birkaç fotoğraf çekin ve kısa bir süre sonra fotoğraflanan nesneyi 3D baskı olarak elinizde tutun: Fotogrametri bunu mümkün kılıyor. Bu sürecin, her türlü nesneyi yazdırılabilir verilere dönüştürmenin acemi dostu bir yolu olduğuna şüphe yok. Teknik detaylarla uğraşmak istemeyen, CAD programlarıyla ilgilenmeyen ve sadece 3D baskı almak isteyenler için şu anda fotogrametriden başka bir yol yok.
Işık kesiti yöntemi
Konuyu daha derinlemesine kavramak, temel teknolojiye büyük meblağlar harcamamak ve sonunda tamamen kullanılabilir bir sonuç elde etmek – ışık kesiti yöntemi fotogrametriye göre çok daha az acemi dostudur, ancak diğer yandan harici hizmet sağlayıcılara bağımlı değilsiniz. Özellikle, yazılımda tek tek görüntüleri birleştirmek oldukça can sıkıcı olabilir; kullanılabilir sonuçlar elde etmek için burada kesinlikle sabır ve çok fazla pratik gerekir.
Kodlanmış ışık
Kodlanmış ışık yöntemiyle çalışmak istiyorsanız, gerekli donanım için yüksek bir giriş fiyatı caydırıcı olmamalıdır. Öte yandan, bu 3B tarama biçimi hızlı, güvenilir ve doğrudur. Esas olarak daha büyük nesneleri dijitalleştirmek istiyorsanız ve model yüzeylerinin gerçek renkte yeniden üretilmesine bağımlı değilseniz, teknolojiyi kesinlikle daha derinlemesine inceleyebilirsiniz. Ancak – ve bu yöntemin ışık kesitleme teknolojisiyle ortak bir noktası da budur – umut verici bir 3D tarama yöntemine dayanmamaktadır. Bunun için fotogrametri veya Kinect'e kıyasla çok daha fazla çaba sarf etmek gerekiyor.
Kinect
Kinect, sadece 100 Euro'luk bir satın alma fiyatıyla, her şeyden önce hızı ve esnekliğiyle etkileyen güçlü bir 3D tarayıcıdır. Aktif bir açık kaynak topluluğu, taranan verilerin işlenmesi ve hazırlanması için uygun yazılımın ücretsiz olarak sunulmasını ve her şeyden önce sürekli olarak daha da geliştirilmesini sağlar.
Ancak dikkat: 3D tarama verileri ticari olarak kullanılacaksa, Kinect'in Windows sürümü satın alınmalıdır ve bu sürüm Xbox sürümünden çok daha pahalıdır. Kinect için CAD, 3D baskı ve görüntü işleme konularında belirli bir yakınlık ve deneyim de gereklidir.
3D tarayıcı satın alırken nelere dikkat etmeli?
Bir 3D tarayıcıyla ilgili en önemli şey elbette kameradır. Görüntüler ne kadar ayrıntılı olursa, yazılımdaki verileri hazırlamak da o kadar kolay olur. İyi haber: basit, modern dijital fotoğraf makineleri bile burada amacına hizmet ediyor. Verileri işlemek için harici hizmet sağlayıcılara güvenmek istemiyorsanız, ancak ilgili programlarla kendiniz ilgilenmek istiyorsanız, kameraya ek olarak çevresel donanıma ihtiyacınız olacaktır.
Bununla birlikte, lazerler, yazılım ve bilgi işlem gücü, özellikle yarı profesyonel ve hatta profesyonel ekipman tercih ederseniz oldukça pahalı olabilir. İyi, uygun fiyatlı ve her şeyden önce son derece esnek bir yol, Microsoft'un Kinect'ine güvenmektir. Konsolda oynamayı sevenler muhtemelen Microsoft'un 3D tarayıcısını zaten evlerinde bulunduruyorlardır. Kapsamlı açık kaynak yazılımı maliyetlerin düşük tutulmasına yardımcı olur.
Özel durum Dokunmatik Prob Tarama
Şu ana kadar bahsedilen dört yöntemin ortak bir noktası vardır: optik cihazlar aracılığıyla temas olmadan çalışırlar. 3D Dokunmatik Prob Tarama farklı bir yaklaşım benimsiyor. Burada, bir nesneyi taramak ve böylece dijital bir model olarak kullanılabilir hale getirmek için bir sonda kullanılır. İşlemin temeli, ilgili bir ölçüm probuna (örneğin Renishaw şirketinden) ek olarak en az üç kontrollü eksene sahip CNC kontrollü bir makinedir. Taranacak nesne makinenin tablasına sıkıştırılır ve aşağıdaki parametreler CNC kontrolünde ayarlanır:
- Prob üzerindeki ölçüm topunun çapı
- Makinenin koordinat sisteminde tanımlanmış iki nokta
- Tarama yönü (X veya Y)
- Sıfır noktası
Girişler kontrol ünitesine kaydedildikten sonra tarama işlemi başlar. Ölçüm topu nesneye yaklaştırılır. Z ekseni (dikey eksen) ayarlanarak, ölçüm topu tekrar tekrar nesnenin yüzeyine hareket ettirilir, koordinatlar kaydedilir, X ekseni veya Y ekseni ayarlanır, sonunda nesnenin dijital bir görüntüsü koordinatlar şeklinde mevcut olana kadar yeni bir nokta ölçülür. Daha sonra bu koordinatlardan karşılık gelen üç boyutlu görüntü oluşturulur.
Profesyonel bir ortamda, dokunmatik prob taramasının uygulanması ucuz ve ekonomiktir – özellikle de ilgili teknoloji zaten mevcutsa. Ancak ev kullanıcıları da kitler aracılığıyla uygun makineleri bir araya getirebilir. Yeterli kalitede uygun problar yaklaşık 300 Euro'dan temin edilebilir.
Sonuç
Tatildeyken birkaç fotoğraf çekin ve döndüğünüzde fotoğraflanan manzaraları posta kutunuzda küçük bir model olarak bulun – çok uzun zaman önce hayal olan şey artık herkes için mümkün. 3D tarama her zamankinden daha kolay ve teknoloji ve yazılım anlayışı ile evde yapılabilir. Burada “basit” kelimesinin bir perspektife oturtulması gerektiği açıktır, çünkü 3D tarama henüz gerçekten “basit” değildir, yani büyük bir bilgi birikimi ve ilgili donanım ve yazılım olmadan gerçekleştirilebilir. Kitlesel ölçekte kullanılabilmesi için yine de bir ya da iki yıl geçmesi gerekecek. Şu anda, 3D tarama açıkça hala uzmanlar ve meraklılar için bir konudur. Mevcut yöntemlerin her birinin kendine özgü avantaj ve dezavantajları vardır. Ancak gerçek şu ki gelecek, her türlü nesnenin 3D taramasına ve 3D baskısına ait. Sonuçta, tatilinizden bir hatıra fotoğrafından daha güzel ne olabilir? Doğru – dokunmak için bir hatıra nesnesi.
Daha fazla bilgi için:
