Pemindai 3D – Apa itu?

Dalam posting ini saya memperkenalkan Anda pada pemindaian 3D. Apa yang oleh sebagian orang dilihat sebagai sarana untuk mencapai tujuan dalam produksi figur-figur yang berwarna-warni, pada dirinya sendiri merupakan disiplin ilmu tersendiri – yang sangat indah – di alam semesta kita. Pertama, saya akan memberikan gambaran umum tentang berbagai pemindai 3D yang berbeda. Setelah itu, Anda akan belajar tentang berbagai metode pemindaian 3D yang berbeda, dan mudah-mudahan Anda akan tahu lebih banyak pada akhir artikel daripada yang Anda ketahui sekarang.

Apa itu pemindaian 3D?

Dalam persiapan konvensional untuk pencetakan 3D, objek yang akan dicetak harus terlebih dulu dibuat secara digital sebagai model CAD. Selain perangkat lunak yang diperlukan, hal ini juga memerlukan pengetahuan rinci mengenai prosedur desain dasar dan, tentu saja, waktu yang sesuai. Pemindaian 3D menggantikan proses CAD dengan pemindaian non-kontak dari objek yang akan dicetak dengan menggunakan sinar laser dan pemindai cahaya. Kemampuan untuk mengukur objek apa pun tanpa kontak, membuat pemindaian 3D cocok untuk mendigitalkan objek seni yang halus, prototipe, dan bahkan manusia!

3D Systems 350470 Sense2 3D-Scanner
  • portabler 3D-Handscanner für Intel iCore5 Prozessoren (oder höher) USB 3.0
  • Auflösung x/y 0.9mm - Tiefenauflösung 1mm - Scan Volume min. 0.2 m x 0.2 m x 0.2 m Scan...

* Stand: 2022-12-03 / Bilder: Amazon API

Apa saja metode pemindaian 3D yang berbeda?

Kedengarannya hampir terlalu sederhana untuk menjadi kenyataan: alih-alih melalui proses pembelajaran yang membosankan dan panjang tentang perangkat lunak grafis 3D, cukup ambil kamera digital standar, ambil beberapa foto dan kemudian minta perangkat lunak membuat gambar tiga dimensi yang lengkap dari objek yang difoto – yang cocok untuk pencetakan 3D pada printer 3D standar apa pun. Apa yang pada awalnya terbaca seperti fiksi ilmiah, sebenarnya berhasil. Dan cukup baik juga! Sebagai alternatif kamera digital, laser garis dari toko perangkat keras juga cocok – atau kamera Kinect dari Microsoft, yang merupakan bagian dari periferal X-Box.
Metode umum saat ini dalam bidang pemindaian 3D mencakup fotogrametri (juga disebut fotometrik), penampang cahaya (triangulasi), bekerja dengan cahaya berkode dan penggunaan Kinect sebagai bagian dari metode cahaya terstruktur.

Bagaimana cara kerja fotogrametri?

Pada prinsipnya, Anda memerlukan dua hal untuk prosedur fotogrametri: kamera digital dan koneksi internet. Dengan kamera, Anda melingkari objek yang akan dicetak nanti dan mengambil foto dari semua perspektif. Foto yang dihasilkan kemudian diunggah ke layanan web khusus seperti my3Dscanner.com atau 123D Catch oleh Autodesk. Setelah diunggah, layanan mulai menganalisis gambar dan membuat gambar tiga dimensi objek. Agar proses ini berhasil, foto-foto harus mengandung titik-titik yang khas – misalnya, garis-garis tajam atau pola terang-gelap yang diulang di semua foto. Ini adalah satu-satunya cara perangkat lunak penyedia layanan dapat mengenali di mana tepatnya objek yang difoto berada di dalam ruangan. Selama pembuatan objek tiga dimensi, perangkat lunak pertama-tama menghasilkan “point cloud” dari data dalam file gambar, kemudian menyempurnakan cloud ini dan akhirnya menghasilkan jaringan permukaan digital di antara titik-titik. Setelah penghitungan objek 3D selesai – yang bisa memakan waktu hingga satu hari – pengguna menerima file yang sudah selesai dengan mudah melalui email.

Bagaimana cara kerja metode bagian cahaya?

Kamera digital juga diperlukan untuk proses penampang cahaya. Namun demikian, dukungan yang nyaman yang disediakan oleh layanan web dihilangkan di sini; sebagai gantinya, diperlukan perangkat keras tambahan. Perangkat keras ini bisa ditemukan di toko DIY mana pun dalam bentuk laser garis. Laser garis digunakan untuk menandai objek yang akan didigitalkan, irisan demi irisan, sehingga kemudian dapat direkam dengan kamera yang ditempatkan di samping. Dengan cara ini, sudut antara laser, objek dan kamera menjadi terlihat – yang, dalam kombinasi dengan distorsi rekaman gambar, memungkinkan triangulasi kedalaman untuk setiap titik pada garis laser.
Untuk menghasilkan gambar objek yang lengkap, garis laser harus diputar sekali sepenuhnya di atas objek – dan dari semua sisi. Gambar individual yang dihasilkan kemudian “hanya” harus disatukan dengan menggunakan perangkat lunak yang sesuai. Kami sengaja menaruh “hanya” dalam tanda kurung, karena bagian ini sebenarnya merupakan tugas yang paling sulit. Titik-titik yang tumpang-tindih pada masing-masing gambar harus ditemukan secara manual dan kemudian dikomunikasikan ke program. Hasil yang memuaskan hanya bisa dicapai dengan latihan yang cukup!

Bagaimana cara kerja cahaya berkode?

Bekerja dengan cahaya berkode juga merupakan salah satu metode penampang cahaya, tetapi dalam bentuk yang dioptimalkan. Alih-alih laser garis, Anda memerlukan beamer selain kamera digital – yang tentu saja menaikkan harga peralatan. Apabila bekerja dengan cahaya berkode, setiap titik pada permukaan objek sesuai dengan koordinat. Proyektor sekarang menerpakan pola terang-gelap yang berbeda dalam garis-garis pada objek, sementara kamera secara serentak mencatat, apakah titik yang sedang diamati berada dalam keadaan terang atau gelap. Kode biner digunakan untuk pemrosesan: Cahaya sesuai dengan angka 1, Gelap dengan angka 0. Untuk urutan temporal pola, nomor setiap strip proyektor dikodekan dalam Kode Abu-abu, di mana angka tersebut sesuai dengan koordinat dalam proyektor. Setelah koordinat gambar dan beamer dihasilkan, kedalaman setiap titik pada objek dapat dihitung. Untuk menciptakan gambar objek tiga dimensi yang lengkap, objek harus dipindai dari beberapa sisi, seperti halnya dengan metode lainnya, dan hasil pemindaian kemudian harus digabungkan dengan menggunakan perangkat lunak.

Bagaimana cara kerja pemindaian 3D dengan Structured Light dan Kinect?

Kamera Kinect dari Microsoft pada awalnya dikembangkan untuk kontrol gerak Xbox 360. Namun demikian, struktur teknis dasar Kinect juga membuat perangkat ini menarik untuk aplikasi di luar game komputer – termasuk pemindaian 3D. Kinect bekerja dengan laser inframerah yang “menggambar” titik-titik kecil, terang dan gelap (bintik-bintik) di dalam ruangan. Beberapa titik selalu digabungkan untuk membentuk suatu pola. Dengan membandingkan pola referensi yang tersimpan dengan pola yang direkam, Kinect kemudian menghitung gambar kedalaman. Karena Kinect dapat menangkap kedalaman spasial lengkap dari semua titik dalam gambar dengan satu bidikan, prosesnya sangat cepat.

Xbox 360 Kinect Sensor
  • Anschlusstechnik:Verkabelt
  • Produkttyp:Bewegungssensor

* Stand: 2022-12-03 / Bilder: Amazon API

Struktur pemindaian

Masing-masing dari keempat metode yang disebutkan di atas memerlukan pengaturan kamera dan periferal yang khas. Kami akan menyajikan struktur dasar kepada Anda secara singkat.

Penyiapan pemindaian untuk fotogrametri

Kamera di tangan dan mulailah – dengan fotogrametri, penyiapan menyeluruh tidak diperlukan. Yang lebih penting di sini adalah cara pemotretan suatu objek. Hasil terbaik dicapai apabila objek dilingkari ke samping dan terus menerus difoto. Sebuah sirkumnavigasi harus menghasilkan 30 gambar atau lebih. Jika memungkinkan, objek harus difoto satu kali dari samping, satu kali dengan sedikit pandangan ke atas kepala, dan satu kali dari sudut pandang katak. Juga dimungkinkan untuk merekam objek sebagai video dan kemudian mengekspornya sebagai serangkaian gambar.

Struktur pemindaian untuk metode bagian cahaya

Pengaturan pemindaian untuk metode penampang cahaya bisa jauh lebih kompleks. Untuk panning laser di atas permukaan, panduan manual laser dan penggunaan alat bantu kalibrasi yang dicetak sendiri secara gratis sudah cukup – tetapi jika Anda ingin menangani prosesnya secara lebih profesional dan menginginkan hasil berkualitas tinggi yang sesuai, Anda memerlukan kamera dengan minimal 2 megapiksel, pelat dasar dan permukaan kalibrasi selain laser garis. Pemindaian menjadi lebih profesional dan, yang terutama, lebih cepat apabila proses slewing diotomatisasi dengan menggunakan motor dan elektronik kontrol.

Pengaturan pemindaian ketika bekerja dengan cahaya berkode

Dalam metode cahaya berkode, proyektor garis (beamer) dan kamera dipasang pada jarak yang sudah ditentukan sebelumnya, basis triangulasi, dari objek yang akan direkam. Jarak ini harus tetap stabil, bahkan jika objek difoto dari beberapa sisi.

Pengaturan pemindaian untuk pemindaian 3D dengan Kinect

Karena Kinect langsung menangkap seluruh kedalaman spasial objek dengan satu bidikan dari kamera inframerah, tidak ada hal khusus yang perlu diperhitungkan selama penyiapan kecuali jarak minimum antara Kinect dan objek.

Keuntungan dan kerugian dari masing-masing prosedur

Masing-masing metode yang disebutkan di sini dalam bidang pemindaian 3D memiliki kelebihannya sendiri – dan tentu saja juga kekurangannya. Oleh karena itu, kami akan membahas kedua sisi koin dalam poin-poin.

Fotogrametri – Keuntungan

  • Ramah bagi pemula
  • Relatif murah, terutama untuk percobaan pertama
  • Tidak perlu perangkat lunak CAD atau pengetahuan terkait.
  • Tidak perlu pengaturan yang rumit: yang diperlukan hanyalah kamera digital standar.
  • Berfungsi baik untuk bidikan di luar ruangan di bawah langit mendung.

Fotogrametri – Kekurangan

  • Tidak bekerja di bawah sinar matahari langsung atau cahaya latar.
  • Tidak bekerja dengan permukaan objek yang mengkilap atau reflektif.
  • Penyedia layanan memerlukan waktu hingga 24 jam untuk menyediakan data 3D.
  • Selain dari objek aktual, tidak boleh ada motif lain pada gambar, karena hal ini akan membebani algoritme perangkat lunak analisis.
  • Untuk hasil yang benar-benar bagus, diperlukan kamera berkualitas tinggi dan pengaturan pemindaian yang rumit.

Pembagian cahaya – Keuntungan

  • Bekerja tanpa layanan web
  • Uji coba awal bisa dilakukan dengan sangat murah dengan bahan dari toko DIY.
  • Perangkat lunak yang diperlukan tersedia sebagai freeware.
  • Starter kit untuk penggunaan teknologi semi-profesional juga tersedia dengan harga yang wajar.

Pembagian cahaya – Kerugian

  • Sistem harus dikalibrasi sebelum setiap pemindaian, yang meningkatkan upaya.
  • Pemindaian individual harus digabungkan secara manual dalam perangkat lunak untuk membentuk gambar yang lengkap.
  • Tidak cocok jika terlalu banyak cahaya sekitar.
  • Bekerja buruk apabila memindai objek yang sangat gelap.
  • Akurasi proses selalu bergantung pada ketebalan sinar laser.
  • Menangkap warna tidak memungkinkan.

Cahaya berkode – keuntungan

  • Penanganan yang lebih mudah daripada penampang cahaya.
  • Kecepatan pemindaian secara signifikan lebih tinggi.
  • Hasil yang sangat tepat.

Lampu berkode – Kekurangan

  • Tidak cocok untuk pemindaian 3D objek kecil.
  • Tidak cocok dalam cahaya asing.
  • Harga masuk yang sangat tinggi, bahkan untuk starter kit.

Kinect – Keuntungan

  • Sangat cepat
  • Satu gambar saja sudah cukup untuk menangkap kedalaman spasial suatu objek.
  • Dengan harga pembelian hanya sekitar 100 euro, harganya sangat terjangkau.
  • Perangkat lunak yang tersedia gratis untuk pengguna rumahan.

Kinect – Kekurangan

  • Aplikasi komersial hanya diizinkan melalui Kinect untuk Windows. Kamera ini bisa melakukan hal yang sama seperti versi Xbox, tetapi harganya jauh lebih mahal.
  • Perhitungan data 3D sangat haus memori.
  • Alergi terhadap pantulan dan detail objek transparan.
  • Tegangan listrik diperlukan untuk pengoperasian, yang menyulitkan penggunaan di luar ruangan.

Metode mana yang paling cocok untuk apa?

Fotogrametri

Cukup ambil beberapa foto di jalan dan beberapa saat kemudian pegang objek yang difoto di tangan Anda sebagai cetakan 3D: Fotogrametri memungkinkannya. Tidak diragukan lagi, bahwa proses ini adalah cara yang ramah pemula untuk mengubah segala jenis objek menjadi data yang dapat dicetak. Bagi mereka yang tidak ingin berurusan dengan detail teknis, tidak tertarik pada program CAD dan hanya ingin menerima cetakan 3D, saat ini tidak ada cara lain selain fotogrametri.

Metode bagian cahaya

Menguasai subjek secara lebih mendalam, tidak menghabiskan banyak uang untuk teknologi dasar dan pada akhirnya mencapai hasil yang bisa digunakan secara menyeluruh – metode penampang cahaya jauh lebih tidak ramah bagi pemula daripada fotogrametri, tetapi di sisi lain, Anda tidak tergantung pada penyedia layanan eksternal. Khususnya, merakit masing-masing gambar dalam perangkat lunak bisa cukup menjengkelkan; kesabaran dan banyak latihan pasti diperlukan di sini untuk mencapai hasil yang dapat digunakan.

Lampu berkode

Harga masuk yang tinggi untuk perangkat keras yang diperlukan, seharusnya tidak menjadi penghalang jika Anda ingin bekerja dengan metode lampu berkode. Di sisi lain, bentuk pemindaian 3D ini cepat, andal dan akurat. Jika Anda terutama ingin mendigitalkan objek yang lebih besar dan tidak bergantung pada permukaan model yang direproduksi dalam warna yang sesungguhnya, Anda pasti bisa mempelajari teknologinya lebih dalam. Namun demikian – dan ini adalah sesuatu yang dimiliki metode ini yang sama dengan teknologi penampang cahaya – metode ini tidak bergantung pada metode pemindaian 3D yang menjanjikan. Untuk ini, upaya yang dilakukan terlalu tinggi dibandingkan dengan fotogrametri atau Kinect.

Kinect

Dengan harga pembelian hanya 100 euro, Kinect adalah pemindai 3D yang kuat yang sangat mengesankan dengan kecepatan dan fleksibilitasnya. Komunitas open source yang aktif memastikan bahwa perangkat lunak yang sesuai untuk memproses dan menyiapkan data pindaian tersedia secara gratis dan, di atas segalanya, terus dikembangkan lebih lanjut.

Tetapi waspadalah: jika data pemindaian 3D akan digunakan secara komersial, Kinect versi Windows harus dibeli, yang jauh lebih mahal daripada versi Xbox. Afinitas dan pengalaman tertentu dalam CAD, pencetakan 3D dan pemrosesan gambar juga diperlukan untuk Kinect.

Apa yang harus dicari ketika membeli scanner 3D?

Hal yang paling penting tentang pemindai 3D, tentu saja, adalah kameranya. Semakin detail gambarnya, semakin mudah menyiapkan data dalam perangkat lunak. Kabar baiknya: bahkan kamera digital modern yang sederhana pun memiliki tujuan di sini. Jika Anda tidak ingin mengandalkan penyedia layanan eksternal untuk memproses data, tetapi ingin menangani sendiri program yang sesuai, Anda akan memerlukan perangkat keras periferal selain kamera.

Namun demikian, laser, perangkat lunak dan daya komputasi bisa sangat mahal, khususnya jika Anda memilih peralatan semi-profesional atau bahkan profesional. Cara yang bagus, terjangkau dan di atas segalanya, cara yang sangat fleksibel adalah mengandalkan Kinect dari Microsoft. Mereka yang suka bermain di konsol, mungkin sudah memiliki pemindai 3D dari Microsoft di rumah mereka. Perangkat lunak open source yang ekstensif membantu menjaga biaya tetap rendah.

Kasus khusus Pemindaian Probe Sentuh

Keempat metode yang disebutkan sejauh ini memiliki satu kesamaan: metode-metode ini bekerja tanpa kontak melalui perangkat optik. Pemindaian Probe 3D Touch mengambil pendekatan yang berbeda. Di sini, probe digunakan untuk memindai objek dan karenanya membuatnya tersedia sebagai model digital. Dasar untuk proses ini adalah mesin yang dikontrol CNC dengan sekurang-kurangnya tiga sumbu terkontrol selain probe pengukuran yang sesuai (misalnya dari perusahaan Renishaw). Objek yang akan dipindai dijepit pada meja mesin dan parameter berikut disesuaikan dalam kontrol CNC:

  • Diameter bola pengukur pada probe
  • Dua titik yang ditentukan dalam sistem koordinat mesin
  • Arah pemindaian (X atau Y)
  • Titik nol

Setelah entri disimpan dalam unit kontrol, proses pemindaian dimulai. Bola pengukur dibawa ke objek. Dengan menyesuaikan sumbu Z (sumbu vertikal), bola pengukur berulang kali digerakkan ke permukaan objek, koordinat disimpan, sumbu X atau sumbu Y kemudian disesuaikan, titik baru diukur sampai, pada akhirnya, gambar digital objek tersedia dalam bentuk koordinat. Gambar tiga dimensi yang sesuai, kemudian dibuat dari koordinat ini.
Dalam lingkungan profesional, pemindaian probe sentuh tidak mahal dan ekonomis untuk diimplementasikan – khususnya jika teknologi terkait sudah tersedia. Tetapi pengguna rumahan juga bisa merakit mesin yang sesuai melalui kit. Probe yang sesuai dengan kualitas yang memadai tersedia mulai dari sekitar 300 euro.

Kesimpulan

Mengambil beberapa foto pada hari libur dan menemukan pemandangan yang difoto sebagai model kecil di kotak surat Anda saat Anda kembali – apa yang dulu fiksi, sekarang bisa dilakukan oleh semua orang. Pemindaian 3D lebih mudah dari sebelumnya dan, dengan pemahaman teknologi dan perangkat lunak, bisa dilakukan di rumah. Di mana “sederhana” jelas harus dimasukkan ke dalam perspektif di sini, karena pemindaian 3D belum benar-benar “sederhana”, yaitu, dapat dilakukan tanpa banyak pengetahuan dan perangkat keras serta perangkat lunak yang sesuai. Masih perlu waktu satu atau dua tahun sebelum bisa digunakan dalam skala massal. Saat ini, pemindaian 3D jelas masih merupakan masalah bagi para spesialis dan penggemar. Masing-masing metode yang tersedia memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Tetapi faktanya adalah, bahwa masa depan adalah milik pemindaian 3D dan pencetakan 3D dari semua jenis objek. Lagi pula, apa yang lebih indah daripada foto suvenir dari liburan Anda? Itu benar – benda cendera mata untuk disentuh.

Informasi lebih lanjut: