3D-Körperscanner mit Raspberry Pi-Kameras - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Dieser 3D-Scanner ist ein Gemeinschaftsprojekt von BuildBrighton Makerspace mit dem Ziel, digitale Technologie für Community-Gruppen erschwinglich zu machen. Scanner werden in der Modebranche, zur individuellen Gestaltung von Kleidung, in der Games-Branche für Virtual Reality und in Fitnessstudios zur Gesundheitsüberwachung eingesetzt. Wenn sie auch in Makerspaces verfügbar sind, die Zugang zu Werkzeugen für die Produktion bieten, könnte es mehr Potenzial für soziale Innovationen geben.

Ich werde den Scanner verwenden, um mir beim Designen von Kleidung zu helfen. Zunächst habe ich mein Modell mit kostenloser Software geschnitten und eine Schneiderpuppe aus Pappe lasergeschnitten, die genau meiner persönlichen Körperform entspricht. Als nächstes plane ich zu sehen, wie Kleidung auf einem 3D-Modell in VR aussieht, bevor ich mich dazu entschließe, sie herzustellen.

Santander gab mir als University of Brighton Digital Award ein Stipendium von 1000 Pfund für den Bau des Scanners. Wir haben mehr als das für das Prototyping verschiedener Optionen aufgewendet, aber als Teil unseres Design-Briefings haben wir sichergestellt, dass die endgültige Version innerhalb dieses Budgets repliziert werden kann. Zu diesem Preis können andere Community-Gruppen möglicherweise Mittel aufbringen, um etwas Ähnliches zu bauen.

Bitte beachten Sie: Dieses Projekt verwendet Netzstrom und erfordert Kenntnisse in der Verkabelung. Aus Sicherheitsgründen zeigen die Abschnitte zum Bau des Scanners, was wir getan haben, mit einer Detailgenauigkeit, die eher als Referenz als zum Kopieren gedacht ist, und die Abschnitte zur Codierung und Verwendung der Scanner sind als Anleitungen geschrieben. Es ist ein laufendes Projekt, daher hoffe ich, bald vollständige Pläne für eine Batterieversion bereitstellen zu können. Schauen Sie auf meiner Website vorbei oder kontaktieren Sie mich, wenn Sie mehr wissen möchten.

Aus Umweltgründen haben wir uns für PLA für die 3D-gedruckten Verbinder und Kartonrohre für die Struktur entschieden. Karton lässt sich leicht umformen, wenn die Teile nicht perfekt passen, daher ist er ein großartiges Prototyping-Tool, und mit einer Dicke von 3 mm sind die Rohre stark und steif.

Es war wunderbar, an diesem Gemeinschaftsprojekt zu arbeiten. Vielen Dank an Arthur Guy für das Schreiben des Codes und an andere Mitglieder von BuildBrighton, die Mittwochabends kamen und halfen oder zufällig auftauchten, wenn sie gebraucht wurden.

Die Materialien für dieses Projekt waren:

27 Raspberry Pi Zero W

27 Raspberry Pi Kameramodule

27 Raspberry Pi Zero-Kamerakabel

27 USB-zu-Micro-USB-Kabel

20 Kartonröhren 125cm lang x 32mm Durchmesser mit 29mm Durchmesser Kern

8 Endkappen für die Rohre

PLA 3D-Druckfilament

8 Deckel aus Einweg-Bierfässern

2 x A3-Blätter 3 mm Birkensperrholz in Laserqualität

230V-12V Stromwandler (da die Netzspannung in Großbritannien 230V beträgt)

12 CRT 5-V-Leistungsregler

3 x 30 Ampere Flachsicherungen und Halter

Stromkabel

Eine Schachtel mit 2, 3 und 5 Hebelkabelverbindern

50 Aderendhülsen

Kabelmodem-Router

Ethernet Kabel

27 SD-Karten (16 GB)

5mm einwandige Wellpappe

2m selbstklebender Klettverschluss®

4 x USB-Akkus

Die von uns verwendeten Tools waren:

Apple®-Computer (die Kameraserver-Software wurde für das Apple®-Betriebssystem geschrieben, kann aber auch unter Linux funktionieren)

PC-Computer, weil Autodesk Remake™ mitten in diesem Projekt den Support für Mac-Benutzer eingestellt hat

Internet (kabelgebunden und kabellos)

Die kostenlose Version von Autodesk Remake™

3D Drucker

Laserschneider

Aderendhülsen-Crimpzange

Kabelschneider

Kappsäge und Bandsäge

Schleifmaschine

Schritt 1: Codierung des Raspberry Pis

Dieser Schritt erfordert einige Kenntnisse in der Codierung mit Raspberry Pi.

Installieren Sie auf jedem Raspberry Pi die Lite-Version des Raspbian-Betriebssystems und aktivieren Sie die Kamera und SSH.

Die Software nodejs ist auf Raspbian vorinstalliert, kann aber eine veraltete Version sein.

Die folgenden Befehle aktualisieren es. Hinweis: Der Hyperlink in der zweiten Codezeile wurde von Instructables® automatisch gekürzt. Den vollständigen Link zum Kopieren des Codes finden Sie, indem Sie darauf klicken.

Upgrade auf Knoten 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 # Aufräumen der CD ~ rm node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz.gz rm -r node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz # NPM aktualisieren sudo npm install -g npm

Laden Sie nach der Installation von nodejs die Dateien für die Client-Software hoch:

cd ~git clone

Installieren Sie dann die Software mit den folgenden Befehlen:

cd 3dKamera

npm installieren

Testen Sie die Software, indem Sie sie mit dem folgenden Befehl ausführen:

Knoten app.js

Die Software am Laufen halten

Die Software zu starten und am Laufen zu halten, ist die Aufgabe des 'Supervisors'. Dieses Programm stellt sicher, dass die Kamerasoftware immer läuft und wurde mit dem folgenden Befehl installiert:

sudo apt-get install git Supervisor

Supervisor wurde dann mit der 3D-Scanner-Anwendung eingerichtet, indem die mitgelieferte Konfigurationsdatei mit dem folgenden Befehl an den endgültigen Speicherort kopiert wurde:

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

So weisen Sie den Supervisor an, die neue Konfigurationsdatei zu identifizieren und mit der Ausführung zu beginnen:

sudo Supervisorctl reread

Sudo Supervisorctl Update Sudo Service Supervisor Neustart

Danach startet „Supervisor“bei jedem Systemstart die Kameraanwendung, die sich automatisch mit der Serversoftware verbindet.

Optionales Extra

Die Software kann mit einem in die Web-Benutzeroberfläche integrierten Update-Befehl aktualisiert werden. Eine Alternative besteht darin, beim Hochfahren des Raspberry Pi ein Update zu erzwingen. Ersetzen Sie dazu das Standard-Startskript durch eines, das ein Update durchführt:

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

Schritt 2: Einrichten des Kameraservers

Die Scanner-Server-Software ist eine Node-Anwendung, die nodejs erfordert, die Clients führen auch node aus und verbinden sich über Websockets mit dem Server.

Aufstellen

Überprüfen Sie, ob der Knoten ausgeführt wird, indem Sie ein Terminalfenster öffnen und Folgendes eingeben:

Knoten -v

Wenn Node nicht installiert ist, kann er von NodeJS heruntergeladen werden.

Laden Sie die Dateien herunter

Dieses Repository muss in einen Ordner auf einem Computer heruntergeladen werden. Dies kann mit dem folgenden Befehl erfolgen:

git-Klon

Installieren Sie die Abhängigkeiten

Diese müssen sich in einem neuen Ordner befinden, der den heruntergeladenen Code enthält:

cd 3dCameraServer

npm installieren

Zum Schluss den Code ausführen

Die Serveranwendung sollte mit dem folgenden Befehl gestartet werden, dies startet einen Websocket-Server auf Port 3000 und einen Webserver auf Port 8080.

Knotenserver.js

Wenn alles erfolgreich war, erscheint die Meldung '3D-Kamera-App hört auf Port 8080 und 3000'. Um die Anwendung zu verwenden, öffnen Sie einen Browser und verwenden Sie die folgende URL

Verwenden des Systems

Der Server verwendet eine feste IP-Adresse, wodurch die Kameras wissen, wohin die Fotos gesendet werden sollen.

Die Client-Software erwartet eine Verbindung zu einem Server mit der IP-Adresse 192.168.10.100. Wir verwenden einen dedizierten Router mit fester IP-Adressvergabe, aber um den Scanner ohne zu verwenden, müsste diese IP-Adresse manuell eingestellt werden. Um die Dinge zu vereinfachen, richten Sie die Mac-Adresse des Computers auf dem Router ein, damit ihm automatisch die angegebene IP-Adresse zugewiesen wird.

Der Router ist ein Kabelmodemtyp (kein ADSL-Router). Dadurch bleiben die Kameras enthalten, können sich aber auch mit dem Internet verbinden, um Software-Updates abzurufen. Der DHCP-Bereich des Routers muss vom Standard geändert werden, damit er IP-Adressen im Bereich 192.168.10.1 - 192.168.10.255 zuweist.

Wenn die Clients online gehen, erscheinen die Verbindungsmeldungen im Terminalfenster und im Browserfenster.

Wenn die Clients eine Verbindung hergestellt haben, können sie angewiesen werden, ein Foto zu machen, indem Sie die Schaltfläche „Foto aufnehmen“in der Kopfzeile verwenden, die den Fotoaufnahmeprozess startet und innerhalb von 30 Sekunden alle Bilder an den Computer zurückgesendet haben sollten. Diese werden im Browser angezeigt und in einem Ordner im Installationsverzeichnis gespeichert, den Sie durch die Suche nach dem Ordner 3dCameraServer finden.

Der von GitHub abgerufene Code enthält ein vorgefertigtes Image, das versucht, eine Verbindung zu einem WLAN-Netzwerk mit dem Namen 3DScanner herzustellen. Das Passwort dafür lautet: poppykalayana.

Schritt 3: Laserschneiden und 3D-Druck

Laserschneiden von Raspberry Pi-Gehäusen

Wir haben die folgenden Dateien heruntergeladen und ausgeschnitten:

27 x Pi-Gehäuse aus 5 mm einwandiger Wellpappe. Wir verwenden keinen doppelwandigen Karton, da er unter dem Laser eher Feuer fängt.

3D-Druck Rohrverbinder

Wir haben die folgenden Dateien in 3D gedruckt: 8 x Cross Joint4 x T Junction

und ggf. Stützmaterial mit Zange und Schleifpapier entfernt.

Vorausplanung für einen Dachausbau

Diese Informationen gelten für die einfachste Version des Scanners, die funktioniert hat. Es erzeugt ein Modell, das sich für die Herstellung einer Schneiderpuppe oder für den 3D-Druck eines Kopfes eignet (Autodesk Remake™-Software füllt den Scheitel des Kopfes aus, wenn eine Lücke vorhanden ist). Zusätzliche Kameras in zusätzlichen Schichten oder über Kopf auf Dachträgern würden ein Ganzkörperscannen ermöglichen. Um den Scanner leicht aufzurüsten, hat die oberste Schicht der aufrechten Stangen Kreuzgelenke und kurze Verlängerungsstangen mit Endkappen. Mit den anderen Gelenken stehen 3D-Verbinder zur Befestigung von Dachstangen zum Download bereit. Chuck Sommerville hat einen 6-zackigen Stern geschaffen, dessen Größe geändert werden kann, um die Stangen oben zu verbinden.

Schritt 4: Anschließen und Testen des Raspberry Pis

Für diesen Schritt muss der Router eingeschaltet und mit dem Internet verbunden sein.

Verbinden des Computers mit dem Server

Verbinden Sie den Computer mit dem WLAN namens 3DCamera Open Terminal Geben Sie an der Eingabeaufforderung 3Dcamera ein und drücken Sie dann die Eingabetaste. Geben Sie an der nächsten Eingabeaufforderung 3Dcamera-start ein und drücken Sie dann die Eingabetaste. Öffnen Sie einen Webbrowser und geben Sie https://localhost:8080/ in die Adressleiste ein, um das Dashboard zu öffnen

Testen des Raspberry Pis

Verbinden Sie die Kamera mit dem Kamerakabel mit dem Raspberry Pi. Verbinden Sie einen Raspberry Pi über ein Micro-USB-Kabel mit einer 5V-Stromquelle (z. B. dem Computer). Nach einigen Minuten sollte sich der Raspberry Pi mit dem System verbinden und auf dem Dashboard mit einem automatisch zugewiesenen Marvel-Charakternamen erscheinen Testen Sie, ob der Raspberry Pi funktioniert. Die Statusspalte im Dashboard sollte anzeigen, wann ein Foto aufgenommen und gesendet wird, und dann sollte das Foto oben im Dashboard angezeigt werden. Wenn es nicht funktioniert, überprüfen Sie, ob die Kamera richtig angeschlossen ist und das grüne Licht am Pi leuchtet, und versuchen Sie es erneut.

Die Fotos werden automatisch in einem Ordner namens „Images“gespeichert, der sich im Ordner 3dCameraServer befindet, der in einem vorherigen Schritt eingerichtet wurde.

Zusammenbau der Raspberry Pi-Gehäuse

Wir haben die 5 Lagen Papp-Pi-Gehäuse zusammengeklebt, den Raspberry Pi mit Lage 2 eingesetzt, die Kamera auf Lage 3 gefaltet, die mit Lage 4 gehalten wird, und das Objektiv auf Lage 5 durchgeschoben. Dies wurde für wiederholt alle Kameras.

Beschriften des Raspberry Pis

Über das Dashboard haben wir den jedem Pi zugewiesenen Marvel-Charakternamen ersetzt, indem wir eine Zahl in das Textfeld eingegeben und dann die Eingabetaste gedrückt haben.

Es ist nützlich, die Nummer zur Fehlersuche auf das Gehäuse jedes Pi zu schreiben.

Wiederholen Sie diesen Vorgang für jeden Raspberry Pi und weisen Sie jedem eine andere Nummer zu

Schritt 5: Bereiten Sie die Struktur und den Stromkreis vor

Vorbereitung

Die Papprohre wurden geschnitten und auf folgende Längen vorbereitet:

6 x 80cm Rohre für die Basis der Pfosten mit 1,2cm Loch 2cm nach oben von einem Ende

6 x 40cm Rohre für die Mitte der Pfosten

6 x 10 cm Rohre für die Oberseite der Pfosten, mit Kappen an einem Ende

10 x 125cm Rohre für Reckstangen mit 0,5cm Loch in der Mitte

2 x 125 cm Rohre für freistehende Ständer mit Klettverschluss, wo Raspberry Pis und Batterien Platz finden

Verdrahtung

Warnung: Bitte versuchen Sie nicht, die Elektrik zu verwenden, es sei denn, Sie sind dafür qualifiziert. Wir liefern nicht alle Details zur Verkabelung, da sie als Beispiel dafür gedacht sind, wie wir dies gemacht haben, und nicht als Anleitung. Fehler können den Himbeer-Pi verbrennen, einen Brand verursachen oder jemanden töten!

Tipp: Wir haben festgestellt, dass die Kameras am weitesten unten in der Reihe nicht funktionierten, als wir sie miteinander verketteten, also schlossen wir 3 Sicherungen an 3 separate Stromkreise von der 12-V-Stromversorgung mit jeweils 4 x 5-V-Reglern an. Jeder von diesen kann bis zu 3 Himbeer-Pi-Nullen mit Strom versorgen. Das bedeutete, dass wir an jedem Mast 2 elektrische Kabel mit der Kapazität hatten, 6 Kabel für Kameras anzubringen. Wir brauchten nur 4 für Kopf und Schultern, aber es ist nützlich, zusätzliche Kapazitäten zu haben, um weitere Kameras für andere Zwecke hinzuzufügen.

Wir schneiden das große USB-Ende von 22 USB-Kabeln ab und schneiden 6 davon auf ca. 30 cm kürzer. Dann ignorierten wir alle Datenkabel und befestigten Aderendhülsen am Ende der Strom- und Erdungskabel.

Wir nahmen die kurzen Leitungen und schoben ein Paar Aderendhülsen in jeden der 12 x 3D-gedruckten Steckverbinder, bis der Draht am unteren Ende herauskam.

Wir haben die gleiche Technik mit den längeren Kabeln verwendet, indem wir ein Paar Aderendhülsen durch das Loch in der Mitte jedes horizontalen Balkens geschoben haben, bis sie am Ende des Rohres erschienen.

Basen herstellen und verdrahten

Wir schneiden 16 Ringe, die in das Loch in der Mitte der Deckel von 8 Einweg-Bierfässern passen, mit jeweils einem 3,2 cm großen Loch in der Mitte. Kneipen in unserer Umgebung verschenken diese Fässer gerne und das runde Teil kommt bei Projekten zum Einsatz. Die Deckel werden meist weggeworfen, machen aber sehr stabile Ständer.

Wir haben einen Ring oben und unten auf das Schraubteil in der Mitte eines Bierfassdeckels geklebt und mit einem zweiten Deckel wiederholt. Dann stellten wir jeweils eine 125 cm lange Stange hinein und befestigten eine Kamera in der Nähe der Spitze jeder Stange mit Klettverschluss®

und weitere 40cm darunter. Wir haben an jeder Kamera einen USB-Akku angesteckt und den Akku mit Klettverschluss an der Stange befestigt, wo das Kabel hinkommt.

Basispfosten

Für die anderen 6 Deckel haben wir jeweils 2 Sperrholzringe genommen und diese über und unter allen Komponenten heiß verklebt. In der Lücke zwischen den Ringen von jedem befanden sich 2 x 5V-Regler, die Kabel und deren Anschlüsse, an denen wir 2 x 80cm Kabel befestigten und beide Kabel durch das 1,2cm Loch und das Rohr hinaufführten. Alle Komponenten passten eng um eine Basisstange, die wir in der Mitte aufstellten.

Sie würden wahrscheinlich besser gemalt aussehen!

Schritt 6: Bauen Sie die Struktur und den Stromkreis auf

Wir arrangierten 5 der horizontalen Rohre auf dem Boden, um 5 Seiten eines Sechsecks zu markieren, und stellten an jeder Kreuzung einen Basispfosten auf.

Dann erstellten wir den Rahmen für die Kameras, indem wir die Papprohre an den 3D-gedruckten Anschlüssen befestigten, die hervorstehenden Drähte mit angebrachten Aderendhülsen durch die Stangen in Richtung der Basispfosten führten und die Hebeldrahtverbinder oben an jedem Basispfosten anbrachten, bevor wir sie befestigten die Abschnitte des Rahmens an Ort und Stelle.

Als nächstes schlossen wir die Kameras auf halbem Weg entlang jeder horizontalen Leiste an die Micro-USBs an. Das Pi-Case aus Pappe wurde so konzipiert, dass der USB teilweise im Inneren versteckt ist und der andere Teil des USB leicht in das Papprohr geschoben werden kann, sodass die Kamera bündig auf der Stange sitzt. Der USB hält es in Position.

Wir haben die Kameras mit selbstklebendem Klettverschluss an die USB-Kabel in den Eckverbindungen angeschlossen, um die Kameras an Ort und Stelle zu halten.

Dann platzierten wir die freistehenden aufrechten Kamerastangen im gleichen Abstand über die Öffnung.

Zuletzt haben wir die Kameras angepasst, um sicherzustellen, dass sie alle auf die Mitte zeigen.

Es gibt eine Ersatzkamera für den Fall, dass sie nicht mehr funktioniert.

Schritt 7: Machen Sie Fotos

Um den Scanner zu verwenden, stellen oder setzen Sie sich in den Rahmen, genau in die Mitte.

Bitten Sie jemanden, auf dem Dashboard auf „Foto aufnehmen“zu drücken. Alle Fotos sollten gleichzeitig aufgenommen werden, aber da das Signal über WLAN gesendet wird, kommt es gelegentlich zu einer leichten Verzögerung bei einem oder mehreren. Bleiben Sie also einige Sekunden still, bis alle Fotos gesendet wurden.

Die Fotos werden im Ordner images im Ordner 3DCameraServer gespeichert

Tipps zum Aufnehmen guter Fotos finden Sie in diesem Video

Schritt 8: Verarbeiten Sie die Fotos in ein 3D-Modell

Die folgenden Anweisungen gelten für Autodesk Remake™ (Version 17.25.31). Es ist ein Freemium-Produkt, aber ich habe festgestellt, dass der kostenlose Modus ausreichend ist. Hier ist eine Liste weiterer Foto-Stitching-Software.

Einrichten

Erstellen Sie ein Autodesk®-Konto

Installieren Sie Autodesk Remake™ auf einem PC-Computer

Verwandeln der Fotos in ein 3D-Modell

Übertragen Sie die Fotos vom Mac-Computer auf einen PC, indem Sie einen USB-Stick verwenden oder die Fotos mit Ihren Autodesk®-Konto-Anmeldedaten in den Autodesk®-Cloud-Speicher namens A360 Drive hochladen.

Öffnen Sie Autodesk Remake™

Klicken Sie auf die Kamera-Schaltfläche unter 3D erstellen

Klicken Sie im angezeigten Popup-Fenster auf Online (es sei denn, Sie verfügen über einen leistungsstarken Computer, der die Mindestanforderungen für die Offline-Verarbeitung erfüllt).

Wählen Sie im nächsten Popup-Fenster Fotos auswählen aus: Lokales Laufwerk, wenn Sie die Fotos per USB auf den PC übertragen haben, oder klicken Sie auf A360-Laufwerk, wenn Sie die Fotos hochgeladen haben.

Wählen Sie die Fotos aus und klicken Sie dann auf Öffnen

Wenn alle Fotos auf dem Bildschirm erschienen sind, klicken Sie auf Modell erstellen

Geben Sie im angezeigten Optionsmenü einen Namen in das Textfeld ein. Wählen Sie Qualität: Standard, Auto-Crop: Aus und Smart Texture: Aus (oder spielen Sie mit diesen Einstellungen herum)

wird bearbeitet

Der Bildschirm kehrt zum Remake™-Dashboard zurück und es wird ein Feld mit dem Fortschritt Ihres Modells unter My Cloud Drive angezeigt. Nach unserer Erfahrung dauert die Verarbeitung etwa 10 Minuten, aber es kann so aussehen, als ob sie nicht mehr reagiert, weil der Prozentsatz aufhört zu steigen, dann nach einer Weile die Zahl plötzlich ansteigt. Sie erhalten eine E-Mail von Autodesk®, wenn die Verarbeitung abgeschlossen ist.

Wenn das Feld Bereit zum Herunterladen anzeigt, bewegen Sie die Maus über das Feld und ein blauer Download-Pfeil wird angezeigt. Klicken Sie auf den blauen Pfeil und wählen Sie, wo das Modell gespeichert werden soll.

Das Modell wird dann heruntergeladen und im Abschnitt „Mein Computer“des Remake®-Dashboards angezeigt. Klicken Sie darauf, um es zu öffnen.

Nachbearbeitung

Verwenden Sie die Navigationstools am unteren Bildschirmrand, um Ihr Körpermodell zu finden.

Verwenden Sie die Auswahlwerkzeuge, um die unerwünschten Teile des Modells zu löschen, indem Sie Teile auswählen und die Entf-Taste drücken.

Wenn Sie Teile löschen, wird der blaue Kreis an der Basis des Modells kleiner. Wenn der Kreis größer ist als ein Umfang, der das Modell umgibt, bedeutet dies, dass noch Teile gelöscht werden müssen.

Wenn das Modell auf dem Kopf steht, gehen Sie zur Registerkarte Modelleinstellungen auf der linken Seite des Bildschirms und folgen Sie den Einstellungen unter Set Scene Upright.

Um eine ebene Fläche für Ihr Modell zu erstellen, gehen Sie zu Bearbeiten - Slice & Fill

Um nach Löchern zu suchen und zu reparieren, gehen Sie zur Registerkarte Analysieren und klicken Sie auf Modellprobleme erkennen und beheben

Sparen

Um das Modell zu speichern, gehen Sie zu Exportieren - Modell exportieren.

Um ein Video Ihres rotierenden Modells zu erstellen, gehen Sie zu Exportieren - Video exportieren.