Photogrammetrie - Der 3D Scanner 3 in 1

3D Scanner 3 in 1 in der Kiste

Photogrammetrie

Es fasziniert uns immer wieder, wenn aus fast 100 Fotos ein 3D Modell entsteht. Die Open Source Gemeinde entwickelt neue Produkte und Verfahren, die es uns ermöglichen, bessere Ergebnisse in der Anwendung zu realisieren. Nur so kann Bildung demokratisiert werden und Fortschritt ist dann nicht nur den Eliten vorbehalten.

Wir werden nicht müde, immer wieder neue 3D Scanner zu bauen. Ohne die Unterstützung von OpenScan, https://www.openscan.eu/pi-shield die uns kostenlos eine Open Scan Pi Steuerung zur Verfügung gestellt haben, wäre Entwicklung für uns nicht möglich.

Gemeinsame Entwicklung in einer privaten Community.

Die Hardware, die Software und das Web Interface erlauben es, dass wir die Scans mit einem Smartphone (iPhone), der Raspberry Pi Cam und mit einer Digitalen Kamera realisieren können.

Unser Scanner ist für die Ausbildung gedacht und ermöglicht das Scannen mit einer Raspberry Pi Cam v2. 1 (Low Budget Variante) , mit einem Smartphone / iPhone und einer digitalen Kamera. Die Vorrichtung kann gut transportiert werden und die verschiedenen Kameras können über Schnellwechsel Rohrschellen in Position gesetzt werden. Man benötigt nur eine Kamera, kann aber weitere hinzuschalten. Alle Grundlagen und Expertenwissen bekommt ihr bei https://www.openscan.eu/photogrammetrie In der Facebook Gruppe "Low Budget 3D Scan" wird euch geholfen. 

https://www.facebook.com/groups/142108429832711/about/ 

Aufbau vom 3D Scanner / Vorrichtung:

Unsere 3D Scan Vorrichtung "die Kiste" ist eine Varianten Konstruktion. Das Grundprinzip für die mechanischen Bauteile haben wir aus dem  3D Scanner v2 von OpenScan übernommen. https://www.thingiverse.com/thing:3050437

Die Steuerung, Elektronik und Software haben wir aus dem Open Scan Pi Projekt übernommen: https://www.openscan.eu/pi-shield

https://www.openscan.eu/pi-shield

Unser Lastenheft für einen 3D Scanner für interne Schulungen:

1. der Scanner muss Robust sein

2. Die Kameras müssen schnell in die richtige Position eingestellt werden

3. Eigene Smartphones, Tablets und Pi's sollen eingebunden werden.

4. Die Kiste ist gleich Transportmittel und Lagerstätte für weitere Adapter

5. über eine externe Lichtquelle kann die Beleuchtung optimiert werden.

Die Produkteigenschaften von Open Scan übertreffen unsere Wünsche:

a) Die Raspberry Pi Steuereinheit bietet zahlreiche Vorteile gegenüber der      Steuerung mittels Microcontroller (z.B. Arduino).

​b) Einfache Steuerung über den Browser (offline)

c) Verwendung der Raspberry Pi Camera

d) Einfache Anpassbarkeit für andere Scanneraufbauten

c) 100% kompatibel mit dem vorhandenen Scanner von Open Scan

Grundlagen der Photogrammetrie:

Ich kenne keine Webseite, die das schwierige Thema der Photogrammetrie so einfach wie möglich vermittelt. Bevor man mit dem 3D Scan anfängt, sollte man sich die Grundlagen aneignen. https://www.openscan.eu/photogrammetrie Alles ist kurz und knapp und sehr anschaulich beschrieben. 

Photogrammetrie Software:

Es gibt einige Software für die Umwandlung von Fotos in ein Modell. Für unsere Kiste nutzen wir CapturingReality https://www.capturingreality.com/ Es ist keine Freeware aber man bezahlt nur, wenn einem das gescannte Modell gefällt. Wir haben die Software genutzt, weil sie verdammt schnell rechnet und wir somit unseren Scanner austesten konnten.

https://www.capturingreality.com/

Hier findet ihr weitere Software Pakete und eine erstklassige Dokumentation: https://www.openscan.eu/doku

Scanergebnisse:

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So kurz vor Weihnachten fehlt uns die Zeit alles gut zu dokumentieren, daher ist alles erst einmal kurz zusammengefasst. Hier sind nun genügend Quellen aufgeführt, so das jeder sich in das Thema einarbeiten kann. Anfänger, die keinen eigenen 3D Drucker haben, können sich sehr preiswert einen 3D Scanner bei https://www.openscan.eu/ bestellen. Es lohnt sich.

