3D tělesný skener využívající kamery Raspberry Pi: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Tento 3D skener je projektem spolupráce ve společnosti BuildBrighton Makerspace s cílem zpřístupnit digitální technologii komunitním skupinám. Skenery se používají v módním průmyslu, k přizpůsobení designu oděvů, v herním průmyslu pro virtuální realitu a v tělocvičnách ke sledování zdraví. Pokud jsou k dispozici také ve výrobních prostorech, které poskytují přístup k výrobním nástrojům, mohl by existovat větší potenciál pro sociální inovace.

Budu používat skener, aby mi pomohl navrhnout oblečení. Nejprve jsem svůj model rozřezal pomocí bezplatného softwaru a laserem vystřihl figurínu krejčích z lepenky, což je přesně můj osobní tvar těla. Dále se chystám zjistit, jak vypadá oblečení na 3D modelu ve VR, než se odhodlám je vyrobit.

Santander mi poskytl grant ve výši 1000 liber na stavbu skeneru jako digitální cenu University of Brighton. Strávili jsme víc než to prototypováním různých možností, ale jako součást našeho návrhu jsme se ujistili, že konečná verze může být replikována v rámci tohoto rozpočtu. Za tuto cenu mohou být jiné skupiny komunit schopny získat finanční prostředky na vybudování něčeho podobného.

Poznámka: Tento projekt využívá elektrickou energii ze sítě a vyžaduje znalosti elektroinstalace, takže z důvodu bezpečnosti části týkající se stavby skeneru ukazují, co jsme udělali, s úrovní podrobností určenou spíše pro odkaz než pro kopírování, a části o kódování a používání skenery jsou psány jako příručky „Jak na to“. Je to pokračující projekt, takže doufám, že brzy budu schopen poskytnout úplné plány pro bateriovou verzi. Podívejte se na můj web nebo mě kontaktujte, pokud se chcete dozvědět více.

Z ekologických důvodů jsme pro konstrukci vybrali 3D konektory a lepenkové trubky. Karton lze snadno přetvořit, pokud díly neodpovídají dokonale, takže je skvělým nástrojem pro prototypování a při tloušťce 3 mm jsou trubky silné a tuhé.

Bylo skvělé pracovat na tomto projektu spolupráce. Díky Arthurovi Guyovi za napsání kódu a dalším členům BuildBrighton, kteří přišli a pomohli ve středu večer, nebo se náhodou objevili, kdykoli byli potřeba.

Materiály pro tento projekt byly:

27 Raspberry Pi Zero W

27 kamerových modulů Raspberry Pi

27 kabelů nulové kamery Raspberry Pi

27 Kabely USB na Micro USB

20 lepenkových trubek o délce 125 cm x 32 mm s jádrem o průměru 29 mm

8 Koncovky pro zkumavky

Filament 3D tisku PLA

8 víček od jednorázových pivních sudů

2 x listy A3, 3 mm březová překližka v laserové kvalitě

Měnič napětí 230v-12v (protože ve Velké Británii je síťové napájení 230v)

12 regulátorů výkonu CRT 5v

Pojistky a držáky 3 x 30 A

Elektrický kabel

Krabice se 2, 3 a 5 pákovými drátovými konektory

50 ferulí

Router kabelového modemu

ethernetový kabel

27 karet SD (16 GB)

5mm jednostěnná vlnitá karta

2m Samolepicí suchý zip®

4 x baterie USB

Použili jsme tyto nástroje:

Počítač Apple® (software kamerového serveru byl napsán pro operační systém Apple®, ale může fungovat i na Linuxu)

Počítač PC, protože Autodesk Remake ™ přestal uprostřed tohoto projektu poskytovat podporu uživatelům Mac

Internet (kabelový i bezdrátový)

Bezplatná verze aplikace Autodesk Remake ™

3D tiskárna

Laserová řezačka

Lisovací dutinka

Řezačka kabelů

Kotoučová pila a pásová pila

Brusný stroj

Krok 1: Kódování Raspberry Pis

Tento krok vyžaduje určité znalosti kódování pomocí Raspberry Pi.

Nainstalujte si Lite verzi operačního systému Raspbian na každý Raspberry Pi a povolte kameru a SSH.

Software nodejs je předinstalován na Raspbian, ale může být zastaralá verze.

Následující příkazy jej upgradují. Poznámka: hypertextový odkaz ve druhém řádku kódu byl automaticky zkrácen pomocí Instructables®. Úplný odkaz na zkopírování kódu najdete kliknutím na něj.

Upgradování na uzel 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 # Uklidit cd ~ rm node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz.gz rm -r node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz # Aktualizujte NPM sudo npm install -g npm

Po instalaci nodejs nahrajte soubory pro klientský software:

cd ~ git klon

Poté nainstalujte software pomocí následujících příkazů:

cd 3d kamera

npm instalace

Otestujte software spuštěním pomocí následujícího příkazu:

uzel app.js

Udržování softwaru v provozu

Spuštění softwaru a jeho udržování v provozu je úkolem „supervizora“. Tento program zajišťuje, že software fotoaparátu vždy běží a byl nainstalován pomocí následujícího příkazu:

sudo apt-get install git supervisor

Supervizor byl poté nastaven pomocí aplikace 3D skeneru zkopírováním dodaného konfiguračního souboru do konečného umístění pomocí následujícího příkazu:

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

Chcete -li říct nadřízenému, aby identifikoval nový konfigurační soubor a spustil:

znovu přečtěte sudo supervisorctl

sudo supervisorctl aktualizace sudo service supervisor restart

Poté, kdykoli se systém spustí, „supervizor“spustí aplikaci fotoaparátu, která se automaticky připojí k serverovému softwaru.

Volitelně navíc

Software lze aktualizovat pomocí příkazu aktualizace zabudovaného do webového uživatelského rozhraní, alternativou je vynutit aktualizaci při každém spuštění Raspberry Pi. Chcete -li to provést, nahraďte výchozí spouštěcí skript skriptem, který provede aktualizaci:

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

Krok 2: Nastavení kamerového serveru

Serverový software skeneru je uzlová aplikace, která vyžaduje nodejs, klienti také spouští uzel a připojují se k serveru pomocí websocketů.

Založit

Zkontrolujte, zda je uzel spuštěn otevřením okna Terminál a zadáním:

uzel -v

Pokud uzel není nainstalován, lze jej stáhnout z NodeJS.

Stáhněte si soubory

Toto úložiště je třeba stáhnout do složky v počítači. To lze provést pomocí následujícího příkazu:

klon git

Nainstalujte závislosti

Ty musí být v nové složce obsahující stažený kód:

cd 3dCameraServer

npm instalace

Nakonec spusťte kód

Serverovou aplikaci je třeba spustit pomocí níže uvedeného příkazu, tím se spustí server websocket na portu 3000 a webový server na portu 8080.

uzel server.js

Pokud bylo vše úspěšné, zobrazí se zpráva „Aplikace 3D kamery poslouchá na portu 8080 a 3000“. Chcete -li aplikaci používat, otevřete prohlížeč a použijte následující adresu URL https:// localhost: 8080/

Pomocí systému

Server používá pevnou IP adresu, díky které kamery vědí, kam mají fotografie odeslat.

Klientský software očekává připojení k serveru na adrese IP 192.168.10.100. Používáme dedikovaný router s pevným přidělováním IP adresy, ale pro použití skeneru bez něj by bylo nutné tuto IP adresu nastavit ručně. Chcete -li věci zjednodušit, nastavte MAC adresu počítače na routeru, aby mu byla automaticky přiřazena zadaná IP adresa.

Router je typ kabelového modemu (nikoli router ADSL). To udržuje kamery obsažené, ale také jim umožňuje připojení k internetu a načítání aktualizací softwaru. Rozsah DHCP routeru je třeba změnit z výchozího nastavení, aby přiřazoval adresy IP v rozsahu 192.168.10.1 - 192.168.10.255.

Jakmile se klienti připojí online, zprávy o připojení se zobrazí v okně terminálu a v okně prohlížeče.

Když se klienti připojí, lze jim přikázat pořídit fotografii pomocí tlačítka „Vyfotit“v záhlaví, které spustí proces pořízení fotografie a do 30 sekund by měli všechny snímky odeslat zpět do počítače. Ty se zobrazí v prohlížeči a uloží se do složky v instalačním adresáři, která se nachází vyhledáním složky 3dCameraServer.

Kód získaný z GitHubu obsahuje předem vytvořený obrázek, který se pokusí připojit k wifi síti s názvem 3DScanner. Heslo k tomu je: poppykalayana.

Krok 3: Laserové řezání a 3D tisk

Laserové řezání pouzder Raspberry Pi

Stáhli jsme níže uvedené soubory a vystřihli:

27 případů Pi pomocí 5mm jednostěnné vlnité lepenky. Nepoužíváme dvoustěnnou lepenku, protože je pravděpodobnější, že se pod laserem vznítí.

Konektory trubek pro 3D tisk

3D soubory jsme vytiskli níže: 8 x Cross Joint4 x T Junction

a v případě potřeby odstraňte podpůrný materiál pomocí kleští a smirkového papíru.

Předběžné plánování rozšíření střechy

Tyto informace platí pro nejzákladnější verzi skeneru, která fungovala. Vyrábí model, který je vhodný pro výrobu figuríny švadleny nebo pro 3D tisk hlavy (software Autodesk Remake ™ vyplňuje temeno hlavy tam, kde je mezera). Další kamery v dalších vrstvách nebo nad hlavou na střešních tyčích by umožnily skenování celého těla, takže aby bylo možné skener snadno upgradovat, horní vrstva vzpřímených pólů má křížové klouby a krátké prodlužovací tyče s koncovkami. K ostatním spojům jsou ke stažení 3D konektory k připevnění střešních tyčí. Chuck Sommerville vytvořil šesticípou hvězdu, jejíž velikost lze změnit tak, aby se používala ke spojení pólů nahoře.

Krok 4: Připojení a testování Raspberry Pis

Pro tento krok musí být router zapnutý a připojený k internetu.

Připojení počítače k serveru

Připojte počítač k wifi s názvem 3DCamera Open Terminal Na výzvu zadejte 3Dcamera a stiskněte klávesu Enter. Na další výzvě zadejte 3Dcamera-start a poté stiskněte Enter Otevřete webový prohlížeč a do adresního řádku zadejte https:// localhost: 8080/.

Testování Raspberry Pis

Pomocí kabelu kamery připojte kameru k Raspberry Pi. Připojte Raspberry Pi ke zdroji napájení 5 V (např. K počítači) pomocí mikro USB kabelu Po několika minutách by se Raspberry Pi mělo připojit k systému a objevit se na palubní desce s automaticky přiřazeným jménem postavy Marvel. Kliknutím na 'Take Photo' otestujte, zda Raspberry Pi funguje. Sloupec Stav na řídicím panelu by měl indikovat, kdy pořizuje a odesílá fotografii, a poté by se fotografie měla objevit v horní části řídicího panelu. Pokud to nefunguje, zkontrolujte, zda je kamera správně připojena a na Pi svítí zelené světlo, a zkuste to znovu.

Fotografie se automaticky ukládají do složky s názvem Obrázky, která se nachází ve složce 3dCameraServer, která byla nastavena v předchozím kroku.

Sestavení pouzder Raspberry Pi

Slepili jsme 5 vrstev lepenkového pouzdra Pi k sobě, vložili jsme Raspberry Pi s vrstvou 2, složili jsme kameru na místo ve vrstvě 3, která drží na místě s vrstvou 4, a protlačili čočku skrz vrstvu 5. To se opakovalo pro všechny kamery.

Označování Raspberry Pis

Z řídicího panelu jsme nahradili název znaku Marvel přiřazený každému Pi zadáním čísla do textového pole a následným stisknutím klávesy Enter.

Je užitečné napsat číslo případu každého Pi pro řešení potíží.

Tento postup opakujte pro každé Raspberry Pi a každému přiřaďte jiné číslo

Krok 5: Připravte si konstrukci a elektrický obvod

Příprava

Kartonové trubky byly nařezány a připraveny na následující délky:

Trubky 6 x 80 cm pro základnu sloupků s otvorem 1,2 cm 2 cm od jednoho konce

Trubky 6 x 40 cm uprostřed sloupků

Trubky 6 x 10 cm pro horní část sloupků, s víčky na jednom konci

Trubky 10 x 125 cm pro vodorovné tyče s otvorem 0,5 cm uprostřed

2 x 125 cm trubice pro volně stojící stojky se suchým zipem, kam pojedou Raspberry Pis a baterie

Elektrické vedení

Varování: Nepokoušejte se o elektrickou energii, pokud k tomu nemáte kvalifikaci. Neposkytujeme všechny podrobnosti o zapojení, protože jsou zamýšleny jako příklad toho, jak jsme to udělali, nikoli jako pokyny, které je třeba dodržovat. Chyby by mohly spálit malinovou pí, způsobit požár nebo někoho zasáhnout elektrickým proudem!

Tip: Zjistili jsme, že kamery nejdále v řadě nefungovaly, když jsme je spojili dohromady, a tak jsme připojili 3 pojistky ke 3 samostatným obvodům z napájecího zdroje 12V, přičemž z každého vycházejí 4 x 5V regulátory. Každý z nich může napájet až 3 malinové pi nuly. To znamenalo, že na každém pólu vedly 2 elektrické kabely s kapacitou pro připojení 6 vodičů pro kamery. Potřebovali jsme pouze 4 na hlavu a ramena, ale je užitečné mít další kapacitu pro přidání dalších kamer pro jiné účely.

Uřízli jsme velký USB z konce 22 USB kabelů a 6 z nich jsme zkrátili na přibližně 30 cm. Potom jsme ignorovali jakékoli datové vodiče a na konec napájecích a uzemňovacích vodičů jsme připojili dutinky.

Vezmeme -li krátké vodiče, zasuneme jeden pár dutinek do každého z 12 x 3D tištěných konektorů, dokud drát nevyjde spodním koncem.

Stejnou technikou jsme použili delší vodiče a jeden pár dutinek protlačíme otvorem ve středu každé vodorovné tyče, dokud se neobjeví na konci trubice.

Výroba a zapojení základen

Vyřízli jsme 16 prstenů, aby se vešly do otvoru uprostřed víček 8 jednorázových pivních sudů, přičemž uprostřed každého z nich byl otvor 3,2 cm. Hospody v naší oblasti tyto sudy rádi rozdávají a kulatá část se hodí pro projekty. Víčka se obvykle vyhazují, ale vytvářejí velmi stabilní stojany.

Uprostřed víčka soudku od piva jsme za horka nalepili prsten na horní a spodní část šroubovací části, opakujeme s druhým víčkem. Poté jsme do každého postavili 125 cm tyč a připevnili kameru v blízkosti horní části každého pólu pomocí suchého zipu®

a dalších 40 cm pod ním. Ke každé kameře jsme připojili bateriový balíček USB a připevnili jsme baterii k pólu pomocí suchého zipu, kam dosáhne kabel.

Základní příspěvky

U dalších 6 víček jsme pro každé vzali 2 kroužky z překližky a za horka je nalepili na místo, nad a pod všechny součásti. V mezeře mezi prstenci každého z nich byly 2 x 5V regulátory, kabely a jejich konektory, ke kterým jsme připevnili 2 x 80 cm kabelu, a oba kabely protáhli otvorem 1,2 cm a trubkou nahoru. Všechny součásti těsně přiléhaly k základnímu sloupu, který jsme postavili uprostřed.

Pravděpodobně by vypadaly lépe namalované!

Krok 6: Sestavte strukturu a elektrický obvod

Uspořádali jsme 5 vodorovných trubek na podlahu, abychom vyznačili 5 stran šestiúhelníku, a postavili jsme základní sloupek na každé křižovatce.

Poté jsme vytvořili rámeček pro kamery připevněním lepenkových trubek k 3D tištěným konektorům, provléknutím vyčnívajících drátů s připojenými koncovkami přes póly směrem k základním sloupkům a připevněním konektorů pákového kabelu v horní části každého základního sloupku před zajištěním části rámu na místě.

Dále jsme připojili kamery k mikro USB v polovině každé vodorovné lišty. Kartonové pouzdro Pi bylo navrženo tak, že USB je částečně skryto uvnitř a druhou část USB lze lehce zasunout do lepenkové trubice, takže kamera sedí v jedné rovině na horní části sloupu. USB jej drží na svém místě.

Kamery jsme připojili k USB kabelům v rohových spojích pomocí samolepicího suchého zipu, aby kamery držely na svém místě.

Poté jsme položili volně stojící vzpřímené póly kamery v stejné vzdálenosti od sebe přes otvor.

Nakonec jsme kamery upravili tak, aby všechny směřovaly do středu.

K dispozici je jedna náhradní kamera pro případ, že by nějaká přestala fungovat.

Krok 7: Fotografujte

Chcete -li použít skener, postavte se nebo si sedněte do rámečku, přímo uprostřed.

Požádejte někoho, aby na palubní desce stiskl tlačítko „Vyfotit“. Všechny fotografie by měly být pořízeny ve stejný okamžik, ale vzhledem k tomu, že je signál odesílán přes Wi -Fi, příležitostně dojde k mírnému zpoždění jedné nebo více fotografií. Zůstaňte tedy několik sekund v klidu, dokud nebudou odeslány všechny fotografie.

Fotografie budou uloženy do složky obrázků ve složce 3DCameraServer

Tipy na pořizování dobrých fotografií najdete v tomto videu

Krok 8: Zpracujte fotografie do 3D modelu

Následující pokyny platí pro Autodesk Remake ™ (verze 17.25.31). Je to freemium produkt, ale shledal jsem, že volný režim je dostačující. Zde je seznam dalšího softwaru pro spojování fotografií.

Nastavení

Vytvořte si účet Autodesk®

Nainstalujte si Autodesk Remake ™ na počítač PC

Proměna fotografií ve 3D model

Přeneste fotografie z počítače Mac do počítače pomocí USB klíče nebo nahrajte fotografie do cloudového úložiště Autodesk®, zvaného A360 Drive, pomocí přihlašovacích údajů k účtu Autodesk®.

Otevřete aplikaci Autodesk Remake ™

Klikněte na tlačítko fotoaparátu v části Vytvořit 3D

Na zobrazené vyskakovací obrazovce klikněte na Online (pokud nemáte výkonný počítač, který splňuje minimální specifikace pro zpracování offline).

Na další vyskakovací obrazovce vyberte Vybrat fotografie z: Místní disk, pokud jste přenesli fotografie do počítače přes USB nebo klikněte na Disk A360, pokud jste fotografie nahráli.

Vyberte fotografie a poté klikněte na Otevřít

Když se na obrazovce objeví všechny fotografie, klikněte na Vytvořit model

V nabídce Možnosti, která se zobrazí, zadejte název do textového pole. Zvolte kvalitu: standardní, automatické ořezávání: vypnuto a inteligentní textura: vypnuto (nebo si pohrajte s tímto nastavením)

zpracovává se

Obrazovka se vrátí na hlavní panel Remake ™ a pod My Cloud Drive bude pole s průběhem vašeho modelu. Podle našich zkušeností trvá zpracování asi 10 minut, ale může se zdát, že přestalo reagovat, protože procento přestane růst, a po chvíli se číslo najednou zvýší. Po dokončení zpracování obdržíte e -mail od společnosti Autodesk®.

Když se v poli zobrazí zpráva Připraveno ke stažení, najeďte myší na pole a zobrazí se modrá šipka pro stažení. Klikněte na modrou šipku a vyberte, kam chcete model uložit.

Model se poté stáhne a zobrazí se v části Tento počítač na hlavním panelu Remake®. Kliknutím na něj jej otevřete.

Následné zpracování

Pomocí navigačních nástrojů ve spodní části obrazovky najděte model svého těla.

Pomocí nástrojů pro výběr vymažte nechtěné části modelu výběrem dílů a stisknutím Odstranit.

Jak odstraníte součásti, modrý kruh na základně modelu se zmenší. Pokud je kruh větší než obvod obklopující model, bude to znamenat, že stále existují části, které je třeba odstranit.

Pokud je model vzhůru nohama, přejděte na kartu Nastavení modelu na levé straně obrazovky a postupujte podle nastavení v části Nastavit vzpřímenou scénu.

Chcete -li pro model vytvořit rovný povrch, přejděte na položku Upravit - Slice & Fill

Chcete -li zkontrolovat díry a opravit je, přejděte na kartu Analyzovat a klikněte na Detekovat a opravit problémy modelu

Ukládání

Chcete -li model uložit, přejděte na Export - Exportovat model.

Chcete -li vytvořit video z vašeho rotujícího modelu, přejděte na Export - Export videa.