Revopoint POP2. Дорога к первому 3D-сканеру.

Приветствую вас, уважаемые читатели! Я не могу назвать себя завсегдатаем 3D-Today, да и времени на написание статей не так много, как хотелось бы. Но, надеюсь что этот материал будет вам полезен и придется по душе. 

Изначально, планировал написать обзор на 3D-сканер. Но так как других таких девайсов я в руках не держал, и опыта сканирования и последующей обработки его результатов у меня нет, то расскажу о своем первом выборе, первом опыте, первых результатах.

Предыстория

Некоторое время назад. я столкнулся с потребностью сделать 3Д-модель детали сложной формы. Это была рамка противотуманной фары одного японского авто. Для решения этой задачи использовал имеющиеся под рукой средства: линейку и телефон со штативом. Снял модель с разных ракурсов, сделал поправку на угол обзора объектива и расстояние. Отмасштабировал относительно линейки в кадре и учел перспективные искажения. Мучался неделю - рисовал трехмерные кривые по фотографиям в разных проекциях. Старания были не напрасны и получилось угадать размеры с погрешностью в 1-2мм. Для данной детали это было не критично.

Мысль о том, что "больше так делать не надо", крепко засела мне в голову, к чему это привело я расскажу немного позже, а пока что кратко проиллюстрирую путь, который не смотря на сомнения, привел к жизнеспособному результату.

На фото выше - формообразующие поверхности, построенные по 3Д-кривым с фотографий. Снимки сверху, снизу, сбоку и тд. Не с первого раза получилось поймать углы в 90 градусов, да и с перспективой пришлось повозиться, но все получилось.

Толщину стенки выбрал 3мм, а деталь разрезал на части, чтобы все влезло на стол:

Распечатанная модель, приложенная к уцелевшей детали:

Паял тем же прутком, из которого были напечатаны части, иллюстраций на ютубе множество - использовал фен на 250 градусов, пруток плавится и заполняет щель между деталями с фаской под 45 градусов. После - шлифовка наждачной бумагой.

Слева - зеркальная копия, справа - уцелевший оригинал.

Элементы крепежа припаивались изнутри по такому же принципу.

Заказчик оказался доволен и отдал полученное изделие на дальнейшую обработку и хромирование. Результат на фото:

Теперь, вернемся к мысли о том, что "больше так делать не надо". Она не покидала меня долгое время и всячески подталкивала к поиску и выбору 3D-сканера.

Увы, но на 3Dtoday эта тема освещена крайне скудно и кроме коммерческих  статей на подобие "купите наше что-то за пол миллиона рублей, а лучше за полтора и еще обучение за несколько сотен тысяч рублей и посмотрите что получится" я не нашел. Может быть, плохо искал, но подробностей и полезной информации мало, зато маркетинговых завлекалок хоть отбавляй. Стал изучать англоязычные ресурсы...

О боги! Оказывается, в бюджетном сегменте полно сканеров, но вот только способных выдавать результаты, пригодные для нужд 3Д-печати можно пересчитать по пальцам...

Выбор

Почему Revopoint? На англоязычных ресурсах масса примеров результатов сканирования! Люди сканируют на их устройствах, печатают, выкладывают модели на сайты типа thingiverse или cults3d, обзорщики снимают ролики о том как они реверсинжинирят блок цилиндров или рычаг и размеры попадают в заявленные допуски  0.05-0.15мм. Делают 3д-модель человека, реконструируют археологические находки и т.д..

Их сканеры сравнивают с профессиональным оборудованием. Да, говорят что они недотягивают по софту и трек теряют, но сам факт обсуждения и сравнения с более совершенными моделями - это уже показатель. 

Стоимость в 58 000 руб во время черной пятницы на алиэкспресс и наличие огромного количества положительных отзывов сподвигло меня на выбор сканера от этой компании.

Что может игрушка за 58 000 руб, скептично скажете вы? Может быть вы и будете правы, но я прирожденный оптимист, поэтому давайте посмотрим что получилось из этой затеи.

3D-cканер Revopoint POP2

Вот он, собственной персоной:

Из всего многообразия технической и рекламной информации, выделю самые важные, как мне кажется, пункты:

1. Расстояние между точками сканирования - 0.05мм

2. Заявленное отклонение по облаку точек - 0.15мм

3. Размеры объекта для сканирования 30мм - 2500мм

4. Скорость сканирования - 10fps

5. В качестве источника освещения используется ИК лазер 1 класса (это позволяет сканировать лицо человека без боязни выжечь ему сетчатку на глазах)

Другие параметры меня сильно не интересовали.

Итак, если вы решитесь заказать сканер в "премиум" пакете, то  вас встретит коробка с изображением сканера на штативе и головы Давида на поворотном столе. 

После открывания коробки исчезают все сомнения. Перед нами "премиум" пакет, только в нем есть кейс для переноски:

Отличия такого набора от стандартного в следующем:

1. Собственно, наличие кейса

2. Power Bank на 4000мач и крэдл для телефона. Можно производить сканирование без ПК. Достаточно телефона или планшета с Ios или Android. Дополнительные кабели в комплекте

Открываем кейс:

Все аккуратно упаковано: даже в случае падения, сканер не пострадает.

Убираем в сторону инструкцию и...

Видим голову и поворотный стол... Для меня, как человека трепетно относящегося к свободному пространству, размещение этой головы в чемодане - неоправданная роскошь. Зачем она здесь? Неужели, кроме как снимать головы гипсовых статуй эта игрушка ничего не умеет? (Пожалуй, если бы не куча обзоров что это не так, я бы так и думал). Но, потом я представил на кого ориентирован этот Китайский производитель и мое удивление исчезло само собой.

Копию древнегреческой скульптуры я убрал обратно в коробку, а на ее место положил пирамидки с маркерами для сканирования.

На фото ниже, второй отсек кейса. Сделано очень удобно, кармашек и перегородка держатся липучкой, ничего не мешает:

Для наглядности, выложил все содержимое на стол:

 Слева направо, сверху вниз:

1. Маркеры для съемки и "черный мусорный пакет" в качестве фона для сканирования (тут за находчивость - 5 баллов)

2. Мира для калибровки и проверки точности сканера

3. Липучка для поворотного стола

4. Многоразовый пластичный клей (blue-tack), как оказалось, очень удобная вещь. Похоже на пластилин, но тянется как жвачка и липнет лучше. Очень удобно фиксировать модели на поворотном столе в нужном положении. Если кто подскажет, где такое можно найти, но дешевле - буду очень благодарен. 

5. Столешница поворотного стола с маркерами

6. Набор кабелей для сканера

На фото выше:

1. Крэдл для телефона

2. Повербанк

3. Сканер со штативом

4. Поворотный столик на батарейках

5. Ненавязчивая рекламная информация

Все компоненты качественные, сделано добротно и аккуратно. 

Программное обеспечение

Со сканером в комплекте идет три программы:

1. Revo Scan
2. Revo Studio
3. Revo Calibration

Вид окна Revo Scan перед сканированием:

Доступны следующие режимы сканирования:

Точность: быстрый скан или с высокой точностью

Выравнивание: по деталям или по маркерам

Тип объекта: общего назначения, темный, тело

Текстура: без цвета, цветной

Дополнительное оборудование: без оборудования, двухосевой поворотный стол (управляется по bluetooth).

Такой стол идет в "Премиум" пакете со сканером Revopoint Mini

Также, есть возможность использовать трех-осевой стабилизатор для повышения точности. Опять же, подключается по блютуз. 

Процесс 3D-сканирования крайне прост. Вверху расположена простая и информативная шкала расстояния. Когда сканер расположен на оптимальном удалении, горит индикатор excellent. Когда же сканер выходит за границы оптимального расстояния, то помимо индикатора, он уведомляет пользователя громким звуковым сигналом (звук отключается нажатием на значок динамика).

Запуск сканирования осуществляется нажатием кнопки пуск, ее можно нажать как на самом сканере, так и в окне программы. 

Слева вверху - окно RGB камеры (с ее помощью сканер записывает цветовую информацию). В нижем левом окне - вид с ИК камеры, с возможностью регулировки мощности ИК лазера.

Снизу по центру - регулировка глубины пространства, которую считывает сканер. Величина абстрактная, подбирается эмпирическим путем, как и мощность лазера.

После сканирования можно выбрать несколько вариантов что делать с облаком точек: просто свести с заданной точностью или же еще и сгенерировать mesh с заданными параметрами качества и шумоподавлением.

Для статьи отсканировал лицевую сторону кружки с кофе, которая стояла рядом с ноутбуком во время написания этого материала:

Первые несколько сканов показали, что лучше не генерировать меш, а сохранить массив точек и продолжить его обработку в Revo Studio.

Программа так же крайне проста и содержит лишь самые необходимые инструменты.

Для редактирования вручную - это выделение точек квадратом и с помощью лассо. Есть режим выделения точек исходя из угла обзора сканера, удобная фича.

И несколько режимов фильтрации облака точек:

Подрезка, упрощение, фильтрация изолированных объектов, сглаживание, поиск перекрывающихся частей и, наконец, сведение облака точек.

Меш тоже можно немного подправить:

По сравнению с инструментами для облака точек, здесь добавлены "резкость",  "заполнить полости" и "преобразовать в облако точек".

Пожалуй, самое важно в этой программе то, что она позволяет выравнивать между собой два скана с помощью нескольких алгоритмов:

Выравнивание "По артефактам" (авто режим), "По контрольным точкам" (выбираются вручную мышкой), полностью ручной режим.

Сравнивать мне не с чем, но для создания меша под построение моделей в других программах более чем достаточно. Софт иногда глючит, но это решается перезапуском программы или переподключением сканера. Пару раз попадал на то, что софт завис во время сканирования, поэтому перед процедурой взял себе за привычку перезапускать программу, а во время редактирования облака точек - чаще сохраняться.

Теперь расскажу о первых реальных кейсах применения.

Кейс 1.  Бачок воздушного фильтра от мотоцикла.

Ко мне обратился клиент с просьбой помочь с восстановлением бачка воздушного фильтра мотоцикла. Вдаваться в причины его повреждений я не стал, но достался мне этот бачок несколько помятым, с "рваными ранами" и ушедшей геометрией:

Сначала, решил попробовать отсканировать его по маркерам:

Ничего дельного не получилось, не смотря на черный мусорный пакет от завода изготовителя: ни режим "темного объекта", ни заводские маркеры (на фото маркеры уже цветные, так как в комплекте их было совсем мало и я их потратил раньше, чем сделал фото) не помогли.

После нескольких неудачных попыток в дело пошел тальк, нанес его прямо на маркеры:

И о чудо! После игр с оптимальным расстоянием, диапазоном сканирования и мощностью излучения, сканер увидел бак и прекрасно отсканировал его с разных сторон. Нанесение всемогущего талька - важный момент, с ним сканер трек не терял ни разу. 

Скан:

Оригинал:

Скан:

Оригинал:

В Revo Studio свел облако точек из двух частей (в авто режиме):

Почистил результат объединения облаков и сгенерировал mesh:

Последний этап - построение модели в CAD с последующим экспортом для печати:

Так как бак был деформирован, то левая и правая стороны скана могут значительно отличаться друг от друга, но модель должна быть симметрична. Несколько раз приходилось вдумчиво смотреть на оригинал и думать какую сторону брать в качестве опорной. Важными критериями были: соблюдение межосевых расстояний, диаметров, посадочных мест и углов наклона патрубков.

Модель сделал цельной, рассек пополам, печатал две зеркальных половинки с заполнением 0% и толщиной стенки 2.5мм.

Вес - 298 граммов, высота слоя 0.3, толщина линии 0.8мм, скорость печати на линейных участках - до 300мм\с.

Время печати 5 часов 21 минута.

После печати, половинки были спаяны между собой. Сначала паяльником, а затем феном с прутком.

Результат на фото ниже:

Бачок подошел, заказчик доволен.

Кейс 2. Крышка рукоятки кухонного комбайна

Представьте себе ситуацию: скоро должны прийти гости, хозяйка в пылу готовки, кидает чашу кухонного комбайна в посудомойку вместе со сковородками и прочей кухонной утварью, запускает мойку и слышит "стук". Потом еще раз. И еще раз. По мере увеличения частоты и силы звука тревога в заботливом сердце нарастает, и не зря! Муж прибегает из соседней комнаты, открывает дверцу и видит то самое...

Случилось страшное, ручка чаши поломана, а накладка разделилась на две части, защитную сетку порвало а одна из частей застряла в сливном патрубке и лопасти помпы низвергая всю свою ненависть на кусок пластмассы издают звуки, сравнимые с криками демонов из преисподней и стараются протолкнуть его дальше в водосток...

Они уже было отчаялись, и были готовы расстаться с крупной суммой денег на покупку нового комбайна и посудомоечной машины, но свершилось чудо: мастер по ремонту ПММ сказал, что машинку он починит, а  рукоятку чаши можно заказать в студии 3D-печати. 

Примерно так, с минимум приукрашиваний, звучала история из уст заказчика. Ну что ж, технологии 3D-сканирования и 3D-печати спешат на помощь!

После склейки любимым клеевым составом, накладка чаши, испытавшая на себе столько мучений, отправилась на операционный стол для сканирования:

Для построения модели было выполнено сканирование с двух сторон с последующим совмещением по точкам:

Результат после чистки и сведения:

По скану построена 3Д-модель для дальнейшей печати:

С другой стороны:

Подготовка к печати в chitubox:

Результат - практически идеальное совпадение с первого раза:

Накладка установлена на чашу: 

Итог

Надеюсь, этот небольшой рассказ с примерами из реальной жизни позволил сформировать у вас представление о возможностях этого небольшого, но весьма функционального сканера. От себя могу лишь отметить, что он очень прост в работе, а возможность проведения сканирования с помощью телефона и powerbank делает его еще удобней для выездных мероприятий. Софт иногда глючит, но к железу нет никаких претензий. 

Как мне кажется, этот сканер отлично себя проявляет с объектами средних размеров и в случаях, когда не требуется сверхвысокая точность. Вижу следующие области применения:

• автотюнинг
• протезирование
• сканирование человека
• дизайн
• кастомные предметы интерьера
• детали техники, бытовой и не только
• скульптура
• археология
• реконструкция и реставрация
• обучение

Сканировать ювелирные украшения, драгоценные камни и мелкие детали, на мой взгляд, будет пустой затеей.

Заключение

Всех, кто дочитал до этого места, хочу поблагодарить за прочтение. Выражаю свою надежду на то, что этот материал оказался вам полезным и, как минимум, послужит отправной точкой для тех, кто никогда не имел дело с 3D-сканированием. Возможно, мной были упущены важные для вас детали или же, не дай бог, допущены ошибки. Поэтому, прошу не стесняться в комментариях и выражать свои мысли открыто.