Курс лекций по 3D печати. Лекция 11. 3D-сканирование

Подписаться на 3Dtoday
strel
Идет загрузка
Загрузка
22.06.19
1942
29
Разное
8
3D-сканирование — создание компьютерной модели материального объекта. У данного процесса есть две технологии с разным уровнем детализации результата — лазерное сканирование и фотограмметрия. Первое — высокоточное физическое сканирование предмета с помощью лидара (лазерного радара). Фотограмметрия — математический расчет формы на основе множества фотографий. О фотограмметрии я сейчас расскажу.

Фотограмметрия дает хорошие результаты точности при достаточном количестве качественных фотографий объекта, сделанных с разных ракурсов. Её главное преимущество — сканирование осуществляется с помощью бытовой фотокамеры, камеры смартфона или летающего дрона с фотокамерой на борту. То есть, в том или ином виде доступна каждому.

Различают два больших направления фотограмметрии: двумерная картография и трехмерное сканирование. Второе значительно более ресурсоемкое занятие. Итак, как же это делается.
b9fc0faf71ca253d56856cc6e55f9329.jpg
Этап Первый. Для создания 3D-модели реального объекта необходимо сделать много (50+) фотографий объекта со всех сторон. Дерево на фотографии выше было отсканировано 300 фотографии.

Для успешного фотограмметрического сканирования. требуется соблюдать определенные правила:
  • Важно не трогать сам объект: Фон необходим для корректной обработки формы. Результаты с применением турнетки (поворотного стола) обычно получаются хуже. Движущиеся объекты (машины, пешеходы, ветки, листья деревьев) тоже несколько вредят результату.
  • Важно не иметь на объекте бликов, теней, отражений: полезно делать сканирование при заполняющем рассеянном освещении: матовые светильники и/или облачный день.
  • Глянцевые поверхности тяжело поддаются фотограмметрии. Их полезно делать матовыми с помощью муки, талька и пр.
  • Камера может быть любой. Зум можно, разные камеры — можно. Но нужны только четкие фотографии. Идеально зеркалка с широкой диафрагмой, т. е. резкий объект, мыльный фон.
  • Большое количество фотографий позволят программам эффективнее отфильтровать шумы и точнее разглядеть детали формы объекта.
  • Перехлест изображений должен быть не менее 2/3 содержимого.
  • Фотографии надо делать с разных расстояний и с разных ракурсов. Идеально делать фотографии обходя модель по кругу, Повторять круги снимая объект под другими углами, с иной высоты, ближе и дальше от объекта.
  • Сложные участки формы требуют более тщательного и укрупненного фотографирования.
Этап второй. Программный расчет модели

Программы для фотограмметрии очень требовательны к ресурсам компьютера, потому как делают колоссальный объем математических вычислений. Такие расчеты занимают много времени. Некоторые программы приспособлены для использования облачных вычислений, другие используют технологию Nvidia Cuda для использования мощности видеокарты, что значительно сокращает время расчетов.
На сегодня (2019 год) актуальными являются ПО
Autodesk ReCap (бесплатно) и ReCap Pro(платно),
Meshroom (opensource, Nvidia Cuda).
3Df Zephyr(shareware)
И множество других проектов, о которых я даже не догадываюсь.
В целом, смысл всех этих ПО сводится к одному — обработка фотографий — построение модели.
5c9e19e92356baf216af998da72b3e6f.jpg
В качестве руководства к действию я рекомендую вот эти два видео-урока:
How to 3D Photoscan Easy and Free!
Photogrammetry 2 – 3D scanning with just PHONE/CAMERA simpler, better than ever!
процесс интуитивно понятный и проходит в общем то в автоматическом режиме. Первое что вам необходимо сделать - это вручную отсеить неудачные кадры. Затем - запустить длительный математический расчет модели. А на выходе вы получаете .obj-файл с вашей 3D-моделью.

Последний этапремонт модели.
Все отсканированные модели имеют дыру в основании. Требуется как минимум закрыть периметр секущей плоскостью. И, возможно, ваш скан будет содержать множество незакрытых дыр.
Для ремонта подойдет ПО Meshmixer, 3Dbuilder, Blender и все что угодно прочее на ваш вкус.
Масштаб модели получается совершенно рандомный, но с соблюдением всех пропорций. Хорошей практикой является сканировать вместе с объектом масштабную линейку. Имея такой объект, будет легко пропорционально изменить размер модели до необходимого.
Скульптурное моделирование и модифицирующие фильтры в ПО Blender или Meshmixer очень помогают почистить модель от шумов и нежелательных деталей, выровнять поверхности, скорректировать ошибки расчетов.

И на этом, в общем-то, все. Никаких особых сложностей. Желаю вам успехов.
Подписаться на 3Dtoday
8
Комментарии к статье

Комментарии

23.06.19 в 11:25
1
Интересно, получится ли что-нибудь, если вместо фото использовать скриншоты?
23.06.19 в 14:11
1
Где-то попадалось видео, как человек набрал в инете фоток какого то памятника и по нем сделал модель. Туристы же фоткают одно и тоже с разных ракурсов.
28.06.19 в 08:48
0
Без проблем, главное что бы у объекта была хорошо видна текстура, алгоритмы основаны на поисках ключевых точек, по этому важна хорошо видимая структура и отсутствие бликов/теней, т.к. это создает ложные ключевые точки которые есть на одних ракурсах, но нет на других, что лишь создает помехи.
24.06.19 в 13:15
1
На первой картинке модель сделана с помощью программы RealitiCapture. На мой взгляд отличнейшая и доступная программа. Кстати она по подписке в Стиме за 699 р в месяц.
24.06.19 в 14:25
0
Вы правы. Однако смею предложить вам попробовать Meshroom за бесплатно. Если у вас есть Nvidia GTX, конечно.
24.06.19 в 13:49
0
Что показано в статье - не 3д сканирование, а фотограмметрия. ЭТО разные вещи!
24.06.19 в 14:27
0
Если владеете информацией, какое минимальное оборудование и софт вы посоветуете для "настоящего" 3d-сканирования. И цены. Буду благодарен.
24.06.19 в 14:44
1
Всё зависит от того, что именно нужно вам сканировать и как. Высокая точность? Реверс инжинеринг? Сканирование людей? Время, бюджет и прочее. Минимальный ценник от 100 тысяч. Всё зависит от ваших конкретных задач
Но людей для поиграться можно и сенсом делать.
24.06.19 в 15:13
0
Благодарю.
25.06.19 в 07:42
0
Это что-то типа Кинекта? А каким софтом собирать модель?
25.06.19 в 09:30
0
у кинекта датчик расстояний. А это на мат формулах расчёта расстояния общих точек.... софтин много. Самое популярное есть у Agisoft
25.06.19 в 11:31
0
Крох, вы начинаете меня путать. Давеча вы говорили про "настоящее сканирование", и, мол, фотограмметрия - не настоящее. А теперь пишете про Агисофт (они пишут софт для фотограмметрии" и рассказываете как этот софт устроен (математический расчет).
Будте последовательны, что вы называете "настоящим сканированием"?
Покажите, что такое "Сенс" которым можно людей сканировать?
25.06.19 в 15:21
0
Настоящее сканирование - использование 3д сканеров.
А если говорим о методах создания 3д моделей посредством цифровой техники то к этому относится и 3д сканирование и фотограмметрия
25.06.19 в 16:15
0
Ну так это в первом абзаце написано.

Покажите, что такое "Сенс" которым можно людей по-простому сканировать?
25.06.19 в 18:09
1
https://www.3dsystems.com/shop/sense- вот этот сканер. Стоимость в пределах 50 тысяч рублей... Подойдёт только для крупняка. Реверс инжинеринг деталей не сделать
24.06.19 в 17:48
1
Чего то нет самой важной информации по iso выдержке и фокусу.
24.06.19 в 18:17
0
Вы не могли бы уточнить по ISO и фокусу, что вы имеете в виду?
25.06.19 в 09:08
0
iso - настройка чувствительности матрицы при расчете выдержки автоматом камеры - аналог светочувствительности фотопленки по iso
фокус - фокусное расстояние объектива в момент съемки, пересчет на кадр 35мм пленки ( 36х24 мм).
PS. А почему не спрашиваете про выдержку? Если знаете, что такое выдержка, почему не знаете что такое фокус и iso?
25.06.19 в 11:24
0
Вопросов что такое выдержка, фокус и диафрагма у меня нет. Что вы хотели дополнить про выдержку и фокус по теме статьи?
25.06.19 в 11:28
0
Вопросов что такое выдержка, фокус и диафрагма у меня нет
Вы не могли бы уточнить по ISO и фокусу, что вы имеете в виду?
25.06.19 в 11:35
0
Ну так что я забыл написать про iso, выдержку и фокус в этой статье о фотограмметрии?
06.07.19 в 08:53
0
браво! отличный пример ненавязчивой рекламы нового продукта.
в интернетах пишут, что можно (хоть и грубо) построить и без CUDA. и даже на сайте расписано - как это сделать. вот только у меня лыжи не едут: как только я перекоммутирую блоки согласно описанию - запуск становится неактивен. ЧЯНТД?
07.07.19 в 11:55
0
Добрый день.
Даю цитату с гитхаба Alicevision:
The option to by-pass the depthmap is available in the "develop" branch and will be available in the coming release. You just have to remove the DepthMap and DepthMapFilter nodes and connect the StructureFromMotion directly on the Meshing node.
The density of the mesh will be much lower and so the geometry is much less detailed.
Чтобы в meshroom заработала калькуляция CPU-only, надо
Собрать и установить meshroom из ветки development .
Затем при настройке проекта убрать блоки DepthMap и Depthmapfilter, и залинковать StructureFromMesh напрямую к Meshing.
Сам я это не пробовал, перепечатываю "как есть". Говорят, что результат такого расчета очень груб. И чтобы получить хотя бы черновой расчет пропорций модели, желательно ставить FeatureExtraction в положение HIGH.

08.07.19 в 07:01
0
насколько я понял - релиз как раз и сделан на ветке develop? спрашиваю потому, что собрать самому - для меня слишком сложно - даже просто понять, что нужно скачать с гита для сборки - не могу, вижу только описания и прочие редми...
приведенная вами схема коммутации немного отличается от предложенной здесь(step7). попробую ваш вариант.

есть ещё один вопрос: почему-то отбрасываются фото, которые, казалось бы должны быть включены в обработку - все фото сделаны одновременно, одной и той же камерой, с высоким качеством... с этим можно что-то сделать?
08.07.19 в 16:43
0
За релиз не скажу. Возможно в 2019 эта функция работы без CUDA уже присутствует.

На исключаемых фото вероятно присутствует неприелимый шум или помеха. Попробуйте определить, что мешает и отрезать лишнее.
08.07.19 в 16:52
0
в том-то и дело, что все фото одного качества, сделаны примерно с одного расстояния, в одно и то же время итд. и другая программа их вполне себе спокойно "жуёт".
вопрос состоял в том - можно ли как-то заставить программу всё же включить их в обработку? или "приговор окончательный, обжалованию не подлежит"?
09.07.19 в 15:38
0
Это может быть косяк в самих изображениях. Например из-за ошибок в мета-данных или несоответствия формата и расширения.
Кто-то рекомендует пересохранить изображения с указанием "перезаписать все мета-данные" и подобные вещи. Или воспользоваться иным редактором изображений.
Вообще, полезно обратиться к логам программы и прочитать причину такого поведения.
07.07.19 в 12:33
0
Еще немножко opensource фотограмметрии: тык

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Уроки по T-FLEX CAD 16 - Создание 3D модели фланца для шарового крана

Мой дом. Моя крепость.

Хочешь зарабатывать на 3D-печати? Тогда загляни сюда!

Акция на Anycubic Photon S со склада в России

3D Печать №22. Метод научного тыка или сферический PETG в кубе.

Возможность использования WiFi на Lerdge-X (K) через виртуальный COM порт