Escáner corporal 3D con cámaras Raspberry Pi: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este escáner 3D es un proyecto colaborativo en BuildBrighton Makerspace con el objetivo de hacer que la tecnología digital sea asequible para los grupos comunitarios. Los escáneres se utilizan en la industria de la moda, para personalizar el diseño de la ropa, en la industria de los juegos para la realidad virtual y en los gimnasios para controlar la salud. Si también están disponibles en los espacios de creación, que brindan acceso a herramientas para la producción, podría haber más potencial para la innovación social.

Usaré el escáner para ayudarme a diseñar ropa. Para empezar, corté mi modelo usando software gratuito y corté con láser un maniquí de modista de cartón que es mi forma exacta de cuerpo personal. A continuación, planeo ver cómo se ve la ropa en un modelo 3D en realidad virtual, antes de comprometerme a hacerla.

Santander me otorgó una subvención de £ 1000 para construir el escáner, como premio digital de la Universidad de Brighton. Gastamos más que eso en la creación de prototipos de diferentes opciones, pero como parte de nuestro resumen de diseño, nos aseguramos de que la versión final pudiera replicarse dentro de ese presupuesto. A ese precio, otros grupos comunitarios pueden recaudar fondos para construir algo similar.

Tenga en cuenta: este proyecto utiliza electricidad de la red y requiere conocimientos de cableado, por lo que, por razones de seguridad, las secciones sobre la construcción del escáner muestran lo que hicimos, con un nivel de detalle destinado a referencia en lugar de copiar, y las secciones sobre codificación y uso del escáner están escritos como guías de 'Cómo'. Es un proyecto en curso, por lo que espero poder proporcionar pronto planes completos para una versión de batería. Visite mi sitio web o contácteme si desea saber más.

Por motivos medioambientales, elegimos PLA para los conectores impresos en 3D y tubos de cartón para la estructura. El cartón es fácil de remodelar si las piezas no encajan perfectamente, por lo que es una excelente herramienta de creación de prototipos y, con un grosor de 3 mm, los tubos son fuertes y rígidos.

Fue maravilloso trabajar en este proyecto colaborativo. Gracias a Arthur Guy por escribir el código y a otros miembros de BuildBrighton que vinieron y ayudaron los miércoles por la noche, o que aparecieron cuando los necesitaban.

Los Materiales para este proyecto fueron:

27 Raspberry Pi Zero W

27 módulos de cámara Raspberry Pi

27 cables de cámara cero Raspberry Pi

27 cables USB a Micro USB

20 tubos de cartón de 125 cm de largo x 32 mm de diámetro con núcleo de 29 mm de diámetro

8 Tapones para los tubos

Filamento de impresión PLA 3D

8 tapas de barriles de cerveza desechables

2 x A3 hojas de madera contrachapada de abedul de calidad láser de 3 mm

Convertidor de corriente de 230 V-12 V (porque la red eléctrica es de 230 V en el Reino Unido)

12 reguladores de potencia CRT 5v

3 portafusibles y portafusibles de 30 amperios

Cable eléctrico

Una caja de conectores de cable de palanca de 2, 3 y 5

50 casquillos

Enrutador de cable módem

Cable de ethernet

27 tarjetas SD (16 GB)

Tarjeta corrugada de pared simple de 5 mm

Velcro® autoadhesivo de 2 m

4 x paquetes de baterías USB

Las herramientas que usamos fueron:

Computadora Apple® (el software del servidor de la cámara se ha escrito para el sistema operativo Apple®, pero también puede funcionar en Linux)

Computadora PC porque Autodesk Remake ™ dejó de brindar soporte a los usuarios de Mac en medio de este proyecto

Internet (alámbrico e inalámbrico)

La versión gratuita de Autodesk Remake ™

impresora 3d

Cortador láser

Engarzadora de férula

Cortador de cables

Sierra de corte y sierra de cinta

Máquina de lijado

Paso 1: codificación del Raspberry Pis

Este paso requiere algunos conocimientos de codificación con Raspberry Pi.

Instale la versión Lite del sistema operativo Raspbian en cada Raspberry Pi y habilite la cámara y SSH.

El software nodejs está preinstalado en Raspbian, pero puede ser una versión desactualizada.

Los siguientes comandos lo actualizarán. Nota: Instructables® acortó automáticamente el hipervínculo en la segunda línea de código. El enlace completo para copiar el código se puede encontrar haciendo clic en él.

Actualización al nodo 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 # Ordenar cd ~ rm node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz.gz rm -r node-v7.9.0-linux-armv6l.tar.gz # Actualizar NPM sudo npm install -g npm

Después de instalar nodejs, cargue los archivos para el software cliente:

cd ~ git clon

Luego, instale el software usando los siguientes comandos:

cd 3dcámara

npm install

Pruebe el software ejecutándolo con el siguiente comando:

nodo app.js

Mantener el software en funcionamiento

Iniciar el software y mantenerlo en ejecución es el trabajo del "supervisor". Este programa se asegura de que el software de la cámara siempre se ejecute y se instaló con el siguiente comando:

sudo apt-get install git supervisor

Luego se configuró Supervisor con la aplicación de escáner 3D copiando el archivo de configuración suministrado en la ubicación final usando el siguiente comando:

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

Para decirle al supervisor que identifique el nuevo archivo de configuración y comience a ejecutar:

sudo supervisorctl releer

sudo supervisorctl update sudo service supervisor reiniciar

Después de eso, cada vez que se inicia el sistema, "supervisor" inicia la aplicación de la cámara que se conecta al software del servidor automáticamente.

