Домашното 3D сканиране вече не е само за лаборатории и големи корпорации. Благодарение на проекти като OpenScan, сега всеки с малко ноу-хау, 3D принтер и Raspberry Pi може да настрои свой собствен 3D скенер. евтин, DIY 3D скенер с отворен код, както е подробно описано в Това ръководство за 3D скенер, способен да генерира високо детайлни модели на малки и средни по размер части.
В рамките на тази екосистема, OpenScan се е превърнал в еталон, защото съчетава модулен хардуер, файлове за 3D печат и софтуер с отворен кодВсичко това се подкрепя от много активна общност. Резултатът е гъвкава система, която може да се адаптира към различни видове фотоапарати (Raspberry Pi, DSLR или дори мобилен телефон) и различни нужди: от колекционери, които искат да дигитализират миниатюри, до професионалисти, които трябва да дигитализират механични компоненти.
Какво е OpenScan и защо е различен?
OpenScan е проект на 3D скенер с отворен код, базиран на фотограметрияПроектиран за сглобяване у дома с относително лесни за намиране компоненти. За разлика от други затворени търговски 3D скенери, тук имате достъп до проектите на частите, фърмуера и техническата документация, всички налични в публични хранилища като GitHub или Thingiverse, за разлика от разглежданите търговски комплекти, като например анализ на BQ Ciclop.
Философията на проекта се върти около това да се направи 3D сканиране, достъпно за всекиТова се изразява в достъпни комплекти, подробни инструкции, готови за печат файлове и ясно изразен подход, ориентиран към общността: потребителите се насърчават да допринасят с подобрения, да тестват нови части и да споделят резултати от сканиране в официалната галерия.
OpenScan комбинира част от 3D печатаем механичен хардуер (зъбни колела, основи, опори, пръстени и др.), като електрониката е базирана предимно на Raspberry PiИзползват се стъпкови двигатели Nema 17 и специален OpenScan Pi Shield. Софтуерът на Python работи на тази база, контролирайки заснемането на изображения и въртенето на сканирания обект.
Ключово предимство пред чисто ръчните фотограметрични решения е, че скенерът автоматизира процеса на заснемане на стотици снимки от различни ъгли, под... Постоянно осветление благодарение на пръстеновидната светлинаТова подобрява качеството на резултатите и спестява на потребителя много време.
Проектът се е развил значително през годините, така че винаги се препоръчва да се консултирате с най-актуалната документация. Самият автор посочва, че Много неща са се променили с времето и връзки към актуализираната официална документация в Github, за да се избегне объркване с по-стари версии.
Основни модели: OpenScan Mini и OpenScan Classic
В екосистемата на OpenScan има няколко дизайна, но двата, които се открояват най-много, са OpenScan Mini и OpenScan ClassicВсеки един е оптимизиран за различни размери и приложения.
OpenScan Classic е най-универсалната версия по отношение на обема на сканиране. Тя ви позволява да заснемате обекти до X х 18 18 18 cmТова го прави идеален за средно големи механични части, малки скулптури, модели или 3D отпечатани компоненти, които искате да репликирате дигитално.
Междувременно OpenScan Mini е предназначен за по-малки предмети, до 8 x 8 x 8 смТова е особено интересно за миниатюри, колекционерски фигурки, насекоми, бижута или високо детайлни изделия, където прецизността и контролът на осветлението са от съществено значение. За сравнение на бюджетни алтернативи, които предлагат добра прецизност, можете да се консултирате с... анализ на бюджетни скенери.
И в двата случая системата се основава на контролирано завъртане на обекта и камерата с помощта на стъпкови двигатели, заснемайки много изображения от различни ъгли. Mini обикновено монтира Модул на камерата на Raspberry Pi и пръстеновидна светлина на стойката, докато Classic има малко по-голяма и по-гъвкава структура, където можете да използвате и DSLR или смартфон.
Общността е допринасяла с ревизии и вариации на дизайна, а самият създател предупреждава, че Отпечатаните части може да се нуждаят от бъдещи модификацииЕто защо той настоява винаги да проверява официалния уебсайт на проекта и документацията в Github, преди да отпечата или сглоби нов скенер.
Хардуер и електроника: основна спецификация на материалите
За да сглобите OpenScan, независимо дали е Mini или Classic, ще ви е необходима комбинация от стандартни електронни компоненти и 3D отпечатани частиГоляма част от хардуера се продава директно в магазина за проекти, въпреки че можете да го закупите и сами, ако предпочитате да правите всичко сами.
В типична конфигурация, базирана на Raspberry Pi, основният списък включва Raspberry Pi 3B+ или 4който ще бъде мозъкът на системата. Върху него е монтиран OpenScan Pi Shield, специфична платка, която опростява свързването на моторите, осветлението и камерата и се предлага както в предварително запоена, така и в самозапоена версия.
Що се отнася до заснемането на изображения, обичайната практика е да се използва Официална 8MP камера на Raspberry Pi v2.1 с лентов кабел с дължина приблизително 50 см, въпреки че се споменават и съвместими ArduCam модули, включително опции с по-висока резолюция (напр. 16 MP). Лентовият кабел на камерата може да варира по дължина, така че не забравяйте да изберете правилната версия в магазина. Подобни проекти съществуват, използващи други сензори, например един, базиран на Kinect и Raspberry Pi.
За преместване на въртящата се платформа и, в някои модели, на позицията на камерата, се използват следните елементи: Стъпкови двигатели Nema 17Моделът Classic е оборудван с 13 Ncm Nema 17 двигател и 40 Ncm Nema 17 двигател, всеки със специфична функция в рамките на структурата. Тези двигатели се управляват от два A4988 драйвера, които са много често срещани драйвери за стъпкови двигатели в света на 3D печата.
Не бива да забравяме хранителния аспект: a Захранване 12V, 2A Конектор 5,5 x 2,5 мм обикновено е достатъчен за захранване на моторите, светлинния пръстен и останалата електроника. Освен това ще ви трябват винтове (например 25 винта M3 x 8 мм и 25 винта M3 x 12 мм), гайки M3, стоманена пръчка 50 x 6 мм и кабели за стъпков двигател, които обикновено са с дължина около 1 метър.
3D отпечатани части и настройки за печат
Един от ключовите аспекти на проекта е, че почти цялата механична структура на скенера е съставена от 3D отпечатани частиТе са специално проектирани за лесно производство на домашни принтери. Всички STL файлове и проектна документация са организирани в хранилището на OpenScan в GitHub.
Частите са тествани на няколко принтера, но самият автор предупреждава, че Допустимите отклонения и хлабини могат да варират Има доста различия между принтерите и настройките. Ето защо като част 0 е включен „тестер“ или тестер, който препоръчваме първо да отпечатате, за да проверите дали настройките на машината са правилни.
Тестерът се състои от две части (0a и 0b), които трябва да се плъзгат една в друга с минимално триене. Част 0a ви позволява също да проверите прилягането на кабела на камерата. Част 0b може да изисква известно шлайфане или премахване на типичния „слонски крак“ от основата на отпечатъка, което е нормално, ако първият слой е донякъде сплескан.
Ако установите, че размерите не съответстват на очакванията ви, авторът предполага, че може да е необходимо мащабирайте частите с коефициент 10 Това е често срещан проблем в слайсера, когато файловете са в милиметри, а софтуерът ги интерпретира в различна мерна единица. Препоръчително е да проверите това отново, преди да отпечатате целия комплект части.
Относно препоръчителните параметри за печат се препоръчва следното: височина на слоя 0,2 ммОколо 20% запълване и между 3 и 4 линии на стената. Това са сравнително стандартни настройки, които целят разумен баланс между времето за печат и механичната здравина; ако не сте сигурни относно вашата машина, консултирайте се с нашето ръководство на какъв 3d принтер да купя.
Описание на основните компоненти на OpenScan
Печатният компонент включва серия от номерирани части, всяка от които има специфична функция в структурата на скенера. Част (1), известна просто като „Пръстен“ или пръстенТова е ключова част, която обикновено се нуждае от печатни опори и вероятно последващо шлайфане, за да се гарантира, че се движи плавно по основата.
