Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!

С появлением первых 2D-сканеров, в 90-х, многие люди получили возможность копировать свои документы, не выходя из дома, что было весьма комфортно. Они также позволили нам быстро оцифровывать различные документы и изображения в любой момент, дав нам возможность мгновенно создавать резервные копии документов на жестком диске своего компьютера, а впоследствии и в облачном пространстве.

И вот, спустя пару десятилетий, 3D-технология, в сущности, стала тем же, чем была 2D-технология в 90-е годы. Единственная разница между ними заключается в том, что ныне технологии развиваются в разы быстрее, нежели два десятка лет тому назад. И вот, слияние нескольких экспоненциально растущих технологий, делают нашу жизнь намного проще, а деятельность эффективнее. На сегодняшний день, вам придется потратить от пары сотен до пары тысяч долларов, чтобы приобрести 3D-сканер в магазине. Такие сканеры используются для оцифровки физических объектов и создания их копий посредствам 3D-принтера, если того пожелает пользователь. Недостаток практических применений, и весьма высокая цена, достаточно серьезно замедлили развитие рынка этих изделий.

Тем не менее, одна компания, все же пытается это изменить. Основанная в ноябре 2013-го года, компания Replica Labs, вела закулисную деятельность по разработке своего приложения под названием Rendor, которое превратит камеру любого смартфона в полноценный 3D-сканер.

«Мы демократизируем 3D-сканирование… без дополнительного оборудования… мы снизили цену на эту технологию до 0$ для всех владельцев смартфонов с доступом к интернету», сказал Исаак Робертс из компании Replica Labs.

В этом приложении будет пять основных шагов, чтобы начать сканирование:

Скачать приложение Rendor, с сайта компании и распечатать сетку для сканирования (которую также можно скачать с их сайта).
Поместить сканируемый объект на сетку.
Открыть приложение Rendor, нажать кнопку «сканировать» и заснять объект на видео с как можно большего количества углов.
После завершения сканирования, нажать кнопку «завершить», и отправить скан на облачный сервер приложения, для дальнейшей обработки.
Получить готовую 3D-модель на свою электронную почту, в течение одной минуты.

Приложение будет бесплатным для загрузки и использования, но, тем не менее, компания должна будет покрыть свои расходы. Поэтому, они планируют встроить некоторые ограничения, которые смогут быть сняты за определенную плату.

«Rendor станет бесплатным мобильным приложением для смартфонов, поддерживающих операционные системы Android и iOS», сказал Робертс. «Мы надеемся, что мы сможем дать каждому несколько бесплатных сканирований, 3-5 в месяц, я думаю. Как только пользователь исчерпает лимит своих сканов, ему будет предложено два варианта действий, чтобы делать сканирования еще: поделится приложением с друзьями, или заплатить за дальнейшее использование. Пока что мы не совсем уверены в том, какую цену нам стоит запрашивать, но на данный момент, мы считаем, что она будет составлять 12$-25$ в год».

Оплата приложения, скорее всего, даст возможность к неограниченному количеству сканов. Роберст рассказал, что возможно, они введут два тарифных плана, один из которых будет позволять делать сканы с более высоким разрешением. Такой тарифный план будет стоить несколько больше, чем 12$-25$ в год.

Сама же технология, используемая для реализации работы приложения Rendor весьма сложна.

«Правительство вложило очень много средств в компанию Robotic Vision. И после того, как наши соучредители Винс и Брэндом, увидели работу ее продукции в их лабораториях, они поняли, что большинству их технологий найдется множество коммерческих применений, и по правде говоря, я солидарен с ними. Все, начиная от одежды и заканчивая зубными щетками, подлежит революции, и мы считаем, что технологии 3D-печати и 3D-сканирования, это то, что запустит новую волну индустриального переворота и совершит следующую индустриальную революцию».

В настоящее время Render находится на стадии закрытого альфа-тестирования, и компания собирается запустить следующий этап теста 4-го июля. В ближайшую неделю, они панируют продемонстрировать работу своей разработки, чтобы вызвать к ней общественный интерес. В добавок, в конце этого месяца, они отправятся в Силиконовую Долину, для сотрудничества с бизнес-ускорителем PlugandPlay . Для начала, они планируют запустить приложение на Android, и немного позже сделать его доступным для владельцев iOS. Также планируется запустить проект на Kickstarter к середине августа нынешнего года. Все желающие протестировать функционал этого приложения, могут зарегистрироваться на их сайте и их стать бета-тестерами.

Любой человек с доступом в интернет не раз натыкался на фотографии аппетитно выглядящих блюд. В какой бы социальной сети вы не сидели, ваша страница наверняка усеяна ссылками друзей на рецепты шоколадных тортов, запеченного мяса и вкуснейших бутербродов. Эти фотографии стары как сам интернет. Да что там, вы ведь и сами постоянно выкладываете фотографии своих кулинарных достижений, не правда ли?

Тем не менее, до сих пор это все были 2D-фотографии, которые теряют большую часть своего очарования, заключенные в жесткие рамки. А что, если бы у вас появилась возможность делиться с друзьями трехмерными изображениями блюд?

Если при одной только этой мысли вы начали прыгать от счастья, значит, приложение 3DAround действительно для вас. Данное приложение позволяет делать быстрые объемные фотографии при помощи смартфона. Его разработчики позаботились о том, чтобы оно было простым и удобным: достаточно лишь нажать «запись», обойти вместе с планшетом или телефоном вокруг блюда, и приложение само объединит все фотографии в трехмерное изображение. Разве не здорово?

Однако тут есть две проблемы: во-первых, 3DAround дружит только с ОС iOS 8, которая поставлена не на все продукты Apple. Во-вторых, оно еще не вышло. 3DAround появится в магазине App Store только в следующем месяце и будет доступно на всех моделях iPhone 5 и выше.

Приложение было разработано компанией Dacuda, которая недавно выпустила приложение PocketScan. Данное приложение идеально подходит для быстрого сканирования документов, если у вас под рукой нет сканера. В отличие от него 3DAround всегда находится под правильным углом, потому что для него все углы правильные.

Со слов генерального директора Dacuda Александра Илика, «сейчас самое время для приложений такого типа, ведь компания Apple только что выпустила API для камер. Теперь нам требуется приложить совсем немного усилий, чтобы управлять временем выдержки, фокусом и т.д.» И все эти функции были заложены в iOS 8, объясняя уникальность нового приложения.

А теперь, самое главное. Согласитесь, возможности этого приложения выходят далеко за пределы съемки блюд. С его помощью можно создавать трехмерные фотографии любых предметов. А потом отправлять их на 3D-принтер. Таким образом, ваш телефон превращается в... 3D-сканер. Здорово, правда?

Теперь нам осталось лишь дождаться выхода новинки и оценить ее в действии. Мы будем держать вас в курсе событий, следите за новостями на нашем сайте.

Понравилось? Хотите больше? Все самое интересное в еженедельной рассылке.
Отборные новости, конкурсы и обсуждения в официальной группе

Представляю вниманию DIY сканер на базе Android смартфона.

При проектировании и создании сканера, в первую очередь, интересовало сканирование крупных объектов. Минимум – фигура человека в полный рост с точность – хотя бы 1-2 мм.

Данные критерии успешно достигнуты. Успешно сканируются объекты при естественном освещении (без прямого солнечного света). Поле сканирования определяется углом захвата камеры смартфона и расстоянием, на котором лазерный луч сохраняет достаточную для детектирования яркость (днем в помещении). Это фигура человека в полный рост (1.8 метров) с шириной захвата в 1.2 метров.

Сканер был сделан из соображений «а не сделать ли что ни будь более или менее полезное и интересное, когда заняться нечем». Все иллюстрации – на примере «тестового» объекта (выкладывать сканы людей не корректно).

Как показал опыт, для сканера такого типа ПО - это вторично и на него было потрачено меньше всего времени (на окончательный вариант. Не считая эксперименты и тупиковые варианты). Поэтому в статье особенностей ПО касаться не буду (Ссылка на исходные коды в конце статьи.)

Цель статьи – рассказать о тупиковых ветках и проблемах, собранных на пути к созданию окончательной рабочей версии.

Для сканера в окончательной версии используется:

Телефон Samsung S5
Красный и зеленый лазеры с линзой для линии (90 градусов линия) на 30 мВт со стеклянной оптикой (не самые дешевые).
Шаговые двигатели 35BYGHM302-06LA 0.3A, 0.9°
Драйверы шаговых двигателей A4988
Bluetooth модуль HC-05
Плата STM32F103C8t

Драйверы A4988, выставлены на half step, что с редуктором 15->120 дает 400*2*8 шагов на PI.

Выбор технологии сканирования.

Были рассмотрены следующие различные варианты.

LED Проектор.

Вариант был рассмотрен и просчитан. Даже дорогие проекторы не обладают нужным разрешением для достижения необходимой точности. А про дешевые даже говорить смысла нет.

Механическая развертка лазерного луча в сочетании с дифракционной решеткой.

Идея была проверена и сочтена годной. Но не для DIY исполнения, по причинам:

Нужен достаточно мощный лазер, что бы после дифракции, метки были достаточно яркими (расстояние до объектива смартфона 1..2 метра). А глаза жалко. Лазер-точка уже с 30мВт не полезен.
Требования к точности механической развертки в 2-х плоскостях – слишком высокие для DIY исполнения.

Стандартная механическая развертка лазер-линии на неподвижный объект сканирования.

В конечном итоге был выбран вариант с двумя лазерами разного цвета

Разные цвета лазеров позволяют независимо детектировать их на одном кадре.
Расположение лазеров по разные стороны камеры позволяет за один проход получить два скана.
Два скана за раз позволяет объективно оценить качество юстировки сканера (сканы должны сойтись и наложиться друг на друга).

Как оказалось, последний критерий самый важный. Качество скана целиком определяется точностью измерения геометрических размеров и углов сканера. А наличие двух сканов от двух лазеров позволяет сразу оценить качество сканирования:
Облака точек сошлись. Т.е. плоскости захваченные двумя лазерами сошлись на всей поверхности.

Неудачный вариант механической части на 28BYJ-48.

Хотя с самого начала предполагал, что это тупиковый вариант, не обеспечивающий необходимой точности, я все равно его проверил c различными ухищрениями:

Ось мотора зафиксирована подшипником.
Добавлен элемент трения и стопор для выборки люфта редуктора.
Попытка определения «точной позиции» фототранзистором, по засветке лазером

Повторяемость возврата на то же место линии лазера оказалась низка – 2-3 мм на дистанции 1.5 метра. При работе редуктора, несмотря на кажущуюся плавность, заметны рывки в 1-3 мм на расстоянии 1.5 метра.

Т.е. 28BYJ-48 полностью не подходит для более или менее точного сканера крупных объектов.

Требования к развертке, исходя из моего опыта

Обязательным элементом развертки должен быть редуктор.

Не стоит заблуждаться насчет режима 1/x шагов. Опыты показали, что в режиме 1/16 на A4988 микро шаги не равномерные. И на 1/8 эта неравномерность заметна на глаз.

Самым оптимальным решением для редуктора оказалось использование ременной зубчатой передачи. Хотя она получилась довольно громоздкой, но простой в создании и точной.
Точность позиционирования (точнее повторяемость позиционирования начальной положения лазеров для сканирования) лазеров оказалась около 0.5 mm для 5 мм ширины лазерной линии на 4 метра расстояния. Т.е. на расстоянии сканирования (1.2-1.8 метра) это вообще затруднительно измерить.

Позиционирование – оптроны (китайский noname) на прорези в диске под лазерами.

Проблемы с передачей управляющих сигналов с телефона на модуль управления лазерами и шаговыми двигателями

Узким местом, с точки зрения скорости сканирования оказался управляющий канал. Поскольку это была DIY неторопливая разработка в собственное удовольствие, то были перепробованы все способы коммуникации со смартфоном.

