Transforma una imagen en una escultura de varilla: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

En este proyecto, convertí una imagen de un globo aerostático en una escultura de varilla de clavija. La estructura final es una transformación de la información digital almacenada en una foto en un objeto 3D físico. Construí la escultura para ayudar a visualizar cómo se almacenan las imágenes en las computadoras, así como para demostrar la enorme escala de información en una sola imagen que ves en una computadora. ¡Se ve genial también! Este instructivo le explicará cómo construir su propia escultura de varilla de clavija basada en imágenes.

Esta es la idea básica. Cada imagen digital está formada por muchos cuadrados diminutos (píxeles) a cada cuadrado se le asigna un valor de intensidad. Las regiones muy oscuras en la foto tienen píxeles con valores de intensidad bajos, mientras que las regiones que son brillantes (por ejemplo, el globo) tienen valores de intensidad altos. En la escultura, los valores de intensidad en cada píxel de la imagen se convierten a la altura de una varilla. Las regiones brillantes tienen una altura alta y las regiones oscuras tienen una altura baja.

La escultura que construí tenía unas dimensiones de 82,5 x 123 x 60 cm, y se cortaron 4230 varillas (53 filas por 80 columnas). Al final, utilicé casi 1/2 milla de varillas, pero puedes escalar tu escultura al tamaño que quieras. Este proyecto requerirá algunas habilidades de procesamiento de imágenes y carpintería. También se incluye una descripción en mi sitio web: jrbums.com. Gracias por echarle un vistazo!

Paso 1: Lista de suministros

Materiales:

1. Tacos de abedul de 5/16 "x 48": la determinación del número que necesitará se explica en el paso 3, probablemente serán más varillas de las que ha pedido en toda su vida (pedí aquí: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. Madera contrachapada de ¾”de espesor (creo que usé abedul: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Contrachapado-de-abedul-165921/100077837)

3. Cinta de pintor

4. Pegamento para madera de Elmer

5. Masilla para madera

6. Tubería de metal con un diámetro de 5/16”(para guía de perforación de 90 grados).

7. Bridas (para guía de perforación de 90 grados).

8. Madera contrachapada barata (para guía de sierra circular)

9. 2 pulg. X 4 pulg. x 96 pulg. Espárrago de madera blanca secada al horno (para guía de sierra circular)

10. Papel de lija fino (alrededor de 200 - 300 granos)

11. Pintura (opcional)

Instrumentos:

1. Taladro eléctrico y broca de 5/16”para madera

2. Sierra circular

3. Lijadora eléctrica

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

5. MATLAB u otro software de procesamiento de imágenes

¡Utilice prácticas seguras de carpintería durante este proyecto! Hay un montón de varillas para cortar, por lo que debe estar muy concentrado y tomar muchos descansos

Paso 2: Transformar una imagen 2D en un modelo 3D

Para determinar las longitudes de las varillas en la escultura, tendrá que realizar un procesamiento de imágenes. Usé Matlab y publiqué el código en el paso 3 de este instructivo. También puede utilizar otro programa de software de procesamiento de imágenes.

Para visualizar la transformación de RGB a intensidad, tengo un video que se muestra arriba. Se utiliza un mapa de colores falso para mostrar la intensidad de la imagen (el rojo es de alta intensidad y el azul es de baja intensidad). El otro video publicado arriba muestra la transformación de una imagen de intensidad 2D a un objeto 3D.

Cargando la imagen

La imagen del globo de aire caliente se cargó en Matlab y se convirtió en una imagen en escala de grises. Aquí está el código para hacer esto en Matlab:

A = imread ('bola.jpg'); % cargar imagen en matlab

A = rgb2gray (A); % convertir RGB a escala de grises

A = doble (A) / max (doble (A (:))); % normaliza la imagen en escala de grises y convierte a doble

Reducir la resolución de la imagen

La dimensión original de la imagen era 2572 x 3873, muchísimas clavijas para cortar a mano (¡a menos que quieras volverte loco!). Por lo tanto, se reduce la resolución de la imagen para que haya muchos menos píxeles y, por lo tanto, muchas menos varillas para cortar. También utilicé un filtro espacial para suavizar la imagen de modo que la estructura pareciera más continua. Finalmente, la imagen se normaliza para que la intensidad máxima sea 1.

A = tamaño reducido (A, 0,0205); % volver a muestrear la imagen al 2,05% del tamaño de la imagen original

A = medfilt2 (A); % imagen suave

A = doble (A) / max (doble (A (:))); % normaliza la imagen en escala de grises y convierte a doble

Conversión a la longitud de la varilla

En este punto, la imagen se almacena como una matriz de 53 x 80 con valores que van de 0 a 1. Para convertir esta matriz en una que consta de longitudes de varillas de clavija, debe multiplicarla por la altura máxima que desea que tenga la escultura de clavija. Elegí 60 cm para el mío. Luego, debe agregar un poco más de longitud a la clavija para empujar la varilla de clavija en la tabla. Esto también asegura que los cortes de la varilla no sean demasiado pequeños. Configuré esto en 2,5 cm (1 pulgada).