Част (2) съответства на основа на скенера, върху която са прикрепени други елементи, като например пръстен и зъбни колела. (3) е задната плоча и (4) е предната плоча, специално проектирана да побере Pi Shield, оставяйки конекторите достъпни и закрепвайки електрониката на място.
Подложките за обекта, който ще бъде сканиран, се показват като комплект (5) с няколко диапозитива с различни размери. Гравираният на всеки от тях номер показва максималната височина на обекта, който може да поддържа(a) 3 см, (b) 5 см, (c) 7 см и (d) 10 см. В много случаи може да се наложи да прокарате 5 мм свредло през централния отвор, за да го регулирате малко и да подобрите прилягането.
Трансмисионната система е базирана на зъбни колела (6), които са предвидени в три леко различни размера: (а) 100%, (б) 102% и (в) 98%. В зависимост от това как вашата машина печата – дали е склонна да оставя части малко по-големи или по-малки – може да е предимство да използвате леко по-голямо или по-малко зъбно колело, за да постигнете желания резултат. перфектно съвпадение с останалата част от механизма.
Накрая, част (7) е дифузьор, който се счита за незадължителен, но доста полезен. Той позволява монтирането на конфигурация на кръстосан поляризатор Използването на линейни поляризационни листове помага за намаляване на отраженията върху лъскави повърхности при сканиране. Конкретни инструкции за тази разширена настройка са описани подробно на уебсайта на проекта.
Осветление и пръстеновидна светлина
Осветлението е критичен аспект на фотограметрията и OpenScan решава това с... Пръстеновидна светлина или пръстеновидна светлина, специално за Pi камератаТози пръстен се свързва чрез 3-пинов JST-XH кабел с дължина около 50 см и може да бъде закупен предварително запоен или за запояване у дома, в зависимост от нивото на умения на всеки човек.
Пръстеновидната светлина е отговорна за осигуряването постоянни и хомогенни условия на осветление през цялото сканиране. Като остава фиксиран спрямо камерата, той гарантира, че всички снимки са направени под абсолютно еднаква светлина, което е ключово за правилното подравняване на изображенията от фотограметричния софтуер и реконструкцията на чиста мрежа.
Комбинацията от пръстеновидна светлина и опционален дифузер омекотява грубите сенки и огледалните отражения. Това е особено важно за метални предмети, лъскави пластмаси или лакирани миниатюри, където всяка промяна в отражението между снимките може да попречи на процеса на 3D реконструкция.
Управлението на пръстеновидната светлина обикновено е интегрирано в самото устройство. софтуер, който работи на Raspberry Piтака че системата да го включва или да регулира интензитета му в координация със заснемането на изображението, поддържайки напълно автоматизиран поток.
Софтуер, фотограметрия и съвместими инструменти
Под целия хардуерен слой, OpenScan разчита на Фотограметрията като техника за 3D реконструкцияИдеята е проста: много снимки на обекта се заснемат от различни ъгли и специализирана програма анализира тези изображения, за да генерира облак от точки, мрежа и накрая текстуриран 3D модел.
От страна на Raspberry Pi, проектът предлага Софтуер на Python и подготвен образ на операционната система, достъпно в Github. Това изображение вече включва всичко необходимо за управление на камерата, моторите, потребителския интерфейс и комуникацията със системата за последваща обработка.
За действителната реконструкция се препоръчват няколко инструмента за фотограметрия с отворен код. Един от тях е VisualSFMкойто се характеризира с това, че е доста бърз, въпреки че в много случаи генерира само облаци от точки, без да създава пълни текстурирани мрежи.
Други алтернативи са Мрежестата мрежа и КолмапТези инструменти ви позволяват да получавате както мрежи, така и текстури, но изискват компютър с CUDA-съвместим графичен процесор, за да работят безпроблемно. Meshroom е спечелил най-голяма популярност сред общността на производителите, отчасти защото остава много активен по отношение на разработката и актуализациите. За да сравните различни модели скенери и тяхната практическа производителност, можете да се консултирате с... анализ на скенера.
Типичният работен процес включва извличане на снимките, заснети от Raspberry Pi, импортирането им в един от тези инструменти, конфигуриране на няколко параметъра и оставяне на алгоритъма да свърши останалото. В зависимост от... на сложността и детайлността на обектаБроят на необходимите снимки може да варира от няколко десетки до няколкостотин.
OpenScanCloud: обработка в облак
За тези, които не искат да се затрудняват с инсталирането на тежък фотограметричен софтуер на собствения си компютър, проектът предлага допълнителна опция, наречена OpenScanCloudТова е облачна услуга, която обработва снимки с минимална намеса от страна на потребителя.
Идеята зад OpenScanCloud е да се доближим до... „бутон за сканиране с едно щракване“Качвате изображенията, сървърът ги обработва с инструменти като Autodesk Forge или други backend решения и накрая получавате 3D модела, готов за изтегляне.
Тази услуга продължава да функционира благодарение на дарения и подкрепа от общността. Въпреки че обработката е безплатна за потребителя, авторът предупреждава, че Броят на употребите може да е ограничен. и че непрекъснатостта на системата зависи от финансовата подкрепа, която проектът получава.
Уебсайтът предлага кратки демонстрации на целия работен процес, от автоматизираното заснемане с OpenScan до крайния резултат след обработка в OpenScanCloud. Това е много удобен начин да започнете 3D сканиране, без да е необходимо да инсталирате сложен софтуер на вашия компютър.
Примери за сканирания и постижимо качество
За да добиете представа на какво е способен OpenScan, авторът споделя няколко примери за реални сканиранияСред тях е компресорно колело с диаметър 49 мм, достъпно в Sketchfab, където може да се види много високо ниво на детайлност в лопатките и цялостната геометрия.
Можете също да видите модели на насекомо, сканирано с много подробностикакто и миниатюри и други малки части. Тези примери илюстрират добре какви обекти са особено полезни за OpenScan Mini, където диапазонът 8 x 8 x 8 см е достатъчен.
Официалният уебсайт на проекта включва галерия със сканиране с много повече случаи, което помага за калибриране на очакванията: могат да се постигнат много сходни резултати с тези на много по-скъпите търговски скенери, стига да сте търпеливи с настройката, фокуса на камерата и качеството на осветлението.
Важно е да се отбележи, че както при други фотограметрични методи, генерираните модели обикновено изискват последваща обработка за почистване на „шум“ и нежелани остатъциТова включва премахване на артефакти, затваряне на дупки и в някои случаи ретуширане на мрежата, за да стане подходяща за 3D печат или симулации.
Алтернативи на фотоапарати: Raspberry Pi, DSLR и смартфон
Въпреки че най-популярният дизайн на OpenScan се върти около Raspberry Pi с официалната си камераПроектът разглежда и други опции за заснемане, като например DSLR фотоапарати или дори смартфони. В тези случаи структурата е пригодена да държи камерата на статив и, ако е възможно, да се добави пръстеновидна светлина, подобна на използваната във версията за Pi. Има примери, при които сканирането се добавя директно към мобилни телефони, като например скенер, интегриран в смартфон.
В някои конфигурации дори се предлагаше Bluetooth дистанционно управление на затвора При мобилните устройства камерата на смартфона може да се задейства синхронизирано с движението на скенера. Това позволява подобно ниво на автоматизация, въпреки че интеграцията не е толкова безпроблемна, колкото при камерата на Raspberry Pi.
В екосистемата на OpenScan е имало и комплект, базиран на Arduino, но самият автор посочва, че това Тази версия е остарялаОсновният клон на разработката сега е фокусиран върху платформата Raspberry Pi и свързаните с нея хардуерни и софтуерни подобрения.
За потребителите, които предпочитат да използват „големи“ опции, винаги има възможност да използват Фотограметрия без специфичен комплектПросто като правите снимки около голям обект с DSLR и след това обработвате тези изображения с Meshroom или Colmap. Сравнения като това в „Making for Motorsport“ обаче показват, че в сравнение със специализиран скенер като CR-Scan Lizard, ръчните резултати могат да бъдат по-непоследователни и да изискват много последваща обработка.
