Scanner corporal 3D usando câmeras Raspberry Pi: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este scanner 3D é um projeto colaborativo da BuildBrighton Makerspace com o objetivo de tornar a tecnologia digital acessível para grupos comunitários. Os scanners estão sendo usados na indústria da moda, para customização de design de roupas, na indústria de games para realidade virtual e em academias para monitoramento de saúde. Se eles também estiverem disponíveis em makerspaces, que fornecem acesso a ferramentas de produção, pode haver mais potencial para inovação social.

Vou usar o scanner para me ajudar a desenhar roupas. Para começar, cortei meu modelo usando software livre e cortei a laser um manequim de costureira de papelão que é a forma exata do meu corpo pessoal. A seguir, estou planejando ver como as roupas se parecem em um modelo 3D em RV, antes de me comprometer em fazê-las.

O Santander me deu uma bolsa de £ 1000 para construir o scanner, como prêmio da Universidade de Brighton Digital. Gastamos mais do que prototipando diferentes opções, mas como parte de nosso briefing de design, garantimos que a versão final pudesse ser replicada dentro desse orçamento. Por esse preço, outros grupos comunitários podem conseguir arrecadar fundos para construir algo semelhante.

Observação: este projeto usa eletricidade da rede elétrica e requer conhecimento de fiação, portanto, por razões de segurança, as seções sobre a construção do scanner mostram o que fizemos, com um nível de detalhe destinado a referência em vez de copiar, e as seções sobre codificação e uso do scanner são escritos como guias de 'Como fazer'. É um projeto em andamento, então espero ser capaz de fornecer planos completos para uma versão de bateria em breve. Confira meu site ou entre em contato se quiser saber mais.

Por questões ambientais, escolhemos PLA para os conectores impressos em 3D e tubos de papelão para a estrutura. O papelão é fácil de remodelar se as peças não se encaixarem perfeitamente, por isso é uma ótima ferramenta de prototipagem e, com 3 mm de espessura, os tubos são fortes e rígidos.

Foi maravilhoso trabalhar neste projeto colaborativo. Agradeço a Arthur Guy por escrever o código e a outros membros da BuildBrighton que vieram e ajudaram nas noites de quarta-feira ou que apareceram sempre que necessário.

Os materiais para este projeto foram:

27 Raspberry Pi Zero W

27 módulos de câmera Raspberry Pi

27 cabos de câmera Raspberry Pi zero

27 cabos USB para micro USB

20 tubos de papelão de 125 cm de comprimento x 32 mm de diâmetro com núcleo de 29 mm de diâmetro

8 tampas de extremidade para os tubos

Filamento de impressão 3D PLA

8 tampas de barris de cerveja descartáveis

2 x folhas A3 Contraplacado de bétula com qualidade laser de 3 mm

Conversor de energia 230v-12v (porque a energia da rede elétrica é 230v no Reino Unido)

12 reguladores de energia CRT 5v

3 fusíveis e suportes de lâmina de 30 Amp

Cabo elétrico

Uma caixa de 2, 3 e 5 conectores de fio de alavanca

50 virolas

Roteador de modem a cabo

Cabo Ethernet

27 cartões SD (16 GB)

Cartão corrugado de parede única 5mm

Velcro® autoadesivo de 2m

4 baterias USB

As ferramentas que usamos foram:

Computador Apple® (o software do servidor da câmera foi escrito para o sistema operacional Apple®, mas também pode funcionar no Linux)

Computador PC porque o Autodesk Remake ™ parou de fornecer suporte para usuários de Mac no meio deste projeto

Internet (com e sem fio)

A versão gratuita do Autodesk Remake ™

impressora 3d

Cortador a laser

Ferrule crimper

Cortador de cabo

Serra de corte e serra de fita

Lixadeira

Etapa 1: Codificando o Raspberry Pis

Esta etapa requer algum conhecimento de codificação com Raspberry Pi.

Instale a versão Lite do sistema operacional Raspbian em cada Raspberry Pi e habilite a câmera e o SSH.

O software, nodejs, vem pré-instalado no Raspbian, mas pode ser uma versão desatualizada.

Os comandos a seguir irão atualizá-lo. Observação: o hiperlink na segunda linha do código foi encurtado automaticamente pelo Instructables®. O link completo para copiar o código pode ser encontrado clicando nele.

Atualizando para o nó 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 # Organizar cd ~ rm node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz.gz rm -r node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz # Atualizar NPM sudo npm install -g npm

Após a instalação do nodejs, faça upload dos arquivos para o software cliente:

cd ~ git clone

Em seguida, instale o software, usando os seguintes comandos:

cd 3dCamera

npm install

Teste o software executando-o usando o seguinte comando:

node app.js

Manter o software em execução

Iniciar o software e mantê-lo funcionando é tarefa do 'supervisor'. Este programa garante que o software da câmera sempre seja executado e instalado usando o seguinte comando:

sudo apt-get install git supervisor

O Supervisor foi então configurado com o aplicativo do scanner 3D copiando o arquivo de configuração fornecido para o local final usando o seguinte comando:

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

Para dizer ao supervisor para identificar o novo arquivo de configuração e começar a executar:

sudo supervisorctl reler

sudo supervisorctl update sudo service supervisor restart

Depois disso, sempre que o sistema é inicializado, o "supervisor" inicia o aplicativo da câmera que se conecta ao software do servidor automaticamente.

Extra opcional

O software pode ser atualizado usando um comando de atualização embutido na interface do usuário da web, uma alternativa é forçar uma atualização sempre que o Raspberry Pi for inicializado. Para fazer isso, substitua o script de inicialização padrão por um que fará uma atualização:

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

Etapa 2: Configurando o servidor da câmera

O software do servidor do scanner é um aplicativo de nó que requer nodejs, os clientes também executam o nó e se conectam ao servidor usando websockets.

Configurar

Verifique se o nó está em execução abrindo uma janela do Terminal e digitando:

node -v

Se o nó não estiver instalado, ele pode ser baixado do NodeJS.

Baixe os arquivos

Este repositório precisa ser baixado para uma pasta em um computador. Isso pode ser feito usando o seguinte comando:

git clone

Instale as dependências

Eles precisam estar em uma nova pasta contendo o código baixado:

cd 3dCameraServer

npm install

Finalmente execute o código

O aplicativo do servidor deve ser iniciado usando o comando abaixo, isso irá inicializar um servidor websocket na porta 3000 e um servidor web na porta 8080.

node server.js

Se tudo der certo, a mensagem 'Aplicativo da câmera 3D ouvindo nas portas 8080 e 3000' aparecerá. Para usar o aplicativo, abra um navegador e use a seguinte URL https:// localhost: 8080 /

Usando o sistema

O servidor usa um endereço IP fixo que é como as câmeras sabem para onde enviar as fotos.

O software cliente espera se conectar a um servidor no endereço IP 192.168.10.100. Usamos um roteador dedicado com alocação de endereço IP fixo, mas para usar o scanner sem um, seria necessário definir manualmente esse endereço IP. Para simplificar as coisas, configure o endereço mac do computador no roteador para que seja atribuído automaticamente ao endereço IP especificado.

O roteador é um tipo de modem a cabo (não um roteador ADSL). Isso mantém as câmeras contidas, mas também permite que elas se conectem à Internet para buscar atualizações de software. O intervalo de DHCP do roteador precisa ser alterado do padrão para que ele atribua endereços IP no intervalo 192.168.10.1 - 192.168.10.255.

Conforme os clientes ficam online, as mensagens de conexão aparecem na janela do terminal e na janela do navegador.

Quando os clientes estiverem conectados, eles podem ser comandados a tirar uma foto usando o botão 'Tirar foto' no cabeçalho, que inicia o processo de captura da foto e em 30 segundos eles devem ter enviado todas as imagens de volta para o computador. Eles são exibidos no navegador e salvos em uma pasta no diretório de instalação, localizado ao pesquisar a pasta 3dCameraServer.

O código obtido do GitHub contém uma imagem pré-construída que tentará se conectar a uma rede wi-fi com o nome 3DScanner. A senha para isso é: poppykalayana.

Etapa 3: corte a laser e impressão 3D

Capas Raspberry Pi para corte a laser

Baixamos os arquivos abaixo e cortamos:

Estojos 27 x Pi em papelão ondulado de parede simples de 5mm. Não usamos papelão de parede dupla porque é mais provável que pegue fogo sob o laser.

Conectores de tubo de impressão 3D

Imprimimos em 3D os arquivos abaixo: 8 x Junta Cruzada4 x Junção T

e removeu o material de suporte com um alicate e lixa quando necessário.

Planejamento futuro para uma extensão de telhado

Estas informações referem-se à versão mais básica do scanner que funcionou. Ela produz um modelo adequado para fazer um manequim de costureiros ou para imprimir um cabeçote em 3D (o software Autodesk Remake ™ preenche o topo do cabeçote onde há uma lacuna). Câmeras adicionais em camadas extras, ou suspensas em barras de tejadilho, permitiriam a digitalização de corpo inteiro, portanto, para tornar o scanner fácil de atualizar, a camada superior dos postes verticais tem juntas cruzadas no lugar e postes de extensão curtos com tampas de extremidade. Conectores 3D para fixar postes de telhado estão disponíveis para download com as outras juntas. Chuck Sommerville criou uma estrela de 6 pontas que pode ser redimensionada para se juntar aos pólos no topo.

Etapa 4: conectando e testando o Raspberry Pis

Para esta etapa, o roteador precisa estar ligado e conectado à Internet.

Conectando o Computador ao Servidor

Conecte o computador ao wi-fi chamado 3DCamera Open Terminal No prompt, digite 3Dcamera e pressione Enter. No próximo prompt, digite 3Dcamera-start e pressione Enter Abra um navegador da Web e digite https:// localhost: 8080 / na barra de endereço para abrir o painel

Testando o Raspberry Pis

Usando o cabo da câmera, conecte a câmera ao Raspberry Pi. Conecte um Raspberry Pi a uma fonte de alimentação de 5 V (por exemplo, o computador) usando um cabo micro USB Após alguns minutos, o Raspberry Pi deve se conectar ao sistema e aparecer no painel com um nome de personagem Marvel atribuído automaticamente. Clique em 'Tirar foto' para teste se o Raspberry Pi está funcionando. A coluna Status no painel deve indicar quando ele está tirando e enviando uma foto e, em seguida, a foto deve aparecer na parte superior do painel. Se não funcionar, verifique se a câmera está conectada corretamente e se a luz verde está acesa no Pi e tente novamente.

As fotos são salvas automaticamente em uma pasta chamada 'Imagens', que está dentro da pasta 3dCameraServer que foi configurada em uma etapa anterior.

Montando as Capas Raspberry Pi

Colamos as 5 camadas da caixa de papelão Pi juntas, inserindo o Raspberry Pi com a camada 2, dobrando a câmera no lugar na camada 3, que é mantida no lugar com a camada 4, e empurrando a lente na camada 5. Isso foi repetido para todas as câmeras.

Rotulando o Raspberry Pis

No painel, substituímos o nome do personagem Marvel atribuído a cada Pi, digitando um número no campo de texto e pressionando Enter.

É útil escrever o número na caixa de cada Pi para solução de problemas.

Repita este processo para cada Raspberry Pi atribuindo a cada um um número diferente

Etapa 5: preparar a estrutura e o circuito elétrico

Preparação

Os tubos de papelão foram cortados e preparados nos seguintes comprimentos:

Tubos de 6 x 80cm para base de colunas com furo de 1,2cm 2cm acima de uma extremidade

Tubos de 6 x 40 cm para o meio das colunas

Tubos de 6 x 10 cm para o topo das colunas, com tampas em uma das extremidades

Tubos de 10 x 125 cm para barras horizontais com furo de 0,5 cm no meio

2 tubos de 125 cm para colunas verticais independentes com velcro, onde o Pis de framboesa e as pilhas vão

Fiação

Aviso: por favor, não tente fazer a parte elétrica, a menos que você seja qualificado para fazê-lo. Não estamos fornecendo todos os detalhes sobre a fiação porque eles são um exemplo de como fizemos isso, não como instruções a seguir. Erros podem queimar o pi de framboesa, causar incêndio ou eletrocutar alguém!

Dica: descobrimos que as câmeras mais distantes na linha não funcionavam quando as conectamos em série, então conectamos 3 fusíveis a 3 circuitos separados da fonte de alimentação de 12 V com 4 reguladores de 5 V saindo de cada um. Cada um deles pode alimentar até 3 zeros de framboesa. Isso significava que tínhamos 2 cabos elétricos subindo cada poste com capacidade para conectar 6 cabos para câmeras. Precisamos apenas de 4 para cabeça e ombros, mas é útil ter capacidade extra para adicionar mais câmeras para outros fins.

Cortamos o grande USB da extremidade de 22 cabos USB e cortamos 6 deles mais curtos, para aproximadamente 30 cm. Em seguida, ignorando todos os fios de dados, colocamos virolas na extremidade dos fios de alimentação e aterramento.

Pegando os fios curtos, colocamos um par de ferrolhos em cada um dos 12 conectores impressos em 3D até que o fio saísse pela extremidade inferior.

Usamos a mesma técnica com os condutores mais longos, empurrando um par de ponteiras pelo orifício no centro de cada barra horizontal até aparecerem no final do tubo.

Fazendo e conectando as bases

Cortamos 16 anéis para encaixar o furo no meio das tampas de 8 barris de cerveja descartáveis, com furo de 3,2cm no meio de cada um. Os pubs em nossa área ficam felizes em doar esses barris e a parte redonda é útil para projetos. As tampas geralmente são jogadas fora, mas são muito estáveis.

Colamos a quente um anel na parte superior e inferior da parte do parafuso no meio de uma tampa de barril de cerveja, repetindo com uma segunda tampa. Então colocamos um poste de 125 cm em cada um e fixamos uma câmera perto do topo de cada poste com Velcro®

e outros 40cm abaixo. Nós conectamos uma bateria USB a cada câmera e prendemos a bateria ao mastro com Velcro® onde o cabo chega.

Postagens de base

Para as outras 6 tampas, pegamos 2 anéis de compensado para cada um e colamos a quente no lugar, acima e abaixo de todos os componentes. No vão entre os anéis de cada um estavam os reguladores 2 x 5V, os cabos e seus conectores, aos quais prendemos 2 x 80cm de cabo, e inserimos os dois cabos pelo orifício de 1,2cm e subindo pelo tubo. Todos os componentes se ajustaram confortavelmente em torno de um poste de base que colocamos no centro.

Eles provavelmente ficariam melhor pintados!

Etapa 6: construir a estrutura e o circuito elétrico

Organizamos 5 dos tubos horizontais no chão para marcar 5 lados de um hexágono e colocamos um poste de base em cada junção.

Em seguida, criamos a estrutura para as câmeras anexando os tubos de papelão aos conectores impressos em 3D, passando os fios salientes, com ponteiras presas, através dos pólos em direção aos postes de base e fixando os conectores de fio de alavanca no topo de cada poste de base antes de prender as seções da estrutura no lugar.

Em seguida, conectamos as câmeras aos micro USBs, no meio de cada barra horizontal. A caixa de papelão Pi foi projetada para que o USB fique parcialmente escondido dentro, e a outra parte do USB possa ser empurrada levemente para dentro do tubo de papelão, para que a câmera fique alinhada, no topo do mastro. O USB o mantém na posição.

Conectamos as câmeras aos cabos USB nas junções dos cantos, usando velcro autoadesivo, para manter as câmeras no lugar.

Em seguida, colocamos os pólos de câmera eretos e independentes, equidistantes entre si na abertura.

Por último, ajustamos as câmeras para garantir que todas apontem para o centro.

Há uma câmera sobressalente caso alguma pare de funcionar.

Etapa 7: tirar fotos

Para usar o scanner, fique de pé ou sente-se dentro da moldura, bem no meio.

Peça a alguém para pressionar 'Tirar foto' no painel. Todas as fotos devem ser tiradas no mesmo momento, mas como o sinal é enviado via wi-fi, ocasionalmente uma ou mais demoram um pouco. Portanto, fique parado por alguns segundos até que todas as fotos tenham sido enviadas.

As fotos serão salvas na pasta de imagens na pasta 3DCameraServer

Para dicas sobre como tirar boas fotos, veja este vídeo

Etapa 8: processar as fotos em um modelo 3D

As instruções a seguir são para o Autodesk Remake ™ (versão 17.25.31). É um produto freemium, mas descobri que o modo gratuito é suficiente. Aqui está uma lista de mais softwares de costura de fotos.

Configurando

Crie uma conta Autodesk®

Instale o Autodesk Remake ™ em um computador PC

Transformando as fotos em um modelo 3D

Transfira as fotos do computador Mac para um PC, usando um stick USB ou enviando as fotos para o armazenamento em nuvem da Autodesk®, chamado A360 Drive, usando os detalhes de login da sua conta Autodesk®.

Abra o Autodesk Remake ™

Clique no botão da câmera em Criar 3D

Na tela pop-up que aparece, clique em Online (a menos que você tenha um computador potente que atenda às especificações mínimas para processar offline).

Na próxima tela pop-up, escolha Selecionar fotos de: Unidade local, se você transferiu as fotos para o PC por USB ou clique em Unidade A360 se tiver carregado as fotos.

Selecione as fotos e clique em Abrir

Quando todas as fotos aparecerem na tela, clique em Criar modelo

No menu Opções que aparece, digite um nome na caixa de texto. Escolha a qualidade: padrão, corte automático: desativado e textura inteligente: desativado (ou brinque com essas configurações)

Em processamento

A tela retornará ao painel do Remake ™ e haverá uma caixa com o andamento do seu modelo em My Cloud Drive. Em nossa experiência, o processamento leva cerca de 10 minutos, mas pode parecer que parou de responder porque a porcentagem irá parar de aumentar, então, depois de um tempo, o número aumentará repentinamente. Você receberá um e-mail da Autodesk® quando o processamento for concluído.

Quando a caixa diz Pronto para download, passe o mouse sobre a caixa e uma seta azul de download aparecerá. Clique na seta azul e escolha onde salvar o modelo.

O modelo será então baixado e exibido na seção Meu Computador do painel Remake®. Clique nele para abri-lo.

Pós-processamento

Use as ferramentas de navegação na parte inferior da tela para encontrar o modelo do seu corpo.

Use as ferramentas de seleção para excluir as partes indesejadas do modelo, selecionando as partes e pressionando Delete.

Conforme você exclui peças, o círculo azul na base do modelo fica menor. Se o círculo for maior do que seria o perímetro ao redor do modelo, isso significa que ainda há partes a serem excluídas.

Se o modelo estiver de cabeça para baixo, vá para a guia Configurações do modelo no lado esquerdo da tela e siga as configurações em Definir cena vertical.

Para fazer uma superfície plana para o seu modelo, vá para Editar - Fatia e Preenchimento

Para verificar se há furos e reparar, vá para a guia Analisar e clique em Detectar e corrigir problemas do modelo

Salvando

Para salvar o modelo, vá para Exportar - Exportar modelo.

Para criar um vídeo do seu modelo girando, vá para Exportar - Exportar Vídeo.