3D telesný skener využívajúci kamery Raspberry Pi: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Tento 3D skener je projektom spolupráce v spoločnosti BuildBrighton Makerspace s cieľom sprístupniť digitálnu technológiu komunitným skupinám. Skenery sa používajú v módnom priemysle, na prispôsobenie dizajnu oblečenia, v hernom priemysle pre virtuálnu realitu a v telocvičniach na monitorovanie zdravia. Ak budú k dispozícii aj vo výrobných priestoroch, ktoré poskytujú prístup k výrobným nástrojom, môže existovať väčší potenciál sociálnych inovácií.

Budem používať skener, aby mi pomohol navrhnúť oblečenie. Na začiatku som svoj model nakrájal pomocou bezplatného softvéru a laserom som z lepenky vyrezal figurínu krajčírky, ktorá je mojím presným osobným tvarom tela. Ďalej sa chystám vidieť, ako oblečenie vyzerá na 3D modeli vo VR, skôr ako sa odhodlám k jeho výrobe.

Santander mi udelil grant 1 000 libier na stavbu skenera ako digitálnu cenu University of Brighton. Strávili sme viac ako prototypovaním rôznych možností, ale ako súčasť nášho návrhu o konštrukcii sme zaistili, že konečnú verziu je možné replikovať v rámci tohto rozpočtu. Za túto cenu môžu byť iné komunitné skupiny schopné získať finančné prostriedky na výstavbu niečoho podobného.

Poznámka: Tento projekt používa elektrickú sieť a vyžaduje znalosti elektroinštalácie, takže v záujme bezpečnosti sekcie o stavbe skenera ukazujú, čo sme urobili, s úrovňou podrobností určených skôr pre referenčné účely než pre kopírovanie a sekcie o kódovaní a používaní skenery sú napísané ako príručky „Ako na to“. Je to prebiehajúci projekt, takže dúfam, že budem môcť čoskoro poskytnúť úplné plány verzie pre batérie. Pozrite sa na môj web alebo ma kontaktujte, ak sa chcete dozvedieť viac.

Z environmentálnych dôvodov sme pre konštrukciu vybrali 3D tlačené konektory a kartónové rúrky. Kartón sa dá ľahko preformovať, ak diely do seba nepasujú, takže je skvelým nástrojom na výrobu prototypov a pri hrúbke 3 mm sú rúrky pevné a pevné.

Bolo úžasné pracovať na tomto spoločnom projekte. Ďakujem Arthurovi Guyovi za napísanie kódu a ďalším členom BuildBrighton, ktorí prišli a pomáhali v stredu večer, alebo sa náhodou objavili, keď boli potrební.

Materiály pre tento projekt boli:

27 Raspberry Pi Zero W

27 modulov kamery Raspberry Pi

27 káblov nulovej kamery Raspberry Pi

27 Kábel USB na Micro USB

20 kartónových trubíc s dĺžkou 125 cm x 32 mm a jadrom s priemerom 29 mm

8 Koncové uzávery na skúmavky

Filament 3D tlače PLA

8 viečok z jednorazových sudov na pivo

2 x listy A3, 3 mm, brezová preglejka v laserovej kvalite

Menič napájania 230v-12v (pretože sieťové napájanie je v Británii 230v)

12 regulátorov výkonu CRT 5v

Poistky a držiaky čepele 3 x 30 amp

Elektrický kábel

Krabica s 2, 3 a 5 pákovými konektormi

50 feruliek

Router s káblovým modemom

ethernetový kábel

27 kariet SD (16 GB)

5 mm jednostenná vlnitá karta

2m samolepiaci suchý zips®

4 x batéria USB

Použili sme tieto nástroje:

Počítač Apple® (softvér servera kamery bol napísaný pre operačný systém Apple®, ale môže fungovať aj v systéme Linux)

Počítač PC, pretože spoločnosť Autodesk Remake ™ uprostred tohto projektu prestala poskytovať podporu používateľom počítačov Mac

Internet (káblový aj bezdrôtový)

Bezplatná verzia aplikácie Autodesk Remake ™

3D tlačiareň

Laserová rezačka

Lisovacia objímka

Rezačka káblov

Chop píla a pásová píla

Brúsny stroj

Krok 1: Kódovanie Raspberry Pis

Tento krok vyžaduje určité znalosti kódovania pomocou Raspberry Pi.

Nainštalujte si Lite verziu operačného systému Raspbian na každý Raspberry Pi a povoľte kameru a SSH.

Software nodejs je predinštalovaný na Raspbian, ale môže ísť o zastaranú verziu.

Nasledujúce príkazy ho aktualizujú. Poznámka: hypertextový odkaz v druhom riadku kódu bol programom Instructables® automaticky skrátený. Úplný odkaz na kopírovanie kódu nájdete kliknutím naň.

Inovácia na uzol v7

cd ~ wget https://nodejs.org/dist/v7.9.0/node-v7.9.0-linux-… tar -xvf node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz cd node-v7.9.0-linux -armv6l/ sudo cp -R */ usr/ local/ sudo reboot # Upratať cd ~ rm node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz.gz rm -r node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz # Aktualizácia NPM sudo npm install -g npm

Po inštalácii programu nodejs nahrajte súbory pre klientsky softvér:

cd ~ git klon

Potom softvér nainštalujte pomocou nasledujúcich príkazov:

cd 3d kamera

npm nainštalovať

Vyskúšajte softvér spustením pomocou nasledujúceho príkazu:

uzol app.js

Udržiavanie softvéru v prevádzke

Spustenie softvéru a jeho udržanie v prevádzke je úlohou „supervízora“. Tento program zaisťuje, aby bol softvér fotoaparátu vždy spustený a bol nainštalovaný pomocou nasledujúceho príkazu:

sudo apt-get install git supervisor

Supervízor bol potom nastavený pomocou aplikácie 3D skenera skopírovaním dodaného konfiguračného súboru do konečného umiestnenia pomocou nasledujúceho príkazu:

cp /home/pi/3dCamera/camera.conf /etc/supervisor/conf.d/camera.conf

Povedzte nadriadenému, aby identifikoval nový konfiguračný súbor a spustil:

sudo supervisorctl znova prečítať

sudo supervisorctl aktualizovať sudo service supervisor restart

Potom pri každom spustení systému „supervízor“spustí aplikáciu fotoaparátu, ktorá sa automaticky pripojí k serverovému softvéru.

Voliteľné navyše

Softvér je možné aktualizovať pomocou príkazu na aktualizáciu zabudovaného do webového používateľského rozhrania. Alternatívou je vynútenie aktualizácie pri každom spustení Raspberry Pi. Za týmto účelom nahraďte predvolený spúšťací skript skriptom, ktorý vykoná aktualizáciu:

cp /home/pi/3dCamera/rc.local /etc/rc.local

Krok 2: Nastavenie kamerového servera

Serverový softvér skenera je uzlová aplikácia, ktorá vyžaduje nodejs, klienti tiež spúšťajú uzol a pripájajú sa k serveru pomocou webových zásuviek.

Nastaviť

Skontrolujte, či je uzol spustený, otvorením okna Terminál a zadaním:

uzol -v

Ak uzol nie je nainštalovaný, je možné ho stiahnuť z NodeJS.

Stiahnite si súbory

Toto úložisko je potrebné stiahnuť do priečinka v počítači. To je možné vykonať pomocou nasledujúceho príkazu:

klon git

Nainštalujte závislosti

Tieto musia byť v novom priečinku obsahujúcom stiahnutý kód:

cd 3dCameraServer

npm inštalácia

Nakoniec spustite kód

Serverovú aplikáciu je potrebné spustiť pomocou nižšie uvedeného príkazu, čím sa spustí server websocket na porte 3000 a webový server na porte 8080.

uzol server.js

Ak bolo všetko úspešné, zobrazí sa hlásenie „Aplikácia 3D kamera počúva na porte 8080 a 3000“. Ak chcete aplikáciu používať, otvorte prehliadač a použite nasledujúcu adresu URL https:// localhost: 8080/

Používanie systému

Server používa pevnú adresu IP, vďaka ktorej kamery vedia, kam majú fotografie odoslať.

Klientsky softvér očakáva pripojenie k serveru na adrese IP 192.168.10.100. Používame dedikovaný router s pevným pridelením IP adresy, ale na používanie skenera bez neho by bolo potrebné túto IP adresu nastaviť ručne. Aby ste to zjednodušili, nastavte adresu MAC počítača na smerovači, aby mu bola automaticky priradená zadaná adresa IP.

Router je typ káblového modemu (nie router ADSL). To udržuje kamery obsiahnuté, ale tiež im umožňuje pripojiť sa na internet a načítať aktualizácie softvéru. Rozsah DHCP smerovača je potrebné zmeniť z predvoleného nastavenia, aby priradil adresy IP v rozsahu 192.168.10.1 - 192.168.10.255.

Keď sú klienti online, správy o pripojení sa zobrazujú v okne terminálu a v okne prehliadača.

Keď sa klienti pripoja, dá sa im pomocou príkazu „Fotografovať“v hlavičke prikázať, aby urobili fotografiu, čím sa spustí proces snímania fotografie, a do 30 sekúnd by mali všetky obrázky odoslať späť do počítača. Tieto sa zobrazia v prehliadači a uložia sa do priečinka v inštalačnom adresári, ktorý sa nachádza vyhľadaním priečinka 3dCameraServer.

Kód získaný z GitHubu obsahuje vopred vytvorený obrázok, ktorý sa pokúsi pripojiť k wifi sieti s názvom 3DScanner. Heslo na to je: poppykalayana.

Krok 3: Laserové rezanie a 3D tlač

Laserové rezacie puzdrá na maliny Pi

Stiahli sme nižšie uvedené súbory a vystrihli:

27 x puzdrá Pi s použitím 5 mm jednostennej vlnitej lepenky. Nepoužívame dvojstennú lepenku, pretože je pravdepodobnejšie, že sa pod laserom vznieti.

Konektory trubiek pre 3D tlač

3D súbory sme vytlačili nižšie: 8 x krížový kĺb4 x T križovatka

a v prípade potreby odstráňte podporný materiál kliešťami a brúsnym papierom.

Vpred plánovanie rozšírenia strechy

Tieto informácie sú pre najzákladnejšiu verziu skenera, ktorý fungoval. Vyrába model, ktorý je vhodný na výrobu figuríny tvorcov šiat alebo na 3D tlač hlavy (softvér Autodesk Remake ™ vyplní temeno hlavy tam, kde je medzera). Dodatočné kamery v ďalších vrstvách alebo nad hlavou na strešných tyčiach by umožnili skenovanie celého tela, takže aby bolo možné skener ľahko aktualizovať, horná vrstva stĺpikových stĺpikov má na mieste krížové kĺby a krátke predlžovacie tyče s koncovými krytkami. K ďalším spojom je možné stiahnuť 3D konektory na pripevnenie strešných stĺpikov. Chuck Sommerville vytvoril šesťcípu hviezdu, ktorej veľkosť by sa dala zmeniť tak, aby sa používala na spájanie pólov v hornej časti.

Krok 4: Pripojenie a testovanie Raspberry Pis

Na tento krok musí byť smerovač zapnutý a pripojený k internetu.

Pripojenie počítača k serveru

Pripojte počítač k sieti Wi -Fi s názvom 3DCamera Open Terminal Na výzvu zadajte 3Dcamera a potom stlačte kláves Enter. Na ďalšej výzve napíšte 3Dcamera-start a potom stlačením klávesu Enter Otvorte webový prehliadač a do panela s adresou zadajte https:// localhost: 8080/, čím sa otvorí hlavný panel.

Testovanie Raspberry Pis

Pomocou kábla kamery pripojte fotoaparát k Raspberry Pi. Pripojte Raspberry Pi k zdroju napájania 5 V (napr. K počítaču) pomocou mikro USB kábla Po niekoľkých minútach by sa malina Raspberry Pi mala pripojiť k systému a objaviť sa na prístrojovej doske s automaticky priradeným menom postavy Marvel. Kliknutím na položku „Fotografovať“vyskúšajte, či Raspberry Pi funguje. Stĺpec Stav na hlavnom paneli by mal naznačovať, kedy sa fotografuje a odosiela fotografia, a potom by sa mala fotografia objaviť v hornej časti palubnej dosky. Ak to nefunguje, skontrolujte, či je kamera správne pripojená a či svieti zelené svetlo na pí, a skúste to znova.

Fotografie sa automaticky ukladajú do priečinka s názvom „Obrázky“, ktorý sa nachádza v priečinku 3dCameraServer, ktorý bol nastavený v predchádzajúcom kroku.

Zostavenie puzdier Raspberry Pi

Zlepili sme 5 vrstiev kartónového puzdra Pi, vložili sme Raspberry Pi s vrstvou 2, zložili sme fotoaparát na miesto vo vrstve 3, ktorá drží na mieste s vrstvou 4, a zasunuli šošovku cez vrstvu 5. Toto sa opakovalo pre všetky kamery.

Označenie Raspberry Pis

Na hlavnom paneli sme nahradili názov znaku Marvel priradený každému Pi zadaním čísla do textového poľa a následným stlačením klávesu Enter.

Je užitočné napísať číslo na puzdro každého Pi pre riešenie problémov.

Tento postup zopakujte pre každé Raspberry Pi, pričom každému priradíte iné číslo

Krok 5: Pripravte si štruktúru a elektrický obvod

Príprava

Kartónové rúrky boli narezané a pripravené na nasledujúce dĺžky:

Rúry 6 x 80 cm na základňu stĺpikov s 1,2 cm otvorom 2 cm hore od jedného konca

Rúry 6 x 40 cm pre stred stĺpikov

Rúry 6 x 10 cm pre hornú časť stĺpikov s viečkami na jednom konci

Rúry 10 x 125 cm pre vodorovné tyče s otvorom 0,5 cm v strede

2 x 125 cm skúmavky na voľne stojace stojky so suchým zipsom, kam pôjdu Raspberry Pis a batérie

Elektrické vedenie

Varovanie: Nepokúšajte sa používať elektrické spotrebiče, pokiaľ na to nemáte kvalifikáciu. Neuvádzame všetky podrobnosti o zapojení, pretože slúžia ako príklad toho, ako sme to urobili, nie ako pokyny, ktoré je potrebné dodržiavať. Chyby by mohli spáliť malinový pi, spôsobiť požiar alebo niekoho zasiahnuť elektrickým prúdom!

Tip: Zistili sme, že kamery najďalej v rade nefungujú, keď sme ich prepojili, takže sme prepojili 3 poistky k 3 samostatným obvodom z napájania 12 V, z každého vychádzali 4 x 5 V regulátory. Každý z nich môže napájať až 3 malinové pi nuly. To znamenalo, že na každom póle prechádzali 2 elektrické káble s kapacitou na pripojenie 6 káblov pre kamery. Potrebovali sme iba 4 na hlavu a ramená, ale je užitočné mať dodatočnú kapacitu na pridanie ďalších kamier na iné účely.

Odrezali sme veľký USB z konca 22 káblov USB a 6 z nich odstrihli kratšie, približne na 30 cm. Potom sme ignorovali akékoľvek dátové vodiče a pripevnili sme dutinky na koniec napájacích a uzemňovacích vodičov.

Zobrali sme krátke vodiče a zatlačili sme jeden pár dutiniek do každého z 12 x 3D tlačených konektorov, kým drôt nevyšiel spodným koncom.

Použili sme rovnakú techniku s dlhšími zvodmi a tlačili sme jeden pár koncoviek cez otvor v strede každej vodorovnej tyče, kým sa neobjavili na konci trubice.

Výroba a zapojenie základov

Vystrihli sme 16 krúžkov, aby sa zmestili do otvoru v strede viečok 8 jednorazových sudov na pivo, pričom v strede každého bol otvor 3,2 cm. Krčmy v našej oblasti tieto sudy radi rozdávajú a okrúhla časť je pre projekty užitočná. Viečka sa zvyčajne vyhadzujú, ale vytvárajú veľmi stabilné stojany.

Za horúca sme na vrch a spodok závitovej časti v strede veka suda na pivo prilepili krúžok, pričom to zopakujeme s druhým vekom. Potom sme do každého postavili stĺp s priemerom 125 cm a pripevnili sme kameru v hornej časti každého pólu suchým zipsom

a ďalších 40 cm pod ním. Do každej kamery sme zapojili batériu USB a pripevnili sme batériu k pólu pomocou suchého zipsu, kam siaha elektróda.

Základné stĺpiky

Pre ostatných 6 viečok sme pre každé vzali 2 krúžky z preglejky a za tepla ich prilepili na miesto, nad a pod všetky komponenty. V medzere medzi prstencami každého z nich boli 2 x 5V regulátory, káble a ich konektory, ku ktorým sme pripevnili 2 x 80 cm kábla, a oba káble sme vložili cez 1,2 cm otvor a hore trubicou. Všetky komponenty tesne priliehali k základni, ktorú sme postavili v strede.

Asi by vyzerali lepšie namaľované!

Krok 6: Postavte štruktúru a elektrický obvod

Umiestnili sme 5 horizontálnych rúrok na podlahu, aby sme vyznačili 5 strán šesťuholníka, a na každú križovatku sme postavili základný stĺp.

Potom sme vytvorili rám pre kamery tak, že sme pripevnili kartónové rúrky k 3D tlačeným konektorom, prevliekli sme prečnievajúce drôty s nasadenými dutinkami cez póly smerom k základňovým stĺpikom a pripevnili sme pákové konektory v hornej časti každého základného stĺpika pred zaistením časti rámu na mieste.

Ďalej sme pripojili kamery k mikro USB v polovici každého vodorovného pruhu. Kartónové puzdro Pi bolo navrhnuté tak, že USB je čiastočne skryté vo vnútri a druhú časť USB je možné mierne zasunúť do kartónovej trubice, takže kamera sedí v jednej rovine na vrchu stĺpika. USB ho drží na svojom mieste.

Pripojili sme kamery k USB káblom v rohových spojoch pomocou samolepiaceho suchého zipsu, aby kamery držali na svojom mieste.

Potom sme umiestnili voľne stojace vzpriamené póly kamery v rovnakej vzdialenosti od seba cez otvor.

Nakoniec sme kamery upravili tak, aby všetky smerovali do stredu.

K dispozícii je jedna náhradná kamera pre prípad, že by nejaká prestala fungovať.

Krok 7: Fotografujte

Ak chcete použiť skener, postavte sa alebo si sadnite do rámu, priamo uprostred.

Požiadajte niekoho, aby stlačil „Nasnímať fotografiu“na palubnej doske. Všetky fotografie by mali byť urobené v rovnakom momente, ale keďže signál je odoslaný prostredníctvom siete Wi -Fi, príležitostne dôjde k miernemu oneskoreniu jednej alebo viacerých fotografií. Zostaňte teda niekoľko sekúnd v kľude, kým nebudú odoslané všetky fotografie.

Fotografie sa uložia do priečinka s obrázkami v priečinku 3DCameraServer

Tipy na vytváranie dobrých fotografií nájdete v tomto videu

Krok 8: Spracujte fotografie do 3D modelu

Nasledujúce pokyny sú pre Autodesk Remake ™ (verzia 17.25.31). Je to bezplatný produkt, ale zistil som, že voľný režim je dostačujúci. Tu je zoznam ďalšieho softvéru na zošívanie fotografií.

Nastavenie

Vytvorte si účet Autodesk®

Nainštalujte si aplikáciu Autodesk Remake ™ na počítač PC

Premena fotografií na 3D model

Preneste fotografie z počítača Mac do počítača pomocou USB kľúča alebo ich nahrajte do cloudového úložiska Autodesk® s názvom A360 Drive pomocou prihlasovacích údajov vášho účtu Autodesk®.

Otvorte aplikáciu Autodesk Remake ™

Kliknite na tlačidlo fotoaparátu v časti Vytvoriť 3D

Na vyskakovacej obrazovke, ktorá sa zobrazí, kliknite na položku Online (ak nemáte výkonný počítač, ktorý spĺňa minimálne špecifikácie na spracovanie offline).

Na ďalšej vyskakovacej obrazovke vyberte položku Vybrať fotografie z: Miestny disk, ak ste fotografie preniesli do počítača pomocou USB, alebo kliknite na položku A360 Drive, ak ste nahrali fotografie.

Vyberte fotografie a potom kliknite na položku Otvoriť

Keď sa na obrazovke zobrazia všetky fotografie, kliknite na položku Vytvoriť model

V zobrazenej ponuke Možnosti zadajte meno do textového poľa. Vyberte kvalitu: štandardnú, automatické orezanie: vypnuté a inteligentnú textúru: vypnuté (alebo sa pohrajte s týmito nastaveniami)

Spracovanie

Obrazovka sa vráti na hlavný panel Remake ™ a v časti My Cloud Drive sa zobrazí pole s priebehom vášho modelu. Podľa našich skúseností spracovanie trvá asi 10 minút, ale môže sa zdať, že prestalo reagovať, pretože percento sa prestane zvyšovať, potom sa číslo po chvíli náhle zvýši. Po dokončení spracovania dostanete e -mail od spoločnosti Autodesk®.

Keď sa v poli zobrazí hlásenie Pripravené na stiahnutie, umiestnite kurzor myši na pole a zobrazí sa modrá šípka na stiahnutie. Kliknite na modrú šípku a zvoľte, kam chcete model uložiť.

Model sa potom stiahne a zobrazí sa v sekcii Tento počítač na paneli Remake®. Kliknutím naň ho otvoríte.

Následné spracovanie

Pomocou navigačných nástrojov v spodnej časti obrazovky vyhľadajte model svojho tela.

Pomocou nástrojov na výber odstráňte nechcené časti modelu tak, že vyberiete diely a stlačíte kláves Delete.

Keď vymažete časti, modrý kruh v spodnej časti modelu sa zmenší. Ak je kruh väčší ako obvod obklopujúci model, znamená to, že stále existujú časti, ktoré je potrebné odstrániť.

Ak je model hore nohami, prejdite na kartu Nastavenia modelu na ľavej strane obrazovky a postupujte podľa nastavení v časti Nastaviť vzpriamenie scény.

Ak chcete pre model vytvoriť rovný povrch, prejdite na položku Upraviť - Rozrezať a vyplniť

Ak chcete skontrolovať otvory a opravu, prejdite na kartu Analyzovať a kliknite na položku Zistiť a opraviť problémy s modelom

Ukladá sa

Ak chcete model uložiť, kliknite na položku Exportovať - Exportovať model.

Ak chcete vytvoriť video z otáčajúceho sa modelu, prejdite na položku Exportovať - Exportovať video.