Документация, общност и развитие на проекта
Една от силните страни на OpenScan е количеството документация и публични ресурси Налично. Авторът изрично препраща към най-новата документация в Github, която подробно описва сглобяването на OpenScan Mini, организацията на файловете за печат и всички ревизии на дизайна.
Дизайнът както на скенера, така и на Pi Shield, както и други помощни компоненти, се съхраняват в хранилища като OpenScan-Doc и OpenScan-Designкакто и на платформи за 3D моделиране като Thingiverse. Това улеснява всеки потребител да изтегля, променя и споделя повторно свои собствени версии.
Създателят на проекта е много възприемчив към обратната връзка от общността. Той е включвал малки промени в дизайна В отговор на обратната връзка, насърчава хората да изпробват частите „00 Tester“ на своя принтер и да коментират дали допустимите отклонения работят добре или се нуждаят от корекция.
В допълнение към еволюцията на хардуера, се споменават няколко линии на бъдещо развитие, като например Поддръжка на Raspberry Pi HQ камера (което вече работи, въпреки че все още се търси подходящ макро обектив) и включването на нови софтуерни функции, например анализ на качеството на изображението в реално време, опростяване на потребителския интерфейс или дори интегриране на сензорен екран директно в скенера.
Проектът също така разглежда разширяването на възможностите за облачна обработка с помощта на услуги като Autodesk Forge или други доставчици, целящи все по-пълна екосистема, където потребителят може да премине от физическия обект към крайния дигитален модел с възможно най-малко технически усилия.
Цени, налични комплекти и как да започнете
За тези, които искат да изградят OpenScan, без да се затрудняват твърде много в търсенето на компоненти, авторът предлага Пълни комплекти са налични в официалния магазин на проекта.Тези комплекти включват ключови компоненти като двигатели Nema 17, драйвери A4988, Pi Shield, Ringlight и други елементи, необходими за сглобяване на основната структура.
Типичен комплект OpenScan Classic, например, включва Един 13 Ncm Nema 17, един 40 Ncm Nema 17, два A4988 контролера и едно 12V/2A захранване И, по избор, Bluetooth спусък за смартфони. Освен това, ако изберете конфигурацията с Raspberry Pi, ще ви е необходима самата платка, 8MP камера или съвместим Arducam модул и съответната пръстеновидна светлина.
Цените варират в зависимост от нивото на интеграция. Споменава се, че най-лесният начин да започнете е да закупите базов комплект, започващ от около 107 евродокато по-пълен комплект — с предварително запоени платки, Raspberry Pi 3B+ и 16 MP Arducam камера — може да струва около 298 евро с включен ДДС.
Тези, които предпочитат да намалят разходите, могат да изберат използвайте DSLR фотоапарат или смартфон Можете или да използвате компоненти, които вече притежавате, като по този начин елиминирате нуждата от Raspberry Pi, или сами да отпечатате всички части на 3D принтер и да закупите електрониката отделно. Авторът предлага много от тези компоненти на своя уебсайт, с вариации в зависимост от дължината на кабела и вида на сглобяването.
Проектът се финансира до голяма степен чрез продажбата на тези комплекти и доброволни дарения, така че тези, които се възползват от проектите и документацията, са поканени да подкрепят развитието чрез даренияНапример, чрез платформи като „Купи ми кафе“. Това помага да се поддържа проектът жив, тъй като продължават да се правят нови подобрения.
Като цяло, OpenScan се е утвърдил като много мощна опция за всеки, който иска Изградете сериозен „Направи си сам“ 3D скенер, без да харчите колкото цената на търговското оборудванеЧрез комбиниране на 3D отпечатани части, стандартна електроника и инструменти за фотограметрия с отворен код или базирани в облака, се постига гъвкава, надграждаема система, подкрепена от общност, която постоянно допринася с идеи, примери за сканиране и предложения за подобрения.