AmaxH = 60; % Altura máxima de la escultura (en cm)

drillDepth = 2.54; % De longitud adicional agregada a las varillas para que se pueda empujar en la tabla (1 pulgada)

Longitud = A. * AmaxH; % Matriz de imágenes múltiples por altura máxima para convertir la matriz de imágenes a la longitud de la varilla

Alength = Alength + drillDepth; % Agregar profundidad de perforación

En esta parte del proyecto, decidirás qué tan grande quieres que sea la escultura. Puede ajustar la escala de la muestra reducida (ajustar la escala en tamaño de imagen) y la altura máxima de la clavija. El costo y la duración del proyecto deben tenerse en cuenta al seleccionar la escala. ¡Incluso la escultura de 53 x 80 píxeles que construí requirió cortar 4240 varillas de clavija! Este proyecto tomó mucho más tiempo de lo que pensé, y deseaba haberme tomado más tiempo considerando cuánto reducir la resolución de la imagen.

Paso 3: Determinar la cantidad de varillas necesarias

En este proyecto, hay muchos cortes de varillas de clavija de longitud variable. Por lo tanto, se me ocurrió un algoritmo que minimiza la cantidad de varillas que necesita pedir. Después de procesar la imagen, sabrá la longitud de los cortes que necesita hacer. También sabe la longitud de la varilla que se puede pedir (en mi caso, eran varillas de 4 pies). Usé un método numérico para resolver este problema.

Mi algoritmo recorre las columnas de la imagen y suma las alturas. Si la siguiente altura en la imagen excede la longitud de las clavijas que se pueden pedir (un poco menos de 4 pies para tener en cuenta el corte), entonces se omite. Este proceso continúa hasta alcanzar 4 pies o cuando recorre la imagen completa. Luego, se crea una estructura de datos que especifica la longitud de los cortes que se realizan para cada varilla de clavija que solicite, así como la ubicación de esa pieza en la imagen. Este método ayuda a mantener los cortes de una varilla cerca entre sí para no confundirlos. No es la solución más eficiente ni exacta, pero funciona.

El video que se muestra arriba explica cómo funciona el algoritmo de minimización y cómo se almacenan y muestran los datos. Se adjunta un código para procesar la imagen, minimizar el corte de las varillas y mostrar la salida.

Aquí hay un resumen de mi escultura de varilla de clavija:

Dimensiones de la imagen: 53 x 80

Número de cortes: 4240

Longitud total de la varilla utilizada: 76847 cm

Necesita comprar 646 varillas de clavija con una longitud unitaria de 119,92 cm

Paso 4: creación del tablero de clavijas para la escultura

Corta la madera contrachapada con una sierra circular o una sierra de mesa. Las dimensiones deben coincidir con la cantidad de píxeles que tiene y el espaciado que desea. Por ejemplo, tenía 53 x 80 píxeles y quería un espacio de alrededor de 1,5 cm, por lo que la madera contrachapada se cortó a 82,5 por 123 cm.

53 * 1.5 + 1.5 * 2 = 82.5 cm (el 1.5 * 2 es para el borde)

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

Usando el cuadrado en T ajustable, dibujé líneas para todas las filas y columnas que estarían en la escultura. Luego construí el dispositivo diseñado por Izzy Swan para perforar un agujero de 90 grados en la madera contrachapada. Aquí hay un enlace al video que publicó. Este dispositivo funcionó muy bien para perforar agujeros rectos de la misma profundidad en todo el tablero. Las malas marcas dejadas en el tablero se limpiaron con masilla para madera.

Un paso opcional es pintar el tablero. Hice esto para cubrir algunos de los puntos malos y la masilla. La pintura es de las líneas de contorno de esta imagen. En la escultura final es difícil ver esta pintura debido a la densidad de las varillas.

Paso 5: Cortar muchas varillas de clavija

En la siguiente parte del proyecto, tendrá que cortar muchas varillas y realizar un seguimiento de su posición. Decidí cortar cinco varillas de clavija a la vez (me referiré a esto como un paquete de varillas de clavija). El algoritmo de corte que creé muestra la longitud que debe cortar cada clavija del paquete (vea la imagen). Medí esta distancia con una regla y la marqué con un trozo de cinta de pintor que envolvió completamente la clavija. Esto es importante porque evita que la varilla se astille al cortarla con la sierra circular. A continuación, se alinea el paquete de varillas para cortarlo con la sierra.

Diseñé un soporte de madera con madera contrachapada barata y 2x4 que permitió que el paquete de varillas de clavijas descansara en una hendidura. Perpendicular a esta hendidura había una guía para la sierra circular. Con las clavijas aseguradas en su lugar con cinta, la sierra circular se deja caer a lo largo de la guía para cortar todas las clavijas del paquete a la vez. A continuación, se etiquetan las clavijas para que sepa dónde se colocarán las varillas de clavija en el tablero. El número de corte era todo lo que se necesitaba porque la posición real está almacenada en el programa que creé. Este procedimiento se repite hasta que se completen todos los cortes en el paquete, y luego se cortan cinco nuevos pasadores. Debido a que hay tantos cortes, es muy importante mantenerse concentrado y tomar muchos descansos. El video de arriba también describe todo el proceso.

Al final, hay un montón de varillas para colocar en el tablero, por lo que es crucial utilizar un sistema de etiquetado fácil de recordar. ¡La imagen de arriba muestra solo la mitad de los tacos cortados en este proyecto!

Paso 6: Colocación de las varillas en el tablero

Oficialmente tienes una TONELADA de varillas cortadas. Para colocarlos de manera eficiente en el tablero, puede ser útil crear algunos tableros de sujeción temporales con madera contrachapada barata. En una de las imágenes, puede ver un tablero de retención temporal que correspondía a alrededor de cinco columnas en el tablero de clavijas.

Las varillas cortadas se desempacaron y el extremo se lijó con papel de lija fino. Este trabajo es genial para compartirlo con un amigo dispuesto. Es una verdadera prueba de amistad. Después de que tu amigo te ayude, debes prepararle una cena o ayudarlo con otro proyecto de bricolaje.

Después de lijar, las varillas de clavija se mueven a la tabla de sujeción temporal. La convención de etiquetado y la salida del programa Matlab se utilizan para colocar cada taco en la posición correcta. Se agrega un poco de pegamento para madera a lo largo de los bordes de alrededor de cinco orificios a lo largo de una columna en el tablero. A continuación, se colocan las cinco clavijas correspondientes en el tablero. Puede usar un martillo para clavar las varillas en la tabla por completo.

La razón para alinear varias varillas de clavija a la vez es asegurarse de que las clavijas "tengan sentido" en la posición en la que se estaban colocando. Si una clavija parece demasiado pequeña o demasiado corta, puede verificar el programa para la longitud que se supone que debe estar en esa posición. Puede que tenga que volver a cortar las clavijas o puede ajustar la distancia a la que clava la varilla de clavija en la tabla.

Repetí esta colocación y alineación de varillas de clavija alrededor de tres columnas a la vez. También diseñé e imprimí en 3D una herramienta de alineación que iba al final de las varillas de clavija para que fuera más fácil asegurarme de que las varillas de clavijas estuvieran rectas cuando se secó el pegamento de madera. Puede ver que este adaptador se está utilizando en una de las fotos. Se adjunta un archivo STL para este adaptador. Es posible que deba rediseñar según el diámetro y el espaciado de la varilla de la clavija.

Paso 7: Estructura terminada y algunos consejos

Una vez que haya terminado de colocar y alinear todas las varillas de clavija en el tablero de clavijas, ¡su escultura está completa! Arriba se muestran algunas fotos más de la escultura de la varilla de clavija que construí. En su mayor parte, estoy contento con los resultados finales. Sin embargo, hay algunos consejos que tengo para cualquiera que esté pensando en hacer un proyecto similar:

1. Considere hacer dimensiones más pequeñas que esta estructura (53 x 80). Este proyecto fue una maravilla en las etapas de planificación y fue bastante meditativo después de que se resolvieron todos los problemas. Sin embargo, el trabajo manual a veces se vuelve monótono. También me tomó mucho tiempo completarlo, ¡alrededor de dos años después del día en que concibí la idea!

2. Utilice varillas de clavija más gruesas y / o acorte la altura máxima de la escultura de la varilla de clavija. Incluso con la herramienta de alineación, tuve dificultades para mantener las varillas bien alineadas. Las varillas de clavija de mayor diámetro o las alturas más cortas habrían ayudado.

3. Utilice una pieza de madera de mayor calidad que la madera contrachapada para la base del tablero de clavijas de la escultura. Debajo de la escultura hay grietas debido a que las varillas de clavijas se clavaron demasiado en el tablero.

4. No se tome mucho tiempo para pintar el tablero de clavijas; las varillas de clavija cubren la mayor parte de todos modos.

5. ¡Pide ayuda a tus amigos! Lijar 4000 varillas de clavija es una tarea extraña de completar, así que, ¿por qué no compartirla con algunos buenos amigos?

¡Buena suerte!