Kinderleichter 3D Scan mit DIY Kamera Kran und "RealityCapture"

Wir lieben Technik, die einfach in der Handhabung ist,

aber anspruchsvoll in der Anwendung wird.

Die erste Ausbaustufe von unserem Kamera Kran ist fertiggestellt und wir haben die ersten zwei Objekte gescannt. Wir bedienen uns der "Photogrammetrie" und sind in der Lage mit Smartphone Fotos über eine Software 3D Modelle zu erstellen. Wie das geht haben wir bereits öfters dargestellt, daher verweisen wir auf Links guter Quellen. 

Low Budget 3D Scan

OpenScan

Das besondere ist die Einfachheit der neuen 3D Scan Vorrichtung:

Mit einem normalen Foto Stativ und dem DIY Kamera Kran kann das Smartphone in die richtigen Positionen eingestellt werden. Dann können ca. 20 Fotos von der Frontseite, 20 Fotos von schräg oben und dann 20 Fotos von schräg unten aufgenommen werden. Das Modell wird mit einem Ikea Drehteller um ca. 18 Grad nach jedem Foto gedreht.

Der eigentliche Scan erfolgt in der Software:

Wir probieren immer wieder neue Software Pakete aus, die für uns finanzierbar ist und leicht zu bedienen sind. Diesmal nutzen wir die relativ neue Software https://www.capturingreality.com/ aus. Wir sind begeistert. Diese Software ist nicht Open Source sondern man kann die Software kostenlos nutzen und bezahlt nur, wenn man sich die Datei auf seinen PC läd.

Viel Spaß beim ausprobieren.

3D Scan mit Easy Kamera Kran und Mecanum Verfahreinheit (Roboter)

Der Kamera Kran und der Mecanum Roboter

Mit Kids etwas auf die Beine zu stellen ist immer wieder eine ganz besondere Freude. Wir sind Aktiv in der Facebook Gruppe "Low Budget 3D Scan" und da dort ein Raspberry Pi Open Source 3D Scanner entwickelt wird, haben wir uns überlegt eine neue 3D Scan- Vorrichtung zu bauen.

Bitte bedenkt, die Konstruktion ist Kindgerecht gestaltet, so das jedes Kind ab 12 Jahren es zusammen mit einem Erwachsenen nachbauen kann. Jeder Profi Handwerker kann mit dem richtigen Werkzeug und einer Aluminium Leichtbau Ausführung höhere Lasten tragen (Digitale Spiegelreflex Kamera). Wir begnügen uns mit Smartphone und / oder Raspberry Pi Anwendungen und zeigen nur auf, dass es Funktioniert.

Was ist unser Ziel:

In allen Bemühungen, Konstruktionen und Varianten haben wir vor Augen, das Kinder ab 10 Jahren die Aufgaben erledigen können. Daher verwenden wir bei dieser Konstruktion Holzleisten und die Trägerelemente stammen aus unserem 3D Drucker. Metallarbeiten begrenzen wir auf ein Minimum.

1. Ausbaustufe (manuelle Bedienung)

Lastenheft / Ausbaustufen:

Mit dem Kamera Kran lassen sich physikalische und technische Prozesse sehr anschaulich erklären. Die Mathematik kommt auch nicht zu kurz. Hebelgesetz, Parallelogramme, Drehmoment und vieles mehr werden praktisch erfahren. Handwerkliches Geschick wird trainiert. Das Gefühl ein "Macher" zu sein und selber etwas zu erreichen ist unbeschreiblich. Diese Konstruktion ist preiswert (ca. 15,- € ohne Stativ und 35,- € mit Stativ) Dieses Geld sollte doch jede Schule übrig haben.

Ein Stativ ist nicht teuer und oft in einigen Familien vorhanden. Wir verwenden ein sehr preiswertes Modell von Conrad Elektronik für unter 20,- €

1. Ausbaustufe: Foto und Video

In der ersten Ausbaustufe wird der Kamera Kran für seine eigentliche Bestimmung verwendet, außergewöhnliche Videos und Bilder zu erstellen. Mit dem Kran können neue Perspektiven erreicht werden und unsere Technik präsentiert sich in einer neuen Darstellung. 

Bauzeit:       2 Stunden

Werkzeug:   Akku Bohrer, Maulschlüssel, Feile

Besonderheit: 3D Drucker, aber alle tragenden Teile können auch mit Stahlwinkel aus dem Baumarkt ausgeführt werden. Manche Baumärkte haben auch 3D Drucker, ist aber nicht billig dort etwas in Auftrag zu geben. 

Konstruktion: mit dem Online Programm TinkerCad

Drucker Software: CURA

Manchmal ist es ratsam Stift und sein Geodreieck aus der Schublade zu kramen und etwas zu zeichnen. Man weiß ja was man will, also lässt es sich grafisch sehr gut herleiten. Mit Pappe kannst du deine Anwendung simulieren. Wähle dazu einen Maßstab deinen Wahl. In der Anwendung erfährt man sehr schnell, das Mathe und Physik sehr lebhaft sein kann. Do It Yor Self (DIY).

Das Basismodell:

Wir haben uns im Internet einige DIY Modelle zum Thema "Kamera Kran" angeschaut. Die meisten Modelle basieren auf dem Parallelogramm Prinzip. Dann haben wir Bleistift und Millimeter Papier zur Hand genommen und Geometrien aufgezeichnet (Abwicklung)  und danach im Keller aus Holzleisten Das Basismodell zusammengebaut. 

Ausbaustufen:

1. Kamera Kran für Foto und Video

2. Kamera Kran mit weiteren 2 Drehachsen am Smartphone Halter (manuell)

3. Kamera Kran mit weiteren 2 Drehachsen am Smartphone Halter (Servo Antrieb)

4. Kamera Kran mit Verfahreinheit (Mecanum Roboter)

In der 1. Ausbaustufe wird die Vorrichtung manuell betätigt. In der 2. und 3. Ausbaustufe wird an der Hand Achse noch eine Schwenkvorrichtung hinzugefügt mit 2 weiteren Achsen. In der 4. Ausbaustufe wird unser Mecanum Roboter als Verfahreinheit genutzt und Vollautomatisch betrieben. 

Details: 

Die Konstruktion ist sehr simpel, da die beiden Schenkel rechts und links (grüne Halter) immer Senkrecht nach unten zeigen und beim Parallelogramm eben auch die Schenkel rechts und links gleich sind, so entsteht durch den Hebel ein Parallelogramm.

Demnach könnt ihr je nach Größe von eurem Kamera Kran einfach ein Rechteck legen und das Lochbild festlegen. Mathematiker unter euch können das auch über eine Formel lösen. 

2. und 3. Ausbaustufe (3D Scanvorrichtung)

In der 2. Ausbaustufe wird an dem Halter für das Smartphone eine Schwenkvorrichtung montiert, die über Flügelschrauben in Position gebracht werden kann. So können die Kids einen 3D Scanner manuell bedienen.

In der 3. Ausbaustufe kommen auf die Kids weitere Fertigkeiten hinzu. Sie lernen einen Servomotor anzuschließen und über einen Poti zu bewegen.

Somit kann nun schon jeder Punkt im Raum fokussiert werden. Dann übt mal schön. Wer sich für dass Thema 3D Scan über Photogrammetrie , den kann ich nur die Facebook Gruppe "Low Budget 3D Scan" nahelegen.

4. Ausbaustufe (Kamera Kran mit Verfahreinheit Mecanum Roboter)

In dieser Stufe treffen alle Maker Disziplinen aufeinander.

a) Mechanik

b) Kinematik

c) Elektrik und Elektronik

d) Programmierung

Keine Angst, es ist nicht so schwer, wie es sich anhört. Doch wer mit etwas selber macht, hat eine Vorstellung was hinter Digitalisierung zu verstehen ist.

An dem Mecanum Roboter tüfteln wir noch. Das wichtigste sind die Räder. Zuerst haben wir Servomotoren für den Antrieb ausgewählt, doch war dies in der Programmierung zu komplex für die Kids.

Nachdem wir auf DC Motoren umgestellt haben, arbeiten wir an der Haftung der Räder. In dieser Version schrumpfen wir Schläuche über die Räder.

Ein Rad hat 60zig Einzelteile. Ein Hoch auf den Fleiß unserer Kids.

Dieses Projekt ist noch in der Entwicklungsphase, weitere Infos folgen...

3D Skyline aus einem Foto erstellen - Teil 2

"wenn ein Maker zum Konstrukteur wird"

Der einzige Nachteil an kostenloser Software ist, das nicht immer alle Funktionen in einem Programm vereint sind. Manchmal muss man eben ein zweites Programm hinzuziehen. Wir haben bei TinkerCad leider noch keine Funktion entdeckt um eine Fläche (Skyline) um ein "Glas" zu wickeln (Abwicklung). Dafür nutzen wir das kostenlose Programm SketchUp.

Von allen CAD Programmen ist SketchUp leicht zu erlernen und ermöglicht den Einstieg in Computer unterstütztes konstruieren. Standardmäßig kann SketchUp noch keine *stl Dateien einlesen, also müsst ich euch die Erweiterungen kostenlos herunterladen.

nach dem Gruppieren scaliert (vergrößert) ihr die Fläche der Skyline proportional auf dem Umfang eures Glases oder sonstigem runden Körper.

danach nur noch die "bending" also die biege Funktion wählen und solange ziehen bis der gewünschte Biegeradius erreicht ist.

Manchmal kann es vorkommen, das beim importieren der veränderten Datei in Tinkercad kein sauberes Ergebnis erzielt wird. Dann nutz man ein Windows Programm 3D Builder und vereinfacht und reduziert das Modell. Das macht das Programm automatisch. Linux Anwender können Meshroom, Blender usw. nutzen.

Mit diesem Verfahren lassen sich viele kreative Ideen verwirklichen. So haben wir aus verschiedenen Vorlagen und Schnittmuster eine Krippe erstellt und das Abendland mit dem Morgenland vereint. Mit einem preiswerten Glockenglas von IKEA und einem Teelicht LED war die Weihnachtsüberraschung perfekt. Im Sinne des Friedens. :-)

Inlet für das Glockenglas

zu jeder Jahreszeit ein neues Inlet drucken...

Randbemerkung:

Jeder kann Konstruieren, sie oder er braucht nur das richtige Hilfsmittel. Der Erfolg kommt beim "Machen" und so gewinnt ein Maker Schritt für Schritt an Qualifikation. So werden Kids und die Familie fit für die Digitalisierung. Für das "Internet der Dinge" Zeitalter... 

Euer Alltags-Philosoph Michael. 

3D Skyline aus einem Foto erstellen - Teil 1

Es ist nicht schwer, aus einem normalen Foto eine 3D Druckdatei zu erstellen. Dabei verwenden wir ausschließlich kostenlose Software. Am einfachsten ist es, wenn man am Anfang mit einer Skyline beginnt. Ihr habt in eurer Foto Sammlung sicherlich ein Bild von eurer Lieblings Stadt.

1. Schritt:

öffnet euer Bild in einem Programm eurer Wahl, wir verwenden das kostenlose Programm Paint.Net man kann aber auch Gimp oder ein ähnliches Programm / App benutzen.

2. Schritt:

schneidet die Skyline aus und fügt die Skyline in eine neue 2. Ebene ein. Ebenen verhalten sich wie Folien, wenn man beim normalen Zeichnen Details hinzufügen oder weglassen möchte. Nun radiert ihr alle Elemente weg, die euch stören. Das geht am besten mit dem "Zauberstab".

3. Schritt:

nun könnt ihr die Farben umwandeln, so dass die die Skyline ganz schwarz ist. So kann die Kontur beim umwandeln der Datei von *.jpg besser in das CNC Format (*.svg) konvertiert werden.

4. Schritt:

zum umwandeln von Datei Formate nutzen wir den kostenlosen online Dienst von Online-Convert  

fügt eure Bilddatei ein...

und umgehend erhaltet ihr eure *.svg Datei.

5.Schritt:

mit einer svg Datei könnt ihr nun eure Skyline gravieren, fräsen, lasern lassen. Es gibt einige Vektor Programme wie zB. Inkscape wo ihr die Skyline noch verfeinern könnt. 

6. Schritt:

wir importieren die Datei in Tinkercad um daraus eine 3D Druckdatei zu kreieren. Das Online Programm hat eine Import / Export Funktion.

achtet auf den richtigen Maßstab beim importieren, damit die Skyline auf das "Druckerbed" passt.

nun könnt ihr nach Lust und Laune eure Skyline bearbeiten. TinkerCad ist einfach zu bedienen. Ein CAD Programm für Kids und Einsteiger. Man erlernt das Programm innerhalb von 4 Stunden.

...wir wünschen euch viel Glück und gutes Gelingen !

Übrigens, der 3D Druck wird viel abgerundeter als die Vergrößerung zeigt. In der 3D Drucker Software (Slicer) lassen sich viele Eigenschaften ändern.

Jetzt sind dir keine Grenzen der Kreativität gesetzt. Nun kannst du die alten Window Color Vorlagen aus dem Keller holen oder sonstige Schnittmuster verwenden.  

Teil 2:

Im zweiten Teil werden wir aus der Skyline ein Dekor für ein Glas erstellen.