Передача управляющих сигналов через Audio jack (phone Audio jack=> oscilloscope)

Самый тормозной способ для передачи данных в реальном времени. Да еще с плавающим временем. До 500 ms (!) от программной активации передачи аудио данных до фактического появления сигнала в Audio jack.

Эта экзотика была проверена, поскольку, по работе приходилось иметь дело с мобильными ридерами чиповых карт.

Фотодиоды на экране смартфона (кусочек экрана телефона=>фототранзисторы+ STM32F103)

Был ради интереса опробован даже такой экзотический способ, как фототранзисторы матрицей 2x2 в виде прищепки на экран.

Хотя этот способ выдачи информации с телефона оказался самым быстрым, но не настолько принципиально быстрее (10 ms vs 50ms) чем Bluetooth, что бы мирится с его недостатками (прищепка на экран).

IR канал (phone=>TSOP1736->STM32F103)

Практически проверен и способ передачи через IR канал. Даже некую реализацию протокола передачи данных пришлось сделать.

Но IR так же оказался не очень удобен (фотодатчик крепить на телефоне неудобно), и не слишком быстрее чем Bluetooth.

WiFi модуль (phone=>ESP8266-RS232->STM32F103)

Результаты проверки этого модуля оказались совершенно обескураживающими. Время выполнения запрос-ответ (эхо) оказалась непредсказуемо плавающим в диапазоне 20-300 ms (в среднем 150 ms). Почему и что – разбираться не стал. Наткнулся только на статью где рассказывалось о неудачной попытке использовать ESP8266 для обмена данными в режиме реального времени с жесткими требованиями по времени запроса/ответа.

Т.е. ESP8266 со «стандартной» прошивкой TCP -> RS232 не годится для подобных целей.

Выбранный вариант управляющего модуля и передачи сигналов

В конечном итоге, после всех экспериментов, был выбран Bluetooth (HC-05 модуль) канал. Дает стабильное (а это самое главное) время передачи данных запрос-ответ в 40ms.

Время довольно большое и сильно влияет на время сканирования (половина от всего времени).
Но лучшего варианта добиться не удалось.

В качестве управляющего модуля широко распространенная плата c SM32F103C8T.

Методы детектирования линии на кадре.

Самый простой способ выделить линии лазере на кадре – это использовать вычитание кадра с выключенным лазером и кадра с лазером.

В принципе, работает и поиск по кадру без вычитания. Но работает значительно хуже при дневном освещении. Хотя и этот режим был оставлен в ПО ради сравнительных тестов (фото режима ниже. Все остальные фотографии с режимом вычитания кадров).

Практическая ценность варианта без вычитания кадров оказалась низка.

Возможно и можно извлечь сигнал лазера из этой зашумленной информации. Однако возится не стал.

Вариант с вычитанием кадров работает хорошо.

Всякие эксперименты с попытками аппроксимации линии и обработкой всего кадра показали, что чем сложнее алгоритм, чем чаще он «ошибается» да еще и тормозит обработку «на лету». Самым быстрым (и простым) оказался алгоритм поиска лазера (лазерной точки) на горизонтальной линии:

Для каждой точки линии считается сумма квадратов уровня цвета лазера (RGB) в окне, указанного в конфигурации (13 px – экспериментально оптимальная величина для окна)
Точка лазера – середина окна с максимальным значением сумм уровней «цвета».

Время на обработку одного кадра поиском «зеленой» и «красной линии» - 3ms.

Облака точек для красного и зеленого лазера считаются отдельно. При правильной механической юстировке сводятся с точностью < 1 мм.

Точность и юстировка

Точность оказалась в пределах 1 мм на расстоянии 1.2 метров. По большей части обусловлена разрешением камеры телефона (1920x1080) и шириной луча лазера.

Очень важным для получения корректных сканов провести настройку статическую и динамическую. Точность/не точность настройки хорошо заметна при загрузке обоих облаков точек в MeshLab. В идеале облака точке должны сойтись, дополняя друг друга.

Статически параметры, выставляются максимально точно один раз:

Тангенс угла поля зрения камеры.
Длинна «плеч» лазеров (от центра объектива до оси вращения).

Ну и конечно же максимальная фокусировка линз лазеров на заданное расстояние сканирования и «вертикальность» линий лазера.

Динамический параметр фактического угла позиции лазеров относительно виртуальной плоскости кадра приходится подстраивать каждый раз заново при смешении телефона в креплении. Для этого сделан режим настройки в ПО. Сведением в центр экрана лазеров и подстройкой величины угла необходимо выставить расчетное расстояние максимально близко к истинному (измеренному) расстоянию для обоих лазеров.

3D-сканирование было создано для того, чтобы оцифровывать геометрию трехмерного мира, переводить окружающие нас объекты в компьютерные 3D-модели. Однако большинство решений, существующих на сегодняшний день сложны, дороги и громоздки. Поэтому, до последнего времени, создание 3D-моделей отдаленных от сканера объектов, находящихся на улице или, например, хранящихся в музее, было занятием достаточно проблемным.

Но недавно появилась отличная новость – лаборатория компьютерного видения и геометрии разработала приложение, которое превращает практически любой смартфон в 3D-сканер.

В отличие от обычного фотографирования, когда человек стоит на месте, пользователь приложения должен снять объект сканирования обойдя его по кругу. По окончанию съемки проводится обработка полученных данных, и на экране появляется трехмерная модель. Если продолжить съемку, модель будет автоматически дополнена снятыми кадрами и ракурсами, она станет более точной.

Что особенно удобно – так возможность интерактивной доработки модели. Так как весь процесс ее создания происходит тут же, в смартфоне, пользователь в режиме реального времени может получать от приложения информацию о недостающих фрагментах, и сразу же доснимать их.

Марк Поллефейс (Marc Pollefeys), профессор Института Визуальных Вычислений, говорит по поводу преимуществ этой технологии:

Именно эта интерактивная возможность дополнять модель в процессе сканирования выгодно отличает данный метод по сравнению с обычной удаленной облачной обработкой.

Приложение имеет множество удобных настроек

Приложение позволяет прямо на экране смартфона посмотреть на 3D-модель с различных точек зрения и доработать наиболее важные (интересные) области. Практически каждый современный человек всегда имеет под рукой свой телефон, а значит, если установить на него это приложение-сканер, то можно будет получать 3D-модели буквально на ходу, без необходимости использования громоздкого стационарного 3D-сканера.

Программа может предложить пользователю большое количество настроек, таких как, например, съемка в условиях слабой освещенности в музее. Пользователь может быстро создать трехмерную модель музейного экспоната, и потом внимательно изучить его дома. Также, оцифрованную 3D-модель можно сразу же загрузить в облачный сервис для последующей обработки.

Благодаря встроенным датчикам телефона, процесс сканирования стал значительно проще, интуитивно понятнее и надежнее. После начала сканирования, система автоматически определяет нужные моменты для съемки, основываясь на движении пользователя.

Марк Поллефейс говорит:

Всего лишь пару лет назад программное обеспечение такого уровня могло бы работать лишь на мощных стационарных компьютерах. Однако сегодня мы уже смогли оптимизировать его для смартфона, и даже сделать более эффективным.

Повышенная интерактивность для пользователя

В отличие от наиболее распространенных сейчас решений для оцифровки 3D, основанных на создании обычных изображений, новое приложение позволяет определить абсолютный размер сканируемого объекта, а также – его высоту. Из-за высокой сложности вычислений расположения в пространстве сотен тысяч точек поверхности трехмерной модели, при ее визуализации к процессу расчетов привлекается графический сопроцессор смартфона – он позволяет приложению работать быстрее.

Также, эта технология может использоваться для трехмерной оцифровки человеческих лиц, добавляя третье измерение обычным плоским портретам. Имея столь удобный способ получения 3D-моделей, у пользователей появляется возможность копировать любые реальные объекты, создавая их 360° модели. Получившиеся 3D-модели могут быть использованы для различных визуализаций, приложений дополненной реальности или

Уникальные возможности 3D сканирования всё активнее используются в самых разных сферах, от индустриального производства и архитектуры до медицины и киноиндустрии. Это побуждает производителей выпускать на рынок всё более совершенные 3D сканеры , многообразие которых можно условно разделить на две большие группы.

