Cyfrowa rzeczywistość

2008-07-05T01:04:00.000-07:00

Skaner 3D jest urządzeniem analizującym rzeczywiste obiekty w celu pomiaru ich kształtu. Urządzenia te wykorzystywane są przez firmy produkujące filmy i gry, jak również w firmach projektanckich, inżynierii odwrotnej, kontroli jakości i wielu innych.

Zadaniem skanera jest zwykle stworzenie chmury punktów, odwzorowującej powierzchnie przedmiotu. Skanery 3D zbliżone są do kamer. Kamery przechwytują informacje o kolorze obiektu, natomiast skaner przechwytuje informacje o odległości od powierzchni w każdym jej punkcie. W większości przypadków potrzeba więcej niż jednego odczytu, aby odwzorować model 3D. Kolejne odczyty są następnie składane w pełny model.

Skanery występują w dwóch typach: dotykowe i bezdotykowe. Skanery dotykowe zbierają dane poprzez fizyczny kontakt z obiektem. Przykładem takiego skanera jest CMM(coordinate measuring machine). Skanery bezdotykowe bazują na emisji promieniowania (światło, ultradźwięki itp). Typy skanerów bezdotykowych:
- skanery działające na zasadzie Dalmierza.
- skaner wykorzystujące triangulacje laserową.
- skanery bazujące na świetle strukturalnym.

Chmury punktów zebrane przez urządzenie zwykle nie są bezpośrednio używane. większość aplikacji bazuje na modelach poligonowych, więc punkty muszą zostać poddane procesowi rekonstrukcji. Programy używane w postprocesie to przykładowo: geomagic, rapidworks, photomodeler, imagemodel i inne. W zależności do czego chcemy wykorzystać nasze pomiary, potrzebujemy różnych konwersji danych wyjściowych. W przypadku druku 3d wystarczają obiekty bryłowe w postaci siatki trójkątów(poligonów). Jeśli mamy potrzebne wykonania elementu bezpośrednio na frezarce cnc większość programów typu CAM powinna przyjąć geometrie w formacie STL(np. popularny w naszym kraju Edgecam). Jeśli natomiast potrzebujemy zaimportować dane do aplikacji CAD typu Solidworks, potrzebny jest nam model powierzchniowy(nurbs). W tym celu używamy aplikacji Geomagic. Aplikacja daje świetne możliwości kontroli bryły a także procesu konwersji na powierzchnie nurbs. Posiada również wiele narzędzi automatyzujących i przyspieszających proces obróbki.

Na rynku skanerów znaleźć można wiele produktów. Mnogość zastosowań powiązana jest z ich jakością oraz ceną. Chciałbym zwrócić tutaj uwagę na dwa produkty- Next engine, oraz darmowy system DAVID LASER SCANNER.

Next Engine - jak twierdzi producent "The Worlsd #1 Selling 3D Scanner". Technika pomiarowa oparta jest na Triangulacji laserowej. Wiele lini laserowych i wysokiej jakości optyka w efekcie dają stosunkowo dobre rezultaty. W najnowszej edycji skaner wzbogacony został o podwójną optykę (matryca czarnobiała używana podczas skanowania, oraz kolorowa RGB używana podczas przechwytywania tekstur). Do kontroli skanowania używamy aplikacji SCAN STUDIO CORE. Aplikacja odpowiedzialna jest za proces skanowania, łączenia powierzchni wstępnego oczyszczenia i zapisu wyjściowego pliku. Pliki wyjściowe zapisywane są w formatach STL, OBJ, VRML, U3D i innych co daje możliwość użycia ich w wielu popularnych aplikacjach jak SolidWorks, 3Dsmax, zBrush, Rhino itd. Oczywiście istnieje również możliwość druku 3d.
Firma Dassault Systems producent systemu SolidWorks, należącego go grupy mechanical CAD, oferuje bezpośrednie wsparcie skanera Next Engine. Oznacza to, że proces skanowania i postproces (konwersja obiektu bryłowy na powierzchniowy) odbtywa się wewnątrz Solidworks.
Next engine dostarczany jest w zestawie wraz ze stołem obrotowym i kompletem akcesoriów.
Stosunek jakość-cena wygląda bardzo Korzystnie. Koszt podstawowego zestawu to zaledwie 1,995€. Producent oferuje również możliwość rozszerzenia okresu gwarancyjnego za dopłatą 195€. Często zdarzają się okazje kupić skaner znacznie taniej na ebay.

Kolejna propozycją, tym razem darmową jest DAVID LASER SCANNER. System tak samo jak w przypadku Nextengine bazuje na triangulacji laserowej. Aplikacja opracowana i rozwijana przez Niemców (Dr.-ing. Simon Winkelbach i Dipl. -inform. Sven Molkenstruck). System podzielony jest na dwa moduły- laser scanner i shape fusion. Do wersji 1.6 moduł laserscanner był darmowy. Od wersji 2.0 wymagana jest licencja na obydwa moduły w cenie 149€. David laser scanner zapewnia jedynie rozwiązanie softwareowe, tak więc cały setup i hardware musimy zdobyć sami. Co potrzebne:
- aplikacja David Laser Scanner
- laserowy generator lini. Laser powinien być o mocy niemniejszej niż 5mw, koloru czerwonego lub zielonego(czerwone zwykle są tańsze), wraz z soczewką walcową odpowiedzialną ze generowanie lini
- kamera. Może to być zwykła kamera internetowa, polecam jednak kupno kamery wysokiej rozdzielczości z dużą ilością klatek (co jednak oznacza znacznie większy wydatek).
- ściana kalibracyjna. dwie powierzchnie ustawione do siebie prostopadle pod kątem 90 stopni. Naklejone na nich są kartki z punktami kalibracyjnymi.
W zasadzie to wystarcza do rozpoczęcia testów. Wyniki bywają różne, na początku zwykle słabe. Jednak po pewnym czasie poświęconemu próbom a także pewnym udoskonaleniom efekty zaczynają być zadowalające.
Aplikacja potrafi eksportować dane do formatów STL, OBJ, PLY. Moduł shapefusion odpowiedzialny jest za składanie i wstępną obróbkę wyników. W wersji 2.0 potrafi również łączyć odczyty razem z ich teksturą. Z doświadczenia polecam jednak korzystanie z aplikacji profesjonalnych (np. Geomagic), co zapewnia znacznie lepsze efekty i możliwości.
Polecam zapoznanie się z informacjami dostępnymi na stronie autorów projektu, oraz forum DAVIDa
Tutaj podaje też linki do moich tematów poświęconych Davidowi: cnc.info.pl oraz forum DLS
Poniżej zamieszczam również wyniki testów Davida wykonane przezemnie. Programy użyte do postprocesu: Geomagic, zBrush, Cinema4D, Adobe photoshop

think twice

Cyfrowa rzeczywistość