РОЗДІЛ 1. FLUID 3D-СКАНУВАННЯ
1.1. Загальні відомості про технологію рідинного сканування
Однією з альтернативних технік до лазерних просторових сканерів є сканування предметів за допомогою занурення їх в рідину [1-5]. Технологія найбільш дешева із усіх відомих [6] і вимагає мінімальний список технічних засобів. Основна ідея полягає в тому, що можна легко отримати силует об’єкта, якщо він оточений високим контрастом рідини, такі як молоко або чорнило.
Спочатку технологія рідинного 3D-сканеру для оцифровування форми об’єктів реального світу була запропонована з використанням молока [1-5], але була розвинута потім з використанням інших видів рідини. І хоча найчастіше техніка згадується в контексті “Milk-Scanning”, “Milk 3D-Scanner” на нашу думку і думку інших користувачів [6-8] більш доцільне використання такої назви як “Fluid 3D-Scanning”.
Класична схема, що застосовується при роботі 3D-сканера такої технології показана наДОДАТКУ А.
Сканований об’єкт розміщується в контейнері. Об’єктив камери направлений донизу у напрямку до об’єкта. Контейнер заповнюється рівномірно непрозорою рідкою речовиною. Через однакові проміжки часу, Web-камерою робляться знімки силуету предмету в рідині. Рівень рідини подається так, що всередині контейнера вона піднімається на однакову величину за час між сусідніми фотографіями. На кожному знімку отримуються замкнені 2D-контури об’єкта – зріз по певній його висоті, що визначається точками, які зникають під поверхнею рідини.
Для перевірки дієвості технології ми використовували наступні елементи (ДОДАТОК Б):
· ємкість з непрозорою рідиною;
· Web-камера;
· катетер, через який подається рідина до контейнеру;
· контейнер, у кришці якого триотвори:для камери, світлодіоду і катетера;
· світлодіод для забезпечення освітлення всередині контейнера з предметом;
· ПК з програмним забезпеченням.Тестове програмне забезпечення для ПК було створене нами за допомогою Borland Delphi 7 [12].
Дослідивши технологію Fluid 3D-сканування власними силами за схемою на ДОДАТКУ А і компонентами з ДОДАТКУ Б,зауважимо основні моменти щодо обмеження її застосування.
1) Технологія накладає обмеження на форму предметів, які можна нею обробити. Предмети не повинні мати локальних мінімумів на поверхні (впадин, отворів). Якщо такі деталі предмета присутні, то вони просто не будуть відображені в результаті сканування.
2) Технологія накладає суттєві обмеження на матеріал і будову предметів, які можна розміщати у рідкій речовині. Серед найбільш часто використовуваних речовин є рідини з природними харчовими та хімічними барвниками.
3) Повинно враховуватись, що чим дрібніші деталі треба відсканувати, тим меншим повинен бути поверхневий натяг речовини (необхідно брати до уваги капілярні явища, ефекти зморщування, не квазістаціонарність течії).
4) Відносно дешеві Web-камери можуть накладати оптичні спотворення на зображення. Це стосується, як геометрії, так і кольору предмету.
5) Освітлення в контейнері з предметом повинно бути максимально розсіяне, щоб не створювати відблисків на предметі в камеру.
6) Повинна бути визначена відповідність швидкості занурення і глибини.
Не дивлячись на наведені недоліки технології, вона може з успіхом бути застосована для швидкого або попереднього цифрового аналізу форми предметів, для сканування предметів простих форм, в домашніх умовах, коли сканування професійними сканерами не доступне або не виправдовує затрат на них. Технологія вже широко зарекомендувала себе як найдешевший і найшвидший варіант 3D-оцифровування.
Для сканування в промислових масштабах можемо рекомендувати в якості безвідходної скануючої рідини ртуть, або повністю безпечний матеріал – рідкий галій (при температурі вище точки плавлення в 300 C).
Можна ще зазначити, що результати більш технологічно складних методів 3D-сканування часто при подальшій обробці в програмах для просторового моделювання викликають додаткові проблеми, пов’язані з низькою впорядкованістю точок або їх нестачею в певних областях [8].
Ще одна проблема лазерних сканерів – це блискучі поверхні на предметі, які створюють шум і дірки на тривимірній сітці (промінь відбивається в протилежному напрямку).
Сканування за допомогою Kinect не відображає дрібні деталі у достатній роздільній здатності [9].
Сканування за допомогою рідинного сканера в цьому плані більш надійне, оскільки сканування йде по строго горизонтальних площинах і щільність отримання таких зрізів можна зробити доволі великою.
1.2. Огляд програм для рідинного сканування
Найчастіше дослідники для сканування за допомогою Fluid-технології створюють власні додатки, оскільки готовий якісний додаток знайти не просто. Тому технологія поширена лише серед людей, які знайомі з базовими принципами програмування і розуміють елементарні алгоритми комп’ютерного зору, проте технологія не доступна для широкого кола.
Із знайдених додатків для персональних комп’ютерів можна виділити відносно поширений MilkScanner, що працює для Windows та Mac OSX [10]. Програма працює лише в консольному варіанті без графічного інтерфейсу і зберігає результат сканування у незручний для подальшої роботи формат XML. Тому користуватися ним можуть, знову ж таки, люди, які добре знайомі з відповідною технікою сканування і володіють знаннями САПР. Для широкого кола користувачів ми не можемо його рекомендувати.
Більш зручним, проте знову без зручного графічного інтерфейсу, є проект з відкритим кодомgotmesh [1, 11]. Програма представляє собою Phyton-скрипт, який використовує бібліотеки Open CV. Однією з головних труднощів при роботі з ним є те, що перед початком роботи потрібно встановити OpenCV. Це значно зменшує аудиторію потенційних користувачів. Крім того, програма працює лише з уже відзнятими фотографіями. Результатом роботи скрипта є набагато зрозуміліший у порівнянні з попереднім аналогом вихідний файл точкового формату XYZ, який далі авторами проекту пропонується оброблювати іншими програмами.
Додатка для мобільних пристроїв на Android для сканування за допомогою Fluid-технології нами не знайдено. Раніше авторами цієї роботи була розроблена своя програма для Windows [12], яка включала не тільки функцію обробки, але й режим запису процесу.Тестування і апробація її функціональності на різних виставках і конкурсах дали схвальні відгуки, тому було вирішено створити ще більш зручний додаток і для мобільних пристроїв.
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. FLUID 3D-СКАНУВАННЯ
РОЗДІЛ 2. ДОДАТОК ДЛЯ ANDROID
ВИСНОВКИ