Opcional extra

El software se puede actualizar mediante un comando de actualización integrado en la interfaz de usuario web; una alternativa es forzar una actualización cada vez que se inicia la Raspberry Pi. Para hacer esto, reemplace el script de inicio predeterminado por uno que llevará a cabo una actualización:

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

Paso 2: configurar el servidor de la cámara

El software del servidor del escáner es una aplicación de nodo que requiere nodejs, los clientes también ejecutan node y se conectan al servidor mediante websockets.

Configuración

Compruebe que el nodo se está ejecutando abriendo una ventana de Terminal y escribiendo:

nodo -v

Si el nodo no está instalado, se puede descargar desde NodeJS.

Descarga los archivos

Este repositorio debe descargarse a una carpeta en una computadora. Esto se puede hacer usando el siguiente comando:

clon de git

Instalar las dependencias

Estos deben estar en una nueva carpeta que contenga el código descargado:

cd 3dCameraServer

npm install

Finalmente ejecuta el código

La aplicación del servidor debe iniciarse usando el comando a continuación, esto iniciará un servidor websocket en el puerto 3000 y un servidor web en el puerto 8080.

node server.js

Si todo fue exitoso, aparecerá el mensaje 'Aplicación de cámara 3D escuchando en el puerto 8080 y 3000'. Para usar la aplicación, abra un navegador y use la siguiente URL https:// localhost: 8080 /

Usando el sistema

El servidor utiliza una dirección IP fija, que es la forma en que las cámaras saben dónde enviar las fotos.

El software cliente espera conectarse a un servidor en la dirección IP 192.168.10.100. Usamos un enrutador dedicado con una asignación de dirección IP fija, pero para usar el escáner sin uno sería necesario configurar manualmente esta dirección IP. Para simplificar las cosas, configure la dirección mac de la computadora en el enrutador para que se le asigne automáticamente la dirección IP especificada.

El enrutador es un tipo de módem de cable (no un enrutador ADSL). Esto mantiene las cámaras contenidas, pero también les permite conectarse a Internet para obtener actualizaciones de software. El rango DHCP del enrutador debe cambiarse del predeterminado para que asigne direcciones IP en el rango 192.168.10.1 - 192.168.10.255.

A medida que los clientes se conectan, los mensajes de conexión aparecen en la ventana del terminal y en la ventana del navegador.

Cuando los clientes se han conectado, se les puede ordenar que tomen una foto usando el botón 'Tomar foto' en el encabezado, que inicia el proceso de captura de fotos y en 30 segundos deberían haber enviado todas las imágenes a la computadora. Estos se muestran en el navegador y se guardan en una carpeta en el directorio de instalación, que se encuentra al buscar la carpeta 3dCameraServer.

El código obtenido de GitHub contiene una imagen prediseñada que intentará conectarse a una red wifi con el nombre 3DScanner. La contraseña para esto es: poppykalayana.

Paso 3: corte láser e impresión 3D

Estuches Raspberry Pi de corte láser

Descargamos los archivos a continuación y cortamos:

27 cajas Pi con cartón ondulado de pared simple de 5 mm. No utilizamos cartón de doble pared porque es más probable que se incendie bajo el láser.

Conectores de tubo de impresión 3D

Imprimimos en 3D los archivos a continuación: 8 x juntas cruzadas 4 x juntas en T

y quitó el material de soporte con alicates y papel de lija cuando sea necesario.

Planificación anticipada para una extensión de techo

Esta información es para la versión más básica del escáner que funcionó. Produce un modelo que es adecuado para hacer un maniquí de modista o para imprimir un cabezal en 3D (el software Autodesk Remake ™ llena la coronilla del cabezal donde hay un espacio). Cámaras adicionales en capas adicionales, o por encima de la cabeza en las barras del techo, permitirían el escaneo de cuerpo completo, por lo que para facilitar la actualización del escáner, la capa superior de los postes verticales tiene juntas cruzadas en su lugar y postes de extensión cortos con tapas de extremo. Los conectores 3D para unir postes de techo están disponibles para descargar con las otras uniones. Chuck Sommerville ha creado una estrella de 6 puntas que se puede cambiar de tamaño para unir los polos en la parte superior.

Paso 4: Conexión y prueba de Raspberry Pis

Para este paso, el enrutador debe estar encendido y conectado a Internet.

