Premeňte obrázok na sochu kolíkovej tyče: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

V tomto projekte som previedol obraz teplovzdušného balóna na sochu hmoždinky. Konečnou štruktúrou je transformácia digitálnych informácií uložených na fotografii na fyzický 3D objekt. Sochu som skonštruoval tak, aby pomohla vizualizovať, ako sú obrázky uložené v počítačoch, a tiež demonštrovať obrovský rozsah informácií na jednom obrázku, ktorý vidíte na počítači. Tiež to vyzerá super! Tento návod vás prevedie tým, ako si postavíte vlastnú sochu hmoždinky založenú na obrázku.

Tu je základná myšlienka. Každý digitálny obrázok sa skladá z mnohých malých štvorcov (pixelov), pričom každému štvorcu je priradená určitá hodnota intenzity. Veľmi tmavé oblasti na fotografii majú pixely s nízkymi hodnotami intenzity, zatiaľ čo svetlé oblasti (napr. Balón) majú vysoké hodnoty intenzity. V soche sú hodnoty intenzity pre každý pixel v obraze prevedené na výšku kolíkovej tyče. Svetlé oblasti majú vysokú výšku a tmavé oblasti majú nízku výšku.

Socha, ktorú som skonštruoval, mala rozmery 82,5 x 123 x 60 cm a bolo narezaných 4230 tyčových tyčí (53 radov po 80 stĺpcoch). Nakoniec som použil hmoždinky v hodnote takmer 1/2 míle, ale svoju sochu môžete prispôsobiť ľubovoľnej veľkosti. Tento projekt bude vyžadovať určité zručnosti v oblasti spracovania obrazu a tesárstva. Popis je uvedený aj na mojom webe: jrbums.com. Ďakujeme, že ste si to overili!

Krok 1: Zoznam dodávok

Materiály:

1. Brezové hmoždinky 5/16 "x 48" - určenie požadovaného počtu je vysvetlené v kroku 3, pravdepodobne to bude viac hmoždiniek, ako ste si objednali za celý život (objednával som tu: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. ¾”hrubá preglejka (myslím, že som použil brezu: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Brezová preglejka-165921/100077837)

3. Maliarska páska

4. Elmerovo lepidlo na drevo

5. Tmel na drevo

6. Kovová rúrka s priemerom 5/16”(pre 90 -stupňové vedenie vŕtačky).

7. Väzby na zips (Pre 90 -stupňové vedenie vŕtačky).

8. Lacná preglejka (pre vodítko kotúčovej píly)

9 palcov x 4 palcov x 96 palcov Prime Kiln-Dried Whitewood Stud (pre vedenie kotúčovej píly)

10. Jemný brúsny papier (zrnitosť približne 200 - 300)

11. Farba (voliteľné)

Náradie:

1. Elektrická vŕtačka a 5/16”vrták do dreva

2. Kotúčová píla

3. Výkonná brúska

4. Nastaviteľný štvorec T (https://www.homedepot.com/p/Empire-48-in-Adjiable-T-Square-419-48/100653520)

5. MATLAB alebo iný softvér na spracovanie obrázkov

Pri tomto projekte používajte bezpečnú prácu s drevom! Je potrebné rezať tonu hmoždiniek, takže musíte byť veľmi sústredení a robiť si prestávky

Krok 2: Transformácia 2D obrázku na 3D model

Aby ste mohli určiť dĺžky hmoždiniek v soche, budete musieť vykonať určité spracovanie obrazu. Použil som Matlab a vložil kód v kroku 3 tohto pokynu. Môžete tiež použiť iný softvérový program na spracovanie obrázkov.

Na vizualizáciu transformácie z RGB na intenzitu mám vyššie uvedené video. Na zobrazenie intenzity obrazu sa používa falošná farebná mapa (červená je vysoká intenzita a modrá je nízka intenzita). Ďalšie video zverejnené vyššie ukazuje transformáciu z obrazu s 2D intenzitou na 3D objekt.

Načítava sa obrázok

Obraz teplovzdušného balóna bol načítaný do Matlabu a prevedený na obrázok v odtieňoch sivej. Tu je kód, ako to urobiť v Matlabe:

A = imread ('ball.jpg'); % načítať obrázok do matlabu

A = rgb2gray (A); % previesť RGB na stupne šedej

A = dvojnásobok (A)/max (dvojnásobok (A (:))); % normalizuje obraz v odtieňoch sivej a prevedie ho na dvojnásobok

Prevzorkovať obrázok

Pôvodný rozmer obrázku bol 2572 x 3873, spôsob, akým sa mnohé hmoždinky dajú ručne rezať (pokiaľ sa nechcete zblázniť!). Preto je obraz prevzorkovaný, takže je oveľa menej pixelov, a teda oveľa menej tyčovej hmoždinky na rezanie. Na vyhladenie obrazu som tiež použil priestorový filter, aby štruktúra pôsobila súvislejšie. Nakoniec sa obraz normalizuje tak, aby maximálna intenzita bola 1.

A = nadmerná veľkosť (A, 0,0205); % prevzorkovať obrázok na 2,05% veľkosti pôvodného obrázku

A = medfilt2 (A); % hladký obraz

A = dvojnásobok (A)/max (dvojnásobok (A (:))); % normalizuje obraz v odtieňoch sivej a prevedie ho na dvojnásobok

Prevádzanie na dĺžku tyče na hmoždinky

V tomto mieste je obrázok uložený ako matica 53 x 80 s hodnotami od 0 do 1. Ak chcete túto maticu previesť na maticu pozostávajúcu z dĺžok tyčovej hmoždinky, vynásobte ju maximálnou výškou, v akej chcete mať svoju sochu hmoždinky. Vybral som si 60 cm pre ten svoj. Potom musíte hmoždine predĺžiť, aby sa tyč hmoždinky zatlačila do dosky. To tiež zaisťuje, že rezy hmoždinkami neboli príliš malé. Nastavil som to na 2,5 cm (1 palec).

AmaxH = 60; % Maximálna výška sochy (v cm)

hĺbka vŕtania = 2,54; % Dodatočná dĺžka pridaná k hmoždinkám, aby bolo možné ju zasunúť do dosky (1 palec)

Dĺžka = A.*AmaxH; % Viacnásobná obrazová matica podľa maximálnej výšky na konverziu obrazovej matice na dĺžku kolíkovej tyče

Dĺžka = dĺžka+hĺbka vŕtania; % Pridajte hĺbku vŕtania

V tejto časti projektu sa rozhodnete, akú veľkú sochu chcete mať. Môžete nastaviť mierku spodnej vzorky (nastaviť mierku v imresize) a maximálnu výšku hmoždinky. Pri výbere mierky by ste mali vziať do úvahy náklady a čas, ktorý chcete na projekte absolvovať. Dokonca aj socha 53 x 80 pixelov, ktorú som skonštruoval, vyžadovala rezanie 4240 tyčových tyčí! Tento projekt trval oveľa dlhšie, ako som si myslel, a prial by som si, aby som venoval viac času zvažovaniu toho, ako výrazne prevzorkovať obrázok.

Krok 3: Stanovenie počtu potrebných hmoždiniek

V tomto projekte existuje veľa rezov hmoždiniek rôznej dĺžky. Preto som prišiel s algoritmom, ktorý minimalizuje počet hmoždiniek, ktoré je potrebné objednať. Po spracovaní obrázku budete poznať dĺžky strihov, ktoré musíte urobiť. Poznáte tiež dĺžku hmoždinky, ktorú je možné objednať (v mojom prípade to boli 4 -nožné tyče). Na vyriešenie tohto problému som použil numerickú metódu.

Môj algoritmus cykluje cez stĺpce v obrázku a sčítava výšky. Ak ďalšia výška na obrázku presahuje dĺžku hmoždiniek, ktoré je možné objednať (o niečo menej ako 4 stopy, aby sa zohľadnilo rezanie), potom sa preskočí. Tento postup pokračuje, až kým nedosiahnete 4 stopy alebo kým neprebehnete celý obrázok. Potom sa vytvorí dátová štruktúra, ktorá špecifikuje dĺžku rezov pre každú objednanú hmoždinku a umiestnenie tohto kusu na obrázku. Tento prístup pomáha udržať rezy jednej hmoždinky blízko seba, aby sa nemiešali. Nie je to najefektívnejšie a ani najpresnejšie riešenie, ale funguje.

Vyššie uvedené video vysvetľuje, ako funguje algoritmus minimalizácie a ako sa údaje ukladajú a zobrazujú. Priložený je kód na spracovanie obrazu, minimalizáciu prerezania tyčí hmoždiniek a zobrazenie výstupu.

Tu je súhrn mojej sochy hmoždinky:

Rozmery obrázku: 53 x 80

Počet rezov: 4240

Celková použitá dĺžka hmoždinky: 76847 cm

Musíte si kúpiť 646 tyčí na hmoždinky s jednotkovou dĺžkou 119,92 cm

Krok 4: Vytvorenie nástenky pre sochu

Preglejku narežte kotúčovou alebo stolovou pílou. Rozmery musia zodpovedať počtu pixelov, ktoré máte, a požadovaným rozstupom. Napríklad som mal 53 x 80 pixelov a chcel som rozstup asi 1,5 cm, takže preglejka bola skrátená na 82,5 x 123 cm.

53*1,5 + 1,5*2 = 82,5 cm (1,5*2 je pre okraj)

80*1,5 + 1,5*2 = 123 cm

Pomocou nastaviteľného štvorca T som nakreslil čiary pre všetky rady a stĺpce, ktoré by boli v soche. Potom som skonštruoval zariadenie navrhnuté Izzy Swanom na vyvŕtanie 90 -stupňového otvoru do preglejky. Tu je odkaz na video, ktoré zverejnil. Toto zariadenie fungovalo veľmi dobre na vŕtanie rovných otvorov rovnakej hĺbky po celej doske. Všetky zlé stopy, ktoré zostali na doske, sa potom vyčistili tmelom na drevo.

Voliteľným krokom je natretie dosky. Urobil som to, aby som zakryl niektoré tmely a zlé miesta. Obraz je z vrstevníc tohto obrázku. V konečnej soche je tento obraz ťažko viditeľný kvôli hustote hmoždiniek.

Krok 5: Rezanie mnohých kolíkových tyčí

V ďalšej časti projektu budete musieť odstrihnúť veľa hmoždiniek a sledovať ich polohu. Rozhodol som sa narezať päť tyčí na hmoždinky naraz (budem to nazývať zväzok hmoždiniek). Algoritmus rezania, ktorý som vytvoril, zobrazuje dĺžku, ktorú je potrebné rezať každou hmoždinou vo zväzku (pozri obrázok). Túto vzdialenosť som zmeral pravítkom a označil kúskom maliarskej pásky, ktorá sa úplne omotala okolo hmoždinky. To je dôležité, pretože zabraňuje odštiepeniu kolíkovej tyče pri rezaní kotúčovou pílou. Zväzok hmoždiniek sa potom zarovná tak, aby bol rezaný pílou.

Navrhol som drevený držiak z lacnej preglejky a 2x4, ktorý umožnil zväzku hmoždiniek spočinúť v štrbine. Kolmo na túto štrbinu bolo vedenie pre kotúčovú pílu. Keď sú hmoždinky zaistené páskou, kruhová píla sa spustí pozdĺž vodítka, aby sa naraz narezali všetky hmoždinky vo zväzku. Hmoždinky sú potom označené, aby ste vedeli, kde budú kolíkové tyče umiestnené v kolíku. Vyžadovalo sa iba číslo rezu, pretože skutočná poloha je uložená v programe, ktorý som vytvoril. Tento postup sa opakuje, kým sa vo zväzku nedokončia všetky rezy, a potom sa nastrihá päť nových tyčových tyčí. Pretože existuje veľa strihov, je veľmi dôležité, aby ste sa koncentrovali a robili si veľa prestávok. Video vyššie popisuje aj celý proces.

Nakoniec je do dosky umiestnených veľa hmoždiniek, takže je dôležité použiť ľahko zapamätateľný systém označovania. Obrázok vyššie zobrazuje iba polovicu hmoždiniek vyrezaných v tomto projekte!

Krok 6: Umiestnenie kolíkových tyčí do dosky

Oficiálne máte odstrihnutú TONU hmoždiniek. Aby bolo možné ich efektívne umiestniť do dosky, môže byť užitočné vytvoriť z dočasnej preglejky niekoľko dočasných dosiek. Na jednom z obrázkov môžete vidieť dočasnú držiacu dosku, ktorá zodpovedala asi piatim stĺpcom v nástenke.

Odstrihnuté tyče na hmoždinky boli rozbalené a koniec prebrúsený jemným brúsnym papierom. Túto prácu je skvelé zdieľať s ochotným priateľom. Je to skutočná skúška priateľstva. Potom, čo váš priateľ pomôže, musíte im uvariť večeru alebo pomôcť s iným projektom DIY.

Po brúsení sa hmoždinky premiestnia na dočasnú pridržiavaciu dosku. Na umiestnenie každej hmoždinky v správnej polohe sa používa konvencia označovania a výstup programu Matlab. Po okrajoch asi piatich otvorov pozdĺž stĺpika v nástennej doske sa pridá kúsok lepidla na drevo. Potom sa do dosky umiestni zodpovedajúcich päť hmoždiniek. Na úplné zatlačenie hmoždiniek do dosky môžete použiť kladivo.

Dôvodom zarovnania niekoľkých tyčových hmoždiniek naraz je zaistiť, aby hmoždinky „dávali zmysel“v polohe, v ktorej boli umiestnené. Ak sa vám hmoždinka zdá príliš malá alebo príliš krátka, môžete v programe dvakrát skontrolovať dĺžku, ktorá sa má v danej polohe nachádzať. Možno budete musieť prerezať hmoždinky alebo môžete nastaviť, ako ďaleko zatlačíte hmoždinku do dosky.

Toto umiestnenie a zarovnanie hmoždiniek som zopakoval asi pre tri stĺpce naraz. Tiež som navrhol a 3D vytlačil zarovnávací nástroj, ktorý bol na konci tyčových hmoždiniek, takže bolo jednoduchšie zaistiť, aby boli kolíkové tyče rovné, keď lepidlo na drevo zaschlo. Tento adaptér môžete vidieť na jednej z fotografií. Je priložený súbor STL pre tento adaptér. V závislosti od priemeru kolíkovej tyče a rozstupu bude možno potrebné prepracovať.

Krok 7: Hotová štruktúra a niekoľko rád

Akonáhle dokončíte umiestnenie a zarovnanie všetkých hmoždiniek do kolíkovej dosky, vaša socha je hotová! Vyššie je uvedených niekoľko ďalších fotografií sochy hmoždinky, ktorú som postavil. S konečnými výsledkami som väčšinou spokojný. Existuje však niekoľko rád pre každého, kto uvažuje o realizácii podobného projektu:

1. Zvážte použitie menších rozmerov, ako je táto štruktúra (53 x 80). Tento projekt bol výbuchom vo fázach plánovania a po vypracovaní všetkých zápletiek bol dosť meditatívny. Ručná práca sa však niekedy stala monotónnou. Trvalo mi tiež dlho, kým som to dokončil, asi dva roky po dni, keď som ten nápad pochopil!

2. Použite hrubšie tyče na hmoždinky a/alebo skráťte maximálnu výšku sochy hmoždinky. Aj s nástrojom na zarovnanie som mal problémy udržať dobre zarovnané tyče hmoždiniek. Pomohli by hmoždinky s väčším priemerom alebo kratšie výšky.

3. Na základ sochy z drevotriesky použite kvalitnejší kus dreva ako preglejku. Pod sochou sú praskliny po zatĺkaní hmoždiniek príliš hlboko do dosky.

4. Netrávte veľa času maľovaním nástenky; hmoždinky väčšinou aj tak zakryjú.

5. Požiadajte priateľov o pomoc! Brúsenie 4 000 hmoždiniek je čudná úloha, prečo sa o to podeliť s niekoľkými dobrými priateľmi.

Veľa štastia!