1. TDR: Escner 3D Alumnes: Miquel Parra, Alejandro Parra i Pol Galea Tutor/a: Josep Dalmau Centre: IES Torre del Palau Localitat: Terrassa, Barcelona Any: 2014-2015 Mitjanant un sensor Kinect 2. ndex 1. Objectius i agraments 2. Presentaci 3. Introducci Histrica 4. Conceptes i caracterstiques 5. Escner 3D utilitzant Kinect 6. Part prctica: escaneig dobjectes 7. Muntatge de suport per a lescaneig per al Kinect 8. Conclusions 9. Webgrafia 3. 1. Objectius i agraments Objectius Obtenir un model tridimensional a partir dun escaneig. Realitzar assajos amb diferents cossos. Manipular i interpretar diferents programes descaneig. Aprofundir en el funcionament i en la histria de lescner 3D. Agraments A Josep Dalmau per supervisar el nostre TDR i el prstec del sensor Kinect. A Indstries Morat pel subministrament de peces i pel programa SolidWorks. Empresa 3DSystems. Pablo Vicente Legazpi (pel programa PhotoModeler). 4. El nostre treball de recerca consisteix bsicament en la recerca dinformaci relacionada amb el mn descaneig 3D. Al llarg daquest treball tamb relacionarem les diferents utilitats dun escner. Una de les principals motivacions per a realitzar aquest treball, s degut a que lescaneig 3D s una tecnologia emergent de carcter innovador i amb diverses aplicacions tils a la vida quotidiana. 2. Presentaci 5. 3. Introducci histrica Dispositiu recent creat fa uns 50 anys Primer escner 3D va ser creat lany 1960. Llum artificial inadequada, inestables, poca nitidesa. Lany 1985, els escners van comenar a introduir suports fixes, i llum blanca. A patir de la estereolitografia i la impressi 3D apareixen els primers escners 3D moderns. 2012 inici en la investigaci descners 3D en el mn quotidi. HandyScan Innovador. Constant procs de millora. Diferents models d'escner 3D 6. Actualment Google ha presentat el seu projecte Tango. Noms hi han dos prototips, un "smartphone" i un "tablet + acord amb LG. Escner 3D adaptat a un tablet (Structures Sensor). Structures Sensor Escaneig mitjanant Tango Creaci entorns 3D mitjanant "smartphones". Plataforma sobre Android. 3. Introducci histrica 7. 4.1 Qu s? Cm funciona? Avantatges i desavantatges Aparell que captura la forma i caracterstiques dun a partir d'un software especfic. Ex: ultrasons amb el sonar. Parts del procs de escaneig: 4. Conceptes i caracterstiques 8. 4.1 Qu s? Cm funciona? Avantatges i desavantatges Reconstrucci per punts d'una figura format per triangles 4. Conceptes i caracterstiques 9. De contacte Analitza objectes a partir del contacte fsic d'una punta dacer o de safir. Sensors incorporat a linterior de lescner. Inconvenients: Deteriorament dels objectes Lent a lhora descanejar Podem distingir dos models descners predominants: de contacte i sense contacte. Escner 3D de contacte 4. Conceptes i caracterstiques 4.2 Tipus descners 3D 10. Sense contacte Crea el model a partir dun lser o capturant una srie dimatges. Sistema de coordenades esfriques. Ms imatges ms precisi. Trobem dues grans categories: actius i passius. Escner lser sense contacte 4. Conceptes i caracterstiques 4.2 Tipus descners 3D 1. Actius Ones electromagntiques. Construcci d una maqueta digital tridimensional. Trobem els segents tipus: Time of light, escner per triangulaci, diferncia de fase... 11. "Time of flight Un dels escners ms comuns. Mesura el temps que triga la llum en incidir en lescner i tornar. Com ms precs sigui el *distancimetre ms precisa ser la figura 3D. Precisi pico-mtrica. Per triangulaci Es basa en lemissi dun lser. Lemissor lser i el sensor, forma un triangle. El lser rebota i s captar pel sensor. Obtenci de la figura a partir de clculs matemtics. Ms precisi en espai petits. 4. Conceptes i caracterstiques 4.2 Tipus descners 3D 12. Escner lser a partir de triangulaci 4. Conceptes i caracterstiques 4.2 Tipus descners 3D 13. Cmera amb funci de gravaci 3D 4. Conceptes i caracterstiques 4.2 Tipus descners 3D Passius No fan servir cap tipus de radiaci artificial radiaci del medi ambient. Detecten la llum visible, i alguns rajos infrarojos. Es caracteritzen per ser molt barats. Estereoscpics Collocaci de dues cmeres de vdeo molt juntes . Anlisi de les diferencies entre les dues cmeres. Visi estereoscpica humana. Silueta Capturen diferents fotografies de lobjecte, i fan la reconstrucci a partir daquestes. Alt contrast entre el fons i lobjecte. 14. Per contacte Sense contacte Actius Passius "Time of flight Escner per triangulaci Diferncia de fase Holografia conoscpica La llum estructurada La llum modulada Estereoscpics Silueta Fig. Escner de diferencia de fase 4.2 Tipus descners 3D 4. Conceptes i caracterstiques 15. 4.3.1 Topogrfiques Obtenci d'un model digital tridimensional d'un tnel a partir d'un escaneig topogrfic Resultat topogrfic digital realitzat per un escner 3D 4. Conceptes i caracterstiques 4.3 Aplicacions Avantatges Llunyania Estalvi econmic Creaci d'esbossos digitals Funcions importants Qualitats principals Catstrofes naturals 16. Home realitzant un escaneig 3D d'unes restes arqueolgiques Per qu un escner 3D Treball post-escaneig Mtode, procediment i registre de dades Caracterstiques de l'escner Exemples 4. Conceptes i caracterstiques 4.3 Aplicacions 4.3.1 Arqueolgiques 17. Escaneig 3D d'un peu hum 4. Conceptes i caracterstiques 4.3 Aplicacions 4.3.1 Mdiques Personalitzaci de productes per a cada pacient Plantilles Ortesis Prtesis Cirurgia esttica Ortodncia Elements de treball Aplicaci als canvis fsics de cada pacient basats en la seva nutrici 18. Structure Sensor 3D per a liPad Model d'escner 3D anomenat Sense Escner 3D Sense Especificacions Bon rendiment i preu Funcionament similar al del Kinect 4. Conceptes i caracterstiques 4.4 Models descners actuals Structure Sensor 3D Escner per a dispositius electrncis Disseny, caracterstiques i preu Visi noctrna 19. 5. Escner 3D utilitzant Kinect Sensor desenvolupat per PrimeSense i venut a Microsoft. Denominat Project Natal. Les seves cmeres. Logo de PrimeSense Sensor Kinect de lXbox 360 5.1 Qu s el Kinect? 20. 5. Escner 3D utilitzant Kinect Dos sensors (l'emissor dinfrarojos i la cmera dinfrarojos). Mesura la distancia. Point cloud. Es basa en l'experincia que t reconeixent un altre cos. Models de kinematics. Fig. Parts del Kinect Fig. Esquelet fet per Kinect 5.2 Funcionament 21. 5. Escner 3D utilitzant Kinect PrimeSense Apple i Microsoft E3 2009 (Electronic Entertainment) Project Natal (Alex Kipman) Hector Martn Cantero Logotip E3 Logotip del codi obertde Microsoft 5.3 Histria 22. 5. Escner 3D utilitzant Kinect 5.3 Histria Software Development Kit (SDK) C, C # Visual Basic amb Microsoft Visual Studio 2010/2013 SDK v1.5 SDK v1.8 SDK v.1.8 a la pgina de descrrega de Microsoft 23. ReconstructME Scenect Skanect Netfabb Programes generals utilitzats en lescaneig 5. Escner 3D utilitzant Kinect 5.4 Programes 24. ReconstructME Disseny del programa ReconstructME a la versi 1.0 Disseny del programa ReconstructME a la versi 2.1.348 5. Escner 3D utilitzant Kinect 5.4 Programes 25. Scenect Scenect versi 5.1 Scenect versi 5.2 5.4 Programes 5. Escner 3D utilitzant Kinect 26. Skanect Captura Skanect quan est en procs descaneig rea de treball Skanect durant lescaneig 5.4 Programes 5. Escner 3D utilitzant Kinect 27. Netfabb Model exportat de Skanect i importat en format .STL a Netfabb rea per tallar (tant en X.Y,Z) el model 5.4 Programes 5. Escner 3D utilitzant Kinect 28. Versions de software i hardware. Free Version, Trial, No License... Qualitat i velocitat. Ambient descaneig. Versi PRO de pagament i FREE gratuta del programa Skanect, al seu web 5.5 Observacions 5. Escner 3D utilitzant Kinect 29. Sistema operatiu. Adaptador. Controladors. SDK (Codi Obert). 6. Part prctica: escaneig dobjectes 6.1 Mitjanant Microsoft Kinect Xbox 360 Adaptador Kinect / PC 30. Programa finalment utilitzat: Skanect Visitar la web Skanect (http://skanect.occipital.com/). Inici. rea de notificaci de Skanect amb informaci del Kinect, GPU i llicncia Apartat de creaci del treball de Skanect 6. Part prctica: escaneig dobjectes 6.1 Mitjanant Microsoft Kinect Xbox 360 31. Programa finalment utilitzat: Skanect Pautes a seguir una vegada installat i iniciat Finalment (Parmetres i Configuracions) i Save 6.1 Mitjanant Microsoft Kinect Xbox 360 6. Part prctica: escaneig dobjectes 32. Durant el procs descaneig El programa est detectant la majoria de lobjecte o cos (color verd) El programa no detecta correctament lobjecte o el cos (color vermell) Compta enrere (delay) abans de lescaneig 6.1 Mitjanant Microsoft Kinect Xbox 360 6. Part prctica: escaneig dobjectes 33. Resultat final. Exportaci a .STL. Resultat final i processat Exportaci del model .STL a Netfabb 6. Part prctica: escaneig dobjectes 6.1 Mitjanant Microsoft Kinect Xbox 360 34. Impressi amb impressora 3D (RepRap) Model escanejat amb Skanect, processat per Netfabb i imprs amb una impressora 3D RepRap 6. Part prctica: escaneig dobjectes 6.1 Mitjanant Microsoft Kinect Xbox 360 35. Composici de totes les fotografies per a crear una figura tridimensional Creaci d'una maqueta digital tridimensional a partir de fotografies en 3D Semblances i deferncies amb Microsoft Kinect. Entre 30 -> 40 fotografies des de totes les perspectives possibles. Versions de Agisoft PhotoScan. Procediment per a lligar totes les fotografies. 6. Part prctica: escaneig dobjectes 6.1 Mitjanant Fotografies 6.6.1 Agisoft PhotoScan 36. Figures 3D a partir de fotografies. Es processa al web dAutodesk. Mnim 6 fotografies. El programa identificar des don shan fet les fotografies. Podrem modificar el model 3D una vegada escanejat. Prova amb un smartphone Model mitjanant Autodesk 123D Catch Create Project 6. Part prctica: escaneig dobjectes 6.1 Mitjanant Fotografies 6.6.1 Autodesk 123D Catch 37. Torn manual. Velocitat constant + estabilitat + mecanitzaci. Motor, "plat" i caixa d'un microones en dess. Dibuix 3D mitjanant SolidWorks. Motos dentre 5-6 revolucions. Potencimetre. Motor dentre 2,5-5 revolucions. Escaneig dobjectes no possible. Motors de microones Motor acoblat al suport Torn manual 7. Muntatge de suport per a lescaneig amb al Kinect 38. 7. Muntatge de suport per a lescaneig amb al Kinect 39. 7. Muntatge de suport per a lescaneig amb al Kinect 40. 8. Conclusins 41. 7. Webgrafia Kinect Hacks Xataka Microsoft Windows Blogs Kinect Developers Kinect Wikipedia Laser Escaner 3D YouTube Matt Klymson (PhotoModeler) Pablo Vicente Legaz (PhotoModeler Trial) Microsoft Visual Studio Blog