Scanner corporel 3D utilisant des caméras Raspberry Pi : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Ce scanner 3D est un projet collaboratif de BuildBrighton Makerspace dans le but de rendre la technologie numérique abordable pour les groupes communautaires. Les scanners sont utilisés dans l'industrie de la mode, pour personnaliser la conception des vêtements, dans l'industrie des jeux pour la réalité virtuelle et dans les gymnases pour surveiller la santé. S'ils sont également disponibles dans les makerspaces, qui donnent accès à des outils de production, il pourrait y avoir plus de potentiel d'innovation sociale.

Je vais utiliser le scanner pour m'aider à concevoir des vêtements. Pour commencer, j'ai découpé mon modèle à l'aide d'un logiciel gratuit et découpé au laser un mannequin de couturière dans du carton qui correspond exactement à la forme de mon corps. Ensuite, je prévois de voir à quoi ressemblent les vêtements sur un modèle 3D en VR, avant de m'engager à les fabriquer.

Santander m'a accordé une subvention de 1 000 £ pour construire le scanner, en tant que prix numérique de l'Université de Brighton. Nous avons dépensé plus que cela pour prototyper différentes options, mais dans le cadre de notre dossier de conception, nous nous sommes assurés que la version finale pouvait être reproduite dans les limites de ce budget. À ce prix, d'autres groupes communautaires pourront peut-être lever des fonds pour construire quelque chose de similaire.

Remarque: ce projet utilise l'électricité sur secteur et nécessite des connaissances en câblage, donc pour des raisons de sécurité, les sections sur la construction du scanner montrent ce que nous avons fait, avec un niveau de détail destiné à la référence plutôt qu'à la copie, et les sections sur le codage et l'utilisation du scanner sont écrits sous forme de guides « Comment faire ». C'est un projet en cours, j'espère donc être en mesure de fournir des plans complets pour une version à batterie bientôt. Consultez mon site Web ou contactez-moi si vous voulez en savoir plus.

Pour des raisons environnementales, nous avons choisi le PLA pour les connecteurs imprimés en 3D et les tubes en carton pour la structure. Le carton est facile à remodeler si les pièces ne s'emboîtent pas parfaitement, c'est donc un excellent outil de prototypage, et à 3 mm d'épaisseur, les tubes sont solides et rigides.

C'était merveilleux de travailler sur ce projet collaboratif. Merci à Arthur Guy d'avoir écrit le code et aux autres membres de BuildBrighton qui sont venus nous aider le mercredi soir, ou se sont présentés chaque fois qu'ils en avaient besoin.

Les matériaux pour ce projet étaient:

27 Raspberry Pi Zero W

27 modules de caméra Raspberry Pi

27 câbles de caméra zéro Raspberry Pi

27 câbles USB vers Micro USB

20 tubes en carton de 125 cm de long x 32 mm de diamètre avec un noyau de 29 mm de diamètre

8 Embouts pour les tubes

Filament d'impression 3D PLA

8 Couvercles de fûts de bière jetables

2 x feuilles A3 contreplaqué de bouleau de qualité laser 3 mm

Convertisseur d'alimentation 230v-12v (car l'alimentation secteur est de 230v au Royaume-Uni)

12 régulateurs de puissance CRT 5v

3 fusibles et porte-lames de 30 A

Câble électrique

Une boîte de 2, 3 et 5 connecteurs à levier

50 viroles

Modem routeur câble

câble Ethernet

27 cartes SD (16 Go)

Carte ondulée simple paroi de 5 mm

Velcro® autocollant 2m

4 piles USB

Les outils que nous avons utilisés étaient:

Ordinateur Apple® (le logiciel du serveur de la caméra a été écrit pour le système d'exploitation Apple®, mais peut également fonctionner sous Linux)

Ordinateur PC car Autodesk Remake™ a cessé de fournir une assistance aux utilisateurs Mac au milieu de ce projet

Internet (filaire et sans fil)

La version gratuite d'Autodesk Remake™

Imprimante 3D

Découpeur laser

Pince à sertir

Coupe-câble

Scie à tronçonner et scie à ruban

Ponceuse

Étape 1: coder le Raspberry Pis

Cette étape nécessite une certaine connaissance du codage avec Raspberry Pi.

Installez la version Lite du système d'exploitation Raspbian sur chaque Raspberry Pi et activez la caméra et SSH.

Le logiciel, nodejs est pré-installé sur Raspbian, mais peut être une version obsolète.

Les commandes suivantes le mettront à niveau. Remarque: le lien hypertexte dans la deuxième ligne de code a été raccourci automatiquement par Instructables®. Le lien complet pour copier le code peut être trouvé en cliquant dessus.

Mise à niveau vers le nœud 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 # Rangez le cd ~ rm node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz.gz rm -r node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz # Mettre à jour NPM sudo npm install -g npm

Une fois nodejs installé, téléchargez les fichiers pour le logiciel client:

cd ~ git clone

Installez ensuite le logiciel à l'aide des commandes suivantes:

cd 3dCaméra

npm installer

Testez le logiciel en l'exécutant à l'aide de la commande suivante:

nœud app.js

Maintenir le logiciel en marche

Démarrer le logiciel et le faire fonctionner est le travail du « superviseur ». Ce programme garantit que le logiciel de la caméra s'exécute toujours et a été installé à l'aide de la commande suivante:

sudo apt-get install git superviseur

Supervisor a ensuite été configuré avec l'application du scanner 3D en copiant le fichier de configuration fourni dans l'emplacement final à l'aide de la commande suivante:

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

Pour dire au superviseur d'identifier le nouveau fichier de configuration et de démarrer l'exécution:

sudo superviseurctl relire

sudo superviseurctl mise à jour sudo service superviseur redémarrage

Après cela, chaque fois que le système démarre, « supervisor » démarre l'application de la caméra qui se connecte automatiquement au logiciel serveur.

Supplément en option

Le logiciel peut être mis à jour à l'aide d'une commande de mise à jour intégrée à l'interface utilisateur Web. Une alternative consiste à forcer une mise à jour chaque fois que le Raspberry Pi démarre. Pour cela, remplacez le script de démarrage par défaut par celui qui effectuera une mise à jour:

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

Étape 2: configuration du serveur de caméras

Le logiciel du serveur du scanner est une application de nœud qui nécessite nodejs, les clients exécutent également node et se connectent au serveur à l'aide de websockets.

Installer

Vérifiez que le nœud est en cours d'exécution en ouvrant une fenêtre de terminal et en tapant:

nœud -v

Si le nœud n'est pas installé, il peut être téléchargé à partir de NodeJS.

Télécharger les fichiers

Ce référentiel doit être téléchargé dans un dossier sur un ordinateur. Cela peut être fait à l'aide de la commande suivante:

git clone

Installer les dépendances

Ceux-ci doivent être dans un nouveau dossier contenant le code téléchargé:

cd 3dCameraServer

npm installer

Enfin exécutez le code

L'application serveur doit être démarrée à l'aide de la commande ci-dessous, cela démarrera un serveur Websocket sur le port 3000 et un serveur Web sur le port 8080.

serveur de nœud.js

Si tout s'est bien passé, le message "App Camera 3D à l'écoute sur les ports 8080 et 3000" apparaîtra. Pour utiliser l'application, ouvrez un navigateur et utilisez l'URL suivante

Utilisation du système

Le serveur utilise une adresse IP fixe qui permet aux caméras de savoir où envoyer les photos.

Le logiciel client s'attend à se connecter à un serveur sur l'adresse IP 192.168.10.100. Nous utilisons un routeur dédié avec une allocation d'adresse IP fixe, mais pour utiliser le scanner sans, il serait nécessaire de définir manuellement cette adresse IP. Pour simplifier les choses, configurez l'adresse mac de l'ordinateur sur le routeur afin qu'il se voit automatiquement attribuer l'adresse IP spécifiée.

Le routeur est de type modem câble (pas un routeur ADSL). Cela permet de contenir les caméras, mais leur permet également de se connecter à Internet pour récupérer les mises à jour logicielles. La plage DHCP du routeur doit être modifiée par défaut afin qu'il attribue des adresses IP dans la plage 192.168.10.1 - 192.168.10.255.

Au fur et à mesure que les clients se connectent, les messages de connexion apparaissent dans la fenêtre du terminal et dans la fenêtre du navigateur.

Lorsque les clients se sont connectés, ils peuvent être invités à prendre une photo en utilisant le bouton « Prendre une photo » dans l'en-tête, ce qui démarre le processus de capture photo et dans les 30 secondes, ils devraient tous avoir renvoyé les images à l'ordinateur. Ceux-ci sont affichés dans le navigateur et enregistrés dans un dossier du répertoire d'installation, situé en recherchant le dossier 3dCameraServer.

Le code récupéré sur GitHub contient une image pré-construite qui essaiera de se connecter à un réseau wifi avec le nom 3DScanner. Le mot de passe pour cela est: poppykalayana.

Étape 3: Découpe laser et impression 3D

Découpe au laser des boîtiers Raspberry Pi

Nous avons téléchargé les fichiers ci-dessous et découpé:

27 boîtiers Pi utilisant du carton ondulé simple paroi de 5 mm. Nous n'utilisons pas de carton à double paroi car il est plus susceptible de prendre feu sous le laser.

Connecteurs de tubes d'impression 3D

Nous avons imprimé en 3D les fichiers ci-dessous: 8 x Cross Joint4 x T Junction

et enlevé le matériel de support avec des pinces et du papier de verre si nécessaire.

Planification prévisionnelle d'une extension de toit

Cette information concerne la version la plus basique du scanner qui a fonctionné. Il produit un modèle adapté à la fabrication d'un mannequin de couturière ou à l'impression 3D d'une tête (le logiciel Autodesk Remake™ remplit le sommet de la tête là où il y a un espace). Des caméras supplémentaires dans des couches supplémentaires, ou au-dessus des barres de toit, permettraient une numérisation complète du corps, donc pour rendre le scanner facile à mettre à niveau, la couche supérieure des poteaux verticaux a des joints croisés en place et des poteaux d'extension courts avec des embouts. Des connecteurs 3D pour fixer les poteaux de toit sont disponibles en téléchargement avec les autres joints. Chuck Sommerville a créé une étoile à 6 branches qui pourrait être redimensionnée pour rejoindre les pôles au sommet.

Étape 4: Connexion et test du Raspberry Pis

Pour cette étape, le routeur doit être allumé et connecté à Internet.

Connexion de l'ordinateur au serveur

Connectez l'ordinateur au wifi appelé 3DCamera Open Terminal À l'invite, tapez 3Dcamera, puis appuyez sur Entrée. À l'invite suivante, tapez 3Dcamera-start puis appuyez sur Entrée Ouvrez un navigateur Web et tapez https://localhost:8080/ dans la barre d'adresse pour ouvrir le tableau de bord

Tester le Raspberry Pis

À l'aide du câble de la caméra, connectez la caméra au Raspberry Pi. Connectez un Raspberry Pi à une source d'alimentation 5V (par exemple l'ordinateur) à l'aide d'un câble micro USB. Après quelques minutes, le Raspberry Pi devrait se connecter au système et apparaître sur le tableau de bord avec un nom de personnage Marvel automatiquement attribué. Cliquez sur « Prendre une photo » pour testez si le Raspberry Pi fonctionne. La colonne Statut du tableau de bord doit indiquer quand il prend et envoie une photo, puis la photo doit apparaître en haut du tableau de bord. Si cela ne fonctionne pas, vérifiez que la caméra est correctement connectée et que le voyant vert est allumé sur le Pi, puis réessayez.

Les photos sont automatiquement enregistrées dans un dossier appelé « Images », qui se trouve dans le dossier 3dCameraServer qui a été configuré lors d'une étape précédente.

Assemblage des boîtiers Raspberry Pi

Nous avons collé les 5 couches du boîtier Pi en carton ensemble, en insérant le Raspberry Pi avec la couche 2, en pliant la caméra en place sur la couche 3, qui est maintenue en place avec la couche 4, et en poussant l'objectif à travers la couche 5. Cela a été répété pour toutes les caméras.

Étiqueter le Raspberry Pis

Depuis le tableau de bord, nous avons remplacé le nom de personnage Marvel attribué à chaque Pi, en tapant un nombre dans le champ de texte, puis en appuyant sur Entrée.

Il est utile d'écrire le numéro sur le boîtier de chaque Pi pour le dépannage.

Répétez ce processus pour chaque Raspberry Pi en attribuant à chacun un numéro différent

Étape 5: Préparer la structure et le circuit électrique

Préparation

Les tubes en carton ont été coupés et préparés aux longueurs suivantes:

6 tubes de 80 cm pour la base des montants avec un trou de 1,2 cm à 2 cm d'une extrémité

6 tubes de 40 cm pour le milieu des montants

6 tubes de 10 cm pour le haut des montants, avec capuchons à une extrémité

Tubes 10 x 125 cm pour barres horizontales avec trou de 0,5 cm au milieu

2 tubes de 125 cm pour montants autoportants avec velcro où iront Raspberry Pis et batteries

Câblage

Avertissement: veuillez ne pas essayer l'électricité à moins que vous ne soyez qualifié pour le faire. Nous ne fournissons pas tous les détails sur le câblage car ils sont conçus comme un exemple de la façon dont nous l'avons fait, et non comme des instructions à suivre. Des erreurs pourraient brûler le raspberry pi, provoquer un incendie ou électrocuter quelqu'un !

Astuce: Nous avons constaté que les caméras les plus éloignées de la ligne ne fonctionnaient pas lorsque nous les avons connectées en série, nous avons donc connecté 3 fusibles à 3 circuits séparés de l'alimentation 12 V avec 4 régulateurs 5 V provenant de chacun. Chacun d'eux peut alimenter jusqu'à 3 zéros Raspberry Pi. Cela signifiait que nous avions 2 câbles électriques le long de chaque pôle avec la capacité de connecter 6 fils pour les caméras. Nous n'en avions besoin que de 4 pour la tête et les épaules, mais il est utile d'avoir une capacité supplémentaire pour ajouter plus de caméras à d'autres fins.

Nous avons coupé le grand USB de l'extrémité de 22 câbles USB et en avons coupé 6 plus courts, à environ 30 cm. Ensuite, en ignorant les fils de données, nous avons attaché des embouts à l'extrémité des fils d'alimentation et de terre.

En prenant les fils courts, nous avons poussé une paire d'embouts dans chacun des 12 connecteurs imprimés en 3D jusqu'à ce que le fil sorte par l'extrémité inférieure.

Nous avons utilisé la même technique avec les fils plus longs, en poussant une paire d'embouts à travers le trou au centre de chaque barre horizontale jusqu'à ce qu'ils apparaissent à l'extrémité du tube.

Réalisation et câblage des bases

Nous avons découpé 16 anneaux pour s'adapter au trou au milieu des couvercles de 8 fûts de bière jetables, avec un trou de 3,2 cm au milieu de chacun. Les pubs de notre région sont heureux de donner ces fûts et la partie ronde est utile pour les projets. Les couvercles sont généralement jetés, mais ils constituent des supports très stables.

Nous avons collé à chaud un anneau en haut et en bas de la partie à vis au milieu d'un couvercle de fût de bière, en répétant avec un deuxième couvercle. Ensuite, nous avons placé un poteau de 125 cm dans chacun et attaché une caméra près du haut de chaque poteau avec du Velcro®

et un autre 40 cm en dessous. Nous avons branché une batterie USB sur chaque caméra et attaché la batterie au poteau avec du Velcro® là où le fil atteint.

Poteaux de base

Pour les 6 autres couvercles, nous avons pris 2 anneaux de contreplaqué pour chacun et les avons collés à chaud en place, au-dessus et en dessous de tous les composants. Dans l'espace entre les anneaux de chacun se trouvaient 2 régulateurs 5V, les câbles et leurs connecteurs, auxquels nous avons attaché 2 x 80 cm de câble, et inséré les deux câbles à travers le trou de 1,2 cm et dans le tube. Tous les composants étaient bien ajustés autour d'un poteau de base que nous avons placé au centre.

Ils auraient probablement l'air mieux peints !

Étape 6: Construire la structure et le circuit électrique

Nous avons disposé 5 des tubes horizontaux sur le sol pour délimiter 5 côtés d'un hexagone et avons placé un poteau de base à chaque jonction.

Ensuite, nous avons créé le cadre des caméras en attachant les tubes en carton aux connecteurs imprimés en 3D, en enfilant les fils en saillie, avec les embouts attachés, à travers les poteaux vers les poteaux de base et en fixant les connecteurs de fil de levier au sommet de chaque poteau de base avant de fixer les sections du cadre en place.

Ensuite, nous avons connecté les caméras aux micro USB, à mi-chemin le long de chaque barre horizontale. L'étui Pi en carton a été conçu de manière à ce que l'USB soit en partie caché à l'intérieur et que l'autre partie de l'USB puisse être légèrement enfoncée dans le tube en carton, de sorte que la caméra se trouve au ras du poteau. L'USB le maintient en place.

Nous avons connecté les caméras aux câbles USB dans les jonctions d'angle, à l'aide de Velcro autocollant, pour maintenir les caméras en place.

Ensuite, nous avons placé les poteaux de caméra verticaux autonomes à égale distance l'un de l'autre de l'ouverture.

Enfin, nous avons ajusté les caméras pour nous assurer qu'elles pointent toutes vers le centre.

Il y a une caméra de rechange en cas d'arrêt de fonctionnement.

Étape 7: prendre des photos

Pour utiliser le scanner, tenez-vous debout ou asseyez-vous à l'intérieur du cadre, en plein milieu.

Demandez à quelqu'un d'appuyer sur « Prendre une photo » sur le tableau de bord. Toutes les photos doivent être prises au même moment, mais comme le signal est envoyé via wifi, une ou plusieurs ont parfois un léger retard. Restez donc immobile pendant quelques secondes jusqu'à ce que toutes les photos aient été envoyées.

Les photos seront enregistrées dans le dossier images du dossier 3DCameraServer

Pour des conseils sur la prise de bonnes photos, voir cette vidéo

Étape 8: Traitez les photos dans un modèle 3D

Les instructions suivantes concernent Autodesk Remake™ (version 17.25.31). C'est un produit freemium, mais j'ai trouvé le mode gratuit suffisant. Voici une liste d'autres logiciels d'assemblage de photos.

Configuration

Créer un compte Autodesk®

Installer Autodesk Remake™ sur un ordinateur PC

Transformer les photos en modèle 3D

Transférez les photos de l'ordinateur Mac vers un PC, en utilisant une clé USB ou en téléchargeant les photos sur le stockage cloud Autodesk®, appelé A360 Drive, à l'aide des informations de connexion de votre compte Autodesk®.

Ouvrez Autodesk Remake™

Cliquez sur le bouton de la caméra sous Créer 3D

Sur l'écran contextuel qui apparaît, cliquez sur En ligne (sauf si vous disposez d'un ordinateur puissant qui répond aux spécifications minimales pour traiter hors ligne).

Sur l'écran contextuel suivant, choisissez Sélectionner les photos à partir de: Lecteur local, si vous avez transféré les photos sur le PC par USB ou cliquez sur A360 Drive si vous avez téléchargé les photos.

Sélectionnez les photos puis cliquez sur Ouvrir

Lorsque toutes les photos sont apparues à l'écran, cliquez sur Créer un modèle

Dans le menu Options qui s'affiche, saisissez un nom dans la zone de texte. Choisissez Qualité: Standard, Recadrage automatique: Désactivé et Texture intelligente: Désactivé (ou jouez avec ces paramètres)

Traitement

L'écran reviendra au tableau de bord Remake™ et il y aura une boîte avec la progression de votre modèle sous My Cloud Drive. D'après notre expérience, le traitement prend environ 10 minutes, mais il peut sembler qu'il a cessé de répondre car le pourcentage cessera d'augmenter, puis, après un certain temps, le nombre augmentera soudainement. Vous recevrez un e-mail d'Autodesk® lorsque le traitement sera terminé.

Lorsque la boîte indique Prêt à télécharger, passez votre souris sur la boîte et une flèche de téléchargement bleue apparaîtra. Cliquez sur la flèche bleue et choisissez où enregistrer le modèle.

Le modèle sera ensuite téléchargé et apparaîtra dans la section Poste de travail du tableau de bord Remake®. Cliquez dessus pour l'ouvrir.

Post-traitement

Utilisez les outils de navigation en bas de l'écran pour trouver votre modèle corporel.

Utilisez les outils de sélection pour supprimer les pièces indésirables du modèle, en sélectionnant les pièces et en appuyant sur Supprimer.

Au fur et à mesure que vous supprimez des pièces, le cercle bleu à la base du modèle devient plus petit. Si le cercle est plus grand qu'un périmètre entourant le modèle, cela signifie qu'il y a encore des pièces à supprimer.

Si le modèle est à l'envers, accédez à l'onglet Paramètres du modèle sur le côté gauche de l'écran et suivez les paramètres sous Définir la scène à la verticale.

Pour créer une surface plane pour votre modèle, accédez à Édition - Couper et remplir

Pour vérifier les trous et réparer, accédez à l'onglet Analyser et cliquez sur Détecter et résoudre les problèmes de modèle

Économie

Pour enregistrer le modèle, allez dans Exporter - Exporter le modèle.

Pour créer une vidéo de votre modèle en rotation, allez dans Exporter - Exporter la vidéo.