Контактные модели представляют собой устройства, в основе работы которых лежит принцип прямого контакта прибора со сканируемым предметом.
Бесконтактные сканеры (активные и пассивные) по праву называют самым перспективным решением, поскольку такие устройства способны обеспечить 3D визуализацию моделей, расположенных в труднодоступных для прямого контакта местах. В частности, использование бесконтактных 3D сканеров получило широкое распространение в современной ювелирной отрасли.

Пожалуй, единственный недостаток упомянутых устройств – их высокая стоимость.
Высококлассное оборудование для трёхмерного сканирования обходится сегодня в десятки тысяч долларов, и далеко не каждый поклонник 3D печати способен купить 3D сканер для личного или профессионального использования. На помощь пришли уже ставшие привычными для всех гаджеты – цифровые камеры, а также самые обычные смартфоны.

Встроенный 3D сканер: новый тренд на рынке смартфонов

Естественно, производители не смогли оставить данное обстоятельство без внимания, и по этой причине всё больше известных брендов мобильной техники представляют на суд потребителя новые смартфоны со встроенным сканером.

Так, Apple оснастила свой iPhone компактным 3D сканером с ИК-трансмиттером, а также ресивером, позволяющими моделировать объекты в трёхмерном пространстве в режиме реального времени, просто замеряя расстояние между каждой из тысяч проецируемых микроточек и самим трансмиттером. Интересно то, что любители 3D печати могут использовать такое устройство даже в абсолютно тёмной комнате. Вопрос о выпуске компанией фирменного специализированного софта для 3D моделирования пока остаётся открытым.

Не отстаёт от своего бессменного конкурента и Samsung. Так, южнокорейский производитель оснастил новые смартфоны Galaxy S9 и S9+ не имеющей аналогов фронтальной камерой и ИК-датчиками для 3D сканирования. В планах компании значатся разработка и выпуск на мировой софт-рынок специализированного ПО для моделирования.

Следующая модель, представляющая интерес для владельцев 3D принтеров – один из последних смартфонов Lenovo. Устройство PHAB2 Pro получило массовую популярность не только благодаря супер-функции дополненной реальности Google Tango, но и по причине наличия встроенного 3D сканера, функционирующего со скоростью 250 000 замеров в секунду.

Конечно, перечисленные три модели смартфонов – далеко не единственные устройства, которые заинтересуют пользователей, пока что не имеющих возможности купить 3D сканер для профессионального применения. Помимо этого, на рынке имеются ещё несколько интересных решений, каждое из которых можно назвать довольно перспективным экземпляром.

Укомплектуйте смартфон 3D сканером самостоятельно

К слову, модулем для сканирования объектов в трёхмерном пространстве можно оснастить большинство обычных смартфонов. Для этого достаточно просто установить условно-бесплатное приложение Qlone – 3D Scanning & AR Solution от разработчика EyeCue Vision. Программный продукт предназначен для 3D печати и позволяет сканировать объекты, сохраняя их в различных форматах (STL, PLY и др.) Помимо хорошей камеры, единственным требованием здесь будет наличие специального коврика с сеточной ч/б разметкой, который можно купить или самостоятельно изготовить с помощью 3D принтера .

Подключаемые 3D сенсоры

Наконец, последним способом обзавестись недорогим устройством для сканирования, который мы упомянем в сегодняшнем мини-обзоре, станет покупка Scandy Pro – стороннего ToF-сенсора, подключаемого к смартфону, а также одноимённого мобильного приложения. Система позволяет сканировать объекты с точностью до 0,3 мм, после чего обрабатывать их в CAD (САПР)-программах и напрямую отправлять на печать непосредственно с устройства.

Владельцы iPhone могут также приобрести сверхкомпактный и относительно недорогой подключаемый мини-сканер Eora 3D, управляемый через обычный блютуз и позволяющий сканировать предметы размером до 200 мм.