Conexión de la computadora al servidor

Conecte la computadora al wifi llamado 3DCamera Open Terminal Cuando se le indique, escriba 3Dcamera y luego presione Enter. En el siguiente mensaje, escriba 3Dcamera-start y luego presione Entrar Abrir un navegador web y escriba https:// localhost: 8080 / en la barra de direcciones para abrir el panel

Probando el Raspberry Pis

Con el cable de la cámara, conecte la cámara a la Raspberry Pi. Conecte una Raspberry Pi a una fuente de alimentación de 5 V (por ejemplo, la computadora) usando un cable micro USB Después de unos minutos, la Raspberry Pi debería conectarse al sistema y aparecer en el tablero con un nombre de personaje de Marvel asignado automáticamente. prueba si la Raspberry Pi está funcionando. La columna Estado en el panel de control debe indicar cuándo está tomando y enviando una foto y luego la foto debe aparecer en la parte superior del panel de control. Si no funciona, verifique que la cámara esté conectada correctamente y que la luz verde esté encendida en el Pi, y vuelva a intentarlo.

Las fotos se guardan automáticamente en una carpeta llamada 'Imágenes', que se encuentra dentro de la carpeta 3dCameraServer que se configuró en un paso anterior.

Montaje de las carcasas de Raspberry Pi

Pegamos las 5 capas de caja de cartón Pi juntas, insertando la Raspberry Pi con la capa 2, doblando la cámara en su lugar en la capa 3, que se mantiene en su lugar con la capa 4, y empujando la lente a través de la capa 5. Esto se repitió durante todas las cámaras.

Etiquetar el Raspberry Pis

Desde el tablero, reemplazamos el nombre del personaje Marvel asignado a cada Pi, escribiendo un número en el campo de texto y luego presionando Enter.

Es útil escribir el número en la carcasa de cada Pi para solucionar problemas.

Repite este proceso para cada Raspberry Pi asignando a cada una un número diferente

Paso 5: preparar la estructura y el circuito eléctrico

Preparación

Los tubos de cartón se cortaron y prepararon con las siguientes longitudes:

6 tubos de 80 cm para la base de los montantes con un orificio de 1,2 cm a 2 cm de un extremo

6 tubos de 40 cm para el centro de los montantes

Tubos de 6 x 10 cm para la parte superior de los montantes, con tapas en un extremo

Tubos de 10 x 125 cm para barras horizontales con orificio de 0,5 cm en el medio

2 tubos de 125cm para montantes autoportantes con velcro donde irán la Raspberry Pis y las baterías

Alambrado

Advertencia: no intente utilizar el sistema eléctrico a menos que esté calificado para hacerlo. No estamos proporcionando todos los detalles sobre el cableado porque están pensados como un ejemplo de cómo lo hicimos, no como instrucciones a seguir. ¡Los errores podrían quemar la frambuesa pi, provocar un incendio o electrocutar a alguien!

Sugerencia: Descubrimos que las cámaras más alejadas de la línea no funcionaban cuando las conectamos en cadena, por lo que conectamos 3 fusibles a 3 circuitos separados de la fuente de alimentación de 12 V con 4 reguladores de 5 V provenientes de cada uno. Cada uno de estos puede alimentar hasta 3 ceros raspberry pi. Eso significaba que teníamos 2 cables eléctricos en cada poste con la capacidad de conectar 6 cables para cámaras. Solo necesitábamos 4 para la cabeza y los hombros, pero es útil tener capacidad adicional para agregar más cámaras para otros fines.

Cortamos el USB grande del extremo de 22 cables USB y cortamos 6 de ellos más cortos, a aproximadamente 30 cm. Luego, ignorando los cables de datos, conectamos casquillos al extremo de los cables de alimentación y de tierra.

Tomando los cables cortos, empujamos un par de casquillos en cada uno de los 12 conectores impresos en 3D hasta que el cable salió por el extremo inferior.

Usamos la misma técnica con los cables más largos, empujando un par de casquillos a través del orificio en el centro de cada barra horizontal hasta que aparecieron al final del tubo.

Hacer y cablear las bases

Cortamos 16 anillos para que encajen en el agujero en el medio de las tapas de 8 barriles de cerveza desechables, con un agujero de 3,2 cm en el medio de cada uno. Los pubs en nuestra área están felices de regalar estos barriles y la parte redonda es útil para proyectos. Las tapas generalmente se desechan, pero hacen soportes muy estables.

Pegamos en caliente un anillo en la parte superior e inferior de la parte del tornillo en el medio de la tapa de un barril de cerveza, repitiendo con una segunda tapa. Luego colocamos un poste de 125 cm en cada uno y colocamos una cámara cerca de la parte superior de cada poste con Velcro®

y otros 40 cm por debajo. Conectamos un paquete de baterías USB a cada cámara y conectamos la batería al poste con Velcro® donde llega el cable.

Postes base

Para las otras 6 tapas, tomamos 2 anillos de madera contrachapada para cada uno y los pegamos en caliente en su lugar, por encima y por debajo de todos los componentes. En el espacio entre los anillos de cada uno estaban los reguladores de 2 x 5V, los cables y sus conectores, a los que les unimos 2 x 80cm de cable, e insertamos ambos cables por el agujero de 1.2cm y subiendo por el tubo. Todos los componentes encajaron perfectamente alrededor de un poste de base que colocamos en el centro.

¡Probablemente se verían mejor pintados!

Paso 6: construya la estