Transforme uma imagem em uma escultura de haste de cavilha: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Neste projeto, converti a imagem de um balão de ar quente em uma escultura de vareta. A estrutura final é uma transformação da informação digital armazenada em uma foto em um objeto 3D físico. Construí a escultura para ajudar a visualizar como as imagens são armazenadas em computadores, além de demonstrar a enorme escala de informações em apenas uma única imagem que você vê em um computador. Parece legal também! Este instrutível explicará como construir sua própria escultura de haste de pino com base em imagem.

Aqui está a ideia básica. Cada imagem digital é composta de muitos quadrados minúsculos (pixels) com cada quadrado atribuído a algum valor de intensidade. Regiões muito escuras na foto têm pixels com valores de baixa intensidade, enquanto regiões que são brilhantes (por exemplo, o balão) têm valores de alta intensidade. Na escultura, os valores de intensidade em cada pixel da imagem são convertidos para a altura de uma haste de pino. As regiões claras têm uma altura alta e as regiões escuras têm uma altura baixa.

A escultura que construí tinha dimensões de 82,5 x 123 x 60 cm, e 4230 pinos-guia (53 linhas por 80 colunas) foram cortados. No final, usei quase 1/2 milha de hastes de cavilha, mas você pode dimensionar sua escultura para o tamanho que desejar. Este projeto exigirá algumas habilidades de processamento de imagem e carpintaria. Uma descrição dele também está listada no meu site: jrbums.com. Obrigado por conferir!

Etapa 1: Lista de suprimentos

Materiais:

1. Cavilhas de bétula de 5/16 "x 48" - a determinação do número de que você precisa é explicada na etapa 3, provavelmente serão mais hastes de cavilha do que você encomendou em toda a sua vida (eu encomendei aqui: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. Compensado de ¾”de espessura (acho que usei bétula: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Bétula-Contraplacado-165921/100077837)

3. Fita do pintor

4. Cola de madeira de Elmer

5. Massa de madeira

6. Tubulação de metal com 5/16”de diâmetro (para guia de broca de 90 graus).

7. Laços zip (para guia de broca de 90 graus).

8. Contraplacado barato (para guia de serra circular)

9. 2 pol. X 10 pol. x 96 pol. Prime Kiln-Dried Whitewood Stud (Para guia de serra circular)

10. Lixa fina (cerca de 200 - 300 grãos)

11. Pintar (opcional)

Ferramentas:

1. Furadeira e broca de 5/16 para madeira

2. Serra circular

3. Lixadeira elétrica

4. T-Square ajustável (https://www.homedepot.com/p/Empire-48-in-Adjustable-T-Square-419-48/100653520)

5. MATLAB, ou outro software de processamento de imagem

Por favor, use uma prática segura de carpintaria durante este projeto! Há uma tonelada de tarugos a serem cortados, então você deve estar muito focado e fazer muitas pausas

Etapa 2: Transformar uma imagem 2D em um modelo 3D

Para determinar os comprimentos das hastes de pino na escultura, você terá que fazer algum processamento de imagem. Eu usei o Matlab e postei o código na etapa 3 deste instrutível. Você também pode usar outro programa de software de processamento de imagem.

Para visualizar a transformação de RGB em intensidade, tenho um vídeo mostrado acima. Um mapa de cores falso é usado para exibir a intensidade da imagem (vermelho é de alta intensidade e azul é de baixa intensidade). O outro vídeo postado acima mostra a transformação de uma imagem de intensidade 2D em um objeto 3D.

Carregando a imagem

A imagem do balão de ar quente foi carregada no Matlab e convertida em uma imagem em tons de cinza. Aqui está o código para fazer isso no Matlab:

A = imread ('ball.jpg'); % carregar imagem no matlab

A = rgb2gray (A); % converter RGB em tons de cinza

A = duplo (A) / máx (duplo (A (:))); % normaliza a imagem em tons de cinza e converte para o dobro

Reduzir a resolução da imagem

A dimensão original da imagem era 2572 x 3873, muito para cortar à mão (a menos que você queira enlouquecer!). Portanto, a resolução da imagem é reduzida para que haja muito menos pixels e, portanto, muito menos pinos-guia para cortar. Também usei um filtro espacial para suavizar a imagem para que a estrutura parecesse mais contínua. Finalmente, a imagem é normalizada para que a intensidade máxima seja 1.

A = aumentar o tamanho (A, 0,0205); % reamostragem da imagem para 2,05% do tamanho da imagem original

A = medfilt2 (A); % imagem suave

A = duplo (A) / máx (duplo (A (:))); % normaliza a imagem em tons de cinza e converte para o dobro

Conversão para comprimento da haste do pino

Neste ponto, a imagem é armazenada como uma matriz 53 x 80 com valores que variam de 0 a 1. Para converter essa matriz em uma que consiste em comprimentos de haste de pino, você a multiplica pela altura máxima que deseja que sua escultura de pino tenha. Escolhi 60 cm para o meu. Em seguida, você precisa adicionar algum comprimento extra ao pino para empurrá-lo para dentro da placa. Isso também garante que os cortes da haste do pino não foram muito pequenos. Eu defino isso para 2,5 cm (1 polegada).

AmaxH = 60; % Altura máxima da escultura (em cm)

drillDepth = 2,54; % De comprimento adicional adicionado às hastes de encaixe para que possa ser empurrado para dentro da placa (1 polegada)

Comprimento = A. * AmaxH; % Matriz de imagem múltipla por altura máxima para converter a matriz de imagem para comprimento da haste do pino

Comprimento = comprimento + profundidade de perfuração; % Adicionar profundidade de perfuração

Nesta parte do projeto, você decidirá o tamanho que deseja que a escultura tenha. Você pode ajustar a escala de redução da amostra (ajustar a escala em tamanho maior) e a altura máxima do pino. O custo e quanto tempo você deseja assumir no projeto devem ser considerados ao selecionar a escala. Até mesmo a escultura de 53 x 80 pixels que construí exigia o corte de 4240 pinos! Este projeto demorou muito mais do que eu pensava, e gostaria de ter levado mais tempo considerando o quanto diminuiria a resolução da imagem.

Etapa 3: Determinar o número de hastes de fixação necessárias

Neste projeto, existem muitos cortes de haste de pino de comprimento variável. Portanto, eu vim com um algoritmo que minimiza o número de hastes de pino que você precisa para pedir. Depois de processar a imagem, você saberá os comprimentos dos cortes que precisa fazer. Você também sabe o comprimento da haste de encaixe que pode ser encomendada (no meu caso, eram hastes de encaixe de 4 pés). Usei um método numérico para resolver este problema.

Meu algoritmo percorre as colunas da imagem e adiciona as alturas. Se a próxima altura na imagem exceder o comprimento das buchas que podem ser encomendadas (um pouco menos de 4 pés para contabilizar o corte), ela será ignorada. Este processo é continuado até que 4 pés sejam alcançados ou quando você percorrer toda a imagem. Uma estrutura de dados é então criada que especifica o comprimento dos cortes que são feitos para cada pino-guia que você pede, bem como a localização dessa peça na imagem. Esta abordagem ajuda a manter os cortes de um pino-guia próximos uns dos outros para não misturá-los. Não é a solução mais eficiente e exata, mas funciona.

O vídeo mostrado acima explica como funciona o algoritmo de minimização e como os dados são armazenados e exibidos. O código para processar a imagem, minimizar o corte das hastes de pino e exibir a saída está anexado.

Aqui está um resumo para minha escultura de haste de pino:

Dimensões da imagem: 53 x 80

Número de cortes: 4240

Comprimento total da vareta de cavilha usada: 76847 cm

Você precisa comprar 646 hastes de cavilha com comprimento unitário de 119,92 cm

Etapa 4: Criação do Pegboard para a escultura

Corte a madeira compensada com uma serra circular ou serra de mesa. As dimensões precisam corresponder ao número de pixels que você tem e ao espaçamento que deseja. Por exemplo, eu tinha 53 x 80 pixels e queria um espaçamento de cerca de 1,5 cm, então o compensado foi cortado para 82,5 por 123 cm.

53 * 1,5 + 1,5 * 2 = 82,5 cm (1,5 * 2 é para a borda)

80 * 1,5 + 1,5 * 2 = 123 cm

Usando o T-quadrado ajustável, desenhei linhas para todas as linhas e colunas que estariam na escultura. Em seguida, construí o dispositivo projetado por Izzy Swan para fazer um furo de 90 graus na madeira compensada. Aqui está um link para o vídeo que ele postou. Este dispositivo funcionou muito bem para furos retos com a mesma profundidade em toda a placa. Qualquer marca ruim deixada na placa foi então limpa com massa de madeira.

Uma etapa opcional é pintar o quadro. Eu fiz isso para cobrir algumas das manchas de massa e ruins. A pintura é das linhas de contorno desta imagem. Na escultura final é difícil ver esta pintura devido à densidade das hastes de cavilhas.

Etapa 5: corte de muitas hastes de encaixe

Na próxima parte do projeto, você terá que cortar várias hastes de encaixe e controlar sua posição. Decidi cortar cinco hastes de cavilha de cada vez (vou me referir a isso como um feixe de hastes de cavilha). O algoritmo de corte que criei exibe o comprimento que cada pino do pacote precisa ser cortado (veja a imagem). Medi essa distância com uma régua e marquei com um pedaço de fita adesiva que envolveu completamente o pino. Isso é importante porque evita que a haste do pino se estilhace ao ser cortada com a serra circular. O feixe de tarugos é então alinhado para ser cortado com a serra.

Eu projetei um suporte de madeira de compensado barato e 2x4 que permitia que o feixe de hastes de cavilhas descansasse em uma fenda. Perpendicular a esta fenda estava um guia para a serra circular. Com os tarugos presos no lugar com fita, a serra circular é largada ao longo da guia para cortar todos os tarugos do feixe de uma vez. As cavilhas são então rotuladas para que você saiba onde as hastes das cavilhas serão colocadas no pegboard. O número de corte era tudo o que era necessário porque a posição real é armazenada no programa que eu criei. Este procedimento é repetido até que todos os cortes sejam concluídos no feixe e, em seguida, cinco novas hastes de cavilha sejam cortadas. Como há tantos cortes, é muito importante manter o foco e fazer muitas pausas. O vídeo acima descreve todo o processo também.

No final, há uma tonelada de tarugos para colocar na placa, por isso é crucial usar um sistema de etiquetagem fácil de lembrar. A imagem acima mostra apenas metade das cavilhas cortadas neste projeto!

Etapa 6: Colocando as hastes de encaixe na placa

Você oficialmente tem uma tonelada de hastes de cavilha cortadas. Para colocá-los com eficiência na placa, pode ser útil criar algumas placas de retenção temporárias com o compensado barato. Em uma das fotos, você pode ver um quadro de retenção temporário que correspondia a cerca de cinco colunas no quadro.

As hastes das cavilhas cortadas foram desempacotadas e a extremidade foi lixada com lixa fina. Esse trabalho é ótimo para compartilhar com um amigo disposto. É um verdadeiro teste de amizade. Depois que seu amigo ajudar, você deve cozinhar um jantar para eles ou ajudá-los em outro projeto DIY.

Após o lixamento, as hastes de cavilha são movidas para a placa de retenção temporária. A convenção de rotulagem e a saída do programa Matlab são usadas para colocar cada pino na posição correta. Um pouco de cola de madeira é adicionado ao longo das bordas de cerca de cinco orifícios ao longo de uma coluna no pegboard. Os cinco pinos correspondentes são então colocados no tabuleiro. Você pode usar um martelo para cravar completamente as hastes de encaixe na placa.

A razão para alinhar várias hastes de bucha de uma vez é ter certeza de que as buchas "fazem sentido" na posição em que estão sendo colocadas. Se um pino parecer muito pequeno ou muito curto, você pode verificar o programa para saber o comprimento que deve estar nessa posição. Você pode ter que recortar os tarugos ou pode ajustar o quão longe você enfia a haste do tarugo na placa.

Repeti esse posicionamento e alinhamento das hastes de cavilha para cerca de três colunas de cada vez. Eu também projetei e imprimi em 3D uma ferramenta de alinhamento que ficava no final das hastes de pinos para que fosse mais fácil garantir que as hastes de pinos estivessem retas quando a cola de madeira secasse. Você pode ver esse adaptador sendo usado em uma das fotos. Um arquivo STL para este adaptador está anexado. Você pode ter que redesenhar dependendo do diâmetro e espaçamento da haste do pino.

Etapa 7: Estrutura concluída e alguns conselhos

Assim que terminar de colocar e alinhar todas as hastes de cavilha no pegboard, sua escultura estará completa! Mostradas acima estão mais algumas fotos da escultura do pino-guia que construí. Na maior parte, estou feliz com os resultados finais. No entanto, existem alguns conselhos que tenho para quem está pensando em fazer um projeto semelhante:

1. Considere fazer dimensões menores do que esta estrutura (53 x 80). Este projeto foi uma explosão nos estágios de planejamento e foi bastante meditativo depois que todas as torções foram resolvidas. No entanto, o trabalho manual às vezes se tornava monótono. Também demorei muuuuito tempo para terminar, cerca de dois anos depois do dia em que concebi a ideia!

2. Use hastes de pino mais grossas e / ou diminua a altura máxima da escultura de haste de pino. Mesmo com a ferramenta de alinhamento, tive dificuldade em manter as hastes dos pinos bem alinhadas. Hastes de tarugo de diâmetro maior ou alturas mais curtas teriam ajudado.

3. Use um pedaço de madeira de melhor qualidade do que o compensado para a base do pegboard da escultura. Abaixo da escultura, há rachaduras de martelar as hastes dos pinos muito longe no tabuleiro.

4. Não demore muito para pintar o pegboard; as hastes de cavilha cobrem a maior parte de qualquer maneira.

5. Peça ajuda a amigos! Lixar 4000 tarugos é uma tarefa estranha de se realizar, então por que não compartilhá-la com alguns bons amigos.

Boa sorte!