Transformace obrázku na sochu hmoždinky: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

V tomto projektu jsem převedl obraz horkovzdušného balónu na sochu hmoždinky. Konečnou strukturou je transformace digitální informace uložené na fotografii do fyzického 3D objektu. Sochu jsem zkonstruoval tak, aby pomohla vizualizovat, jak jsou obrázky uloženy v počítačích, a také demonstrovat obrovský rozsah informací na jediném obrázku, který vidíte na počítači. Vypadá to také skvěle! Tento návod projde tím, jak zkonstruovat vlastní sochu hmoždinky na základě obrázku.

Zde je základní myšlenka. Každý digitální obrázek se skládá z mnoha malých čtverečků (pixelů), přičemž každému čtverci je přiřazena nějaká hodnota intenzity. Velmi tmavé oblasti na fotografii mají pixely s nízkými hodnotami intenzity, zatímco světlé oblasti (např. Balón) mají hodnoty vysoké intenzity. V soše jsou hodnoty intenzity na každém pixelu v obrázku převedeny na výšku hmoždinky. Světlé oblasti mají vysokou výšku a tmavé oblasti mají nízkou výšku.

Socha, kterou jsem zkonstruoval, měla rozměry 82,5 x 123 x 60 cm a bylo nařezáno 4230 tyčových tyčí (53 řad po 80 sloupcích). Nakonec jsem použil kolíkové tyče v hodnotě téměř 1/2 míle, ale svou sochu můžete upravit na libovolnou velikost. Tento projekt bude vyžadovat určité zpracování obrazu a tesařské dovednosti. Jeho popis je také uveden na mém webu: jrbums.com. Děkujeme, že jste to zkontrolovali!

Krok 1: Seznam dodávek

Materiály:

1. Březové hmoždinky 5/16 "x 48" - určení počtu, který budete potřebovat, je vysvětleno v kroku 3, pravděpodobně to bude více hmoždinek, než jste si za celý život objednali (objednal jsem zde: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. ¾”silná překližka (myslím, že jsem použil břízu: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Bříza-Překližka-165921/100077837)

3. Malířská páska

4. Elmerovo lepidlo na dřevo

5. Tmel na dřevo

6. Kovová trubka o průměru 5/16”(pro 90 stupňové vedení vrtáku).

7. Kravaty na zip (Pro 90 stupňové vrtací vodítko).

8. Levná překližka (Pro vodítko kotoučové pily)

9. 2 palce x 4 palce x 96 palců Prime Kiln-Dried Whitewood Stud (pro okružní pilu)

10. Jemný brusný papír (zrnitost přibližně 200 - 300)

11. Barva (volitelně)

Nástroje:

1. Elektrická vrtačka a 5/16”vrták do dřeva

2. Kotoučová pila

3. Silová bruska

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

5. MATLAB nebo jiný software pro zpracování obrazu

Během tohoto projektu používejte bezpečné postupy zpracování dřeva! Je třeba uříznout tunu hmoždinek, takže musíte být velmi soustředění a dělat si spoustu přestávek

Krok 2: Transformace 2D obrázku na 3D model

Abyste mohli určit délky hmoždinek v soše, budete muset provést určité zpracování obrazu. Použil jsem Matlab a zaslal kód v kroku 3 tohoto pokynu. Můžete také použít jiný softwarový program pro zpracování obrázků.

Pro vizualizaci transformace z RGB na intenzitu mám výše uvedené video. K zobrazení intenzity obrazu se používá falešná barevná mapa (červená je vysoká intenzita a modrá nízkou intenzitu). Další video zveřejněné výše ukazuje transformaci z obrazu s 2D intenzitou na 3D objekt.

Načítání obrázku

Obraz horkovzdušného balónu byl načten do Matlabu a převeden na obraz ve stupních šedi. Zde je kód, jak to udělat v Matlabu:

A = imread ('ball.jpg'); % načíst obrázek do matlabu

A = rgb2gray (A); % převést RGB na stupně šedi

A = dvojnásobek (A)/max (dvojnásobek (A (:))); % normalizovat obraz ve stupních šedi a převést na dvojnásobek

Převzorkování obrazu

Původní rozměr obrázku byl 2572 x 3873, což je způsob, jak mnoho hmoždinek řezat ručně (pokud se nechcete zbláznit!). Proto je obraz převzorkován, takže je mnohem méně pixelů, a tedy mnohem méně kolíkové tyče k řezání. Také jsem použil prostorový filtr k vyhlazení obrazu, aby struktura působila souvisleji. Nakonec je obraz normalizován tak, aby maximální intenzita byla 1.

A = imresize (A, 0,0205); % převzorkovat obrázek na 2,05% velikosti původního obrázku

A = medfilt2 (A); % hladký obraz

A = dvojnásobek (A)/max (dvojnásobek (A (:))); % normalizovat obraz ve stupních šedi a převést na dvojnásobek

Převod na délku kolíkové tyče

V tomto okamžiku je obrázek uložen jako matice 53 x 80 s hodnotami od 0 do 1. Chcete -li tuto matici převést na matici skládající se z délek kolíkových tyčí, vynásobte ji maximální výškou, kterou chcete, aby vaše socha hmoždinky byla. Vybral jsem pro svůj 60 cm. Poté musíte hmoždince přidat další délku pro zasunutí hmoždinky do desky. Tím je také zajištěno, že řezy kolíkovými tyčemi nebyly příliš malé. Nastavil jsem to na 2,5 cm (1 palec).

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

drillDepth = 2,54; % Dodatečná délka přidána k hmoždinkám, aby ji bylo možné zasunout do desky (1 palec)

Délka = A.*AmaxH; % Multiple image matrix by max height to convert image matrix to dowel rod length

Délka = délka+hloubka vrtání; % Přidejte hloubku vrtání

V této části projektu se rozhodnete, jak velkou sochu chcete mít. Můžete upravit měřítko převzorkování (upravit měřítko v imresize) a maximální výšku hmoždinky. Při výběru škálování je třeba vzít v úvahu náklady a dobu, po kterou chcete projekt realizovat. Dokonce i socha 53 x 80 pixelů, kterou jsem zkonstruoval, vyžadovala řezání 4240 hmoždinek! Tento projekt trval mnohem déle, než jsem si myslel, a přál jsem si, abych věnoval více času zvažování toho, jak moc převzorkovat obrázek.

Krok 3: Určení počtu potřebných kolíkových tyčí

V tomto projektu existuje mnoho řezů kolíkových tyčí různé délky. Proto jsem přišel s algoritmem, který minimalizuje počet hmoždinek, které je třeba objednat. Po zpracování obrázku budete znát délky řezů, které musíte provést. Také znáte délku hmoždinky, kterou lze objednat (v mém případě to byly 4 stopové tyče). K vyřešení tohoto problému jsem použil numerickou metodu.

Můj algoritmus cykluje mezi sloupci v obrázku a sčítá výšky. Pokud další výška na obrázku překročí délku hmoždinek, které lze objednat (o něco méně než 4 stopy, aby se zohlednilo řezání), pak se přeskočí. Tento proces pokračuje, dokud není dosaženo 4 stop nebo dokud neprocházíte celý obrázek. Poté se vytvoří datová struktura, která specifikuje délku řezů, které jsou provedeny pro každou tyč hmoždinky, kterou si objednáte, a také umístění daného kusu na obrázku. Tento přístup pomáhá udržet řezy jedné hmoždinky blízko sebe, aby nedošlo k jejich záměně. Není to nejúčinnější a nejpřesnější řešení, ale funguje.

Výše uvedené video vysvětluje, jak funguje minimalizační algoritmus a jak jsou data ukládána a zobrazována. Je přiložen kód pro zpracování obrazu, minimalizaci odříznutých tyčí hmoždinek a zobrazení výstupu.

Zde je souhrn mé sochy hmoždinky:

Rozměry obrázku: 53 x 80

Počet řezů: 4240

Celková délka použité hmoždinky: 76847 cm

Musíte zakoupit 646 hmoždinek s délkou jednotky 119,92 cm

Krok 4: Vytvoření nástěnky pro sochu

Překližku nařežte kotoučovou nebo stolní pilou. Rozměry musí odpovídat počtu pixelů, které máte, a požadovaným mezerám. Například jsem měl 53 x 80 pixelů a chtěl rozteč kolem 1,5 cm, takže překližka byla řezána na 82,5 x 123 cm.

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

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

Pomocí nastavitelného čtverce T jsem nakreslil čáry pro všechny řady a sloupy, které by byly v soše. Poté jsem zkonstruoval zařízení navržené Izzy Swanem k vyvrtání 90stupňového otvoru do překližky. Zde je odkaz na video, které zveřejnil. Toto zařízení fungovalo velmi dobře pro vyvrtané rovné otvory stejné hloubky po celé desce. Všechny špatné stopy, které na desce zůstaly, byly poté vyčištěny dřevěným tmelem.

Volitelným krokem je malování desky. Udělal jsem to, abych zakryl některé tmely a špatná místa. Obraz je z vrstevnic tohoto obrázku. V konečné soše je tento obraz obtížně vidět kvůli hustotě hmoždinek.

Krok 5: Řezání mnoha kolíkových tyčí

V další části projektu budete muset uříznout spoustu hmoždinek a sledovat jejich polohu. Rozhodl jsem se řezat pět tyčí na hmoždinky najednou (budu to označovat jako svazek hmoždinek). Algoritmus řezání, který jsem vytvořil, zobrazuje délku, kterou je třeba uříznout každou hmoždinku ve svazku (viz obrázek). Tuto vzdálenost jsem změřil pravítkem a označil kusem malířské pásky, který se zcela omotal kolem hmoždinky. To je důležité, protože to brání roztříštění hmoždinky při řezání kotoučovou pilou. Svazek hmoždinek je poté zarovnán pro řezání pilou.

Navrhl jsem dřevěný držák z levné překližky a 2x4, který umožnil svazku hmoždinek spočinout ve štěrbině. Kolmo k této štěrbině bylo vodítko pro kotoučovou pilu. Když jsou hmoždinky zajištěny páskou, kotoučová pila se spustí podél vodítka, aby se všechny hmoždinky ve svazku rozřízly najednou. Hmoždinky jsou poté označeny štítky, abyste věděli, kde budou kolíkové tyče umístěny v kolíku. Vše, co bylo požadováno, bylo číslo řezu, protože skutečná poloha je uložena v programu, který jsem vytvořil. Tento postup se opakuje, dokud nejsou všechny řezy dokončeny ve svazku, a poté je nastříháno pět nových hmoždinek. Protože existuje tolik střihů, je velmi důležité zůstat soustředěný a dělat si spoustu přestávek. Video výše také popisuje celý proces.

Nakonec je do desky umístěno mnoho hmoždinek, takže je důležité použít snadno zapamatovatelný systém označování. Výše uvedený obrázek ukazuje pouze polovinu hmoždinek vyřezaných v tomto projektu!

Krok 6: Umístění kolíkových tyčí do desky

Oficiálně si necháte uříznout TON hmoždinek. Aby bylo možné je efektivně umístit do desky, může být užitečné vytvořit z levné překližky několik dočasných přidržovacích desek. Na jednom z obrázků můžete vidět dočasnou přidržovací desku, která odpovídala zhruba pěti sloupcům v pegboardu.

Nařezané tyče na hmoždinky byly vybaleny a konec byl zbroušen jemným smirkovým papírem. Tuto práci je skvělé sdílet s ochotným přítelem. Je to skutečná zkouška přátelství. Poté, co váš přítel pomůže, musíte jim uvařit večeři nebo jim pomoci s dalším projektem pro kutily.

Po broušení se hmoždinky přesunou na dočasné přidržovací prkno. K umístění každé hmoždinky do správné polohy slouží konvence označování a výstup programu Matlab. Po okrajích kolem pěti děr podél sloupu v desce se přidá kapka lepidla na dřevo. Do desky se pak umístí odpovídajících pět hmoždinek. Pro úplné zatloukání hmoždinek do desky můžete použít kladivo.

Důvodem zarovnání několika kolíkových tyčí najednou je zajistit, aby hmoždinky „dávaly smysl“v poloze, ve které byly umístěny. Pokud se hmoždinka jeví příliš malá nebo příliš krátká, můžete v programu dvakrát zkontrolovat délku, která má být v dané poloze. Možná budete muset přeříznout hmoždinky nebo můžete upravit, jak daleko zatáhnete kolíkovou tyč do desky.

Toto umístění a zarovnání hmoždinek jsem opakoval asi pro tři sloupy najednou. Také jsem navrhl a 3D vytiskl zarovnávací nástroj, který šel na konec tyčí hmoždinek, takže bylo snazší zajistit, aby tyče hmoždinek byly rovné, když lepidlo na dřevo zaschlo. Tento adaptér můžete vidět na jedné z fotografií. Je připojen soubor STL pro tento adaptér. V závislosti na průměru a rozteči kolíkové tyče budete možná muset přepracovat.

Krok 7: Hotová struktura a nějaké rady

Jakmile dokončíte umístění a zarovnání všech hmoždinek do kolíkové desky, je vaše socha hotová! Nahoře je zobrazeno několik dalších fotografií sochy hmoždinky, kterou jsem postavil. Z velké části jsem s konečnými výsledky spokojený. Pro každého, kdo uvažuje o podobném projektu, však mám několik rad:

1. Zvažte menší rozměry než tato struktura (53 x 80). Tento projekt byl výbuchem ve fázích plánování a po vypracování všech záhybů byl docela meditativní. Ruční práce se však někdy stala monotónní. Trvalo mi také dlouho, než jsem to dokončil, asi dva roky po dni, kdy jsem ten nápad vymyslel!

2. Použijte silnější hmoždinky a/nebo zkraťte maximální výšku sochy hmoždinky. I s vyrovnávacím nástrojem jsem měl potíže s udržováním dobře zarovnaných tyčí hmoždinek. Pomohly by tyče na hmoždinky s větším průměrem nebo kratší výšky.

3. Použijte kvalitnější kus dřeva než překližku na základnu sochy z pegboardu. Pod sochou jsou praskliny od zatloukání hmoždinek příliš hluboko do desky.

4. Netrávte mnoho času malováním pegboardu; kolíkové tyče většinu z toho stejně zakryjí.

5. Požádejte přátele o pomoc! Brousit 4 000 hmoždinek je zvláštní úkol, takže proč to nesdílet s několika dobrými přáteli.

Hodně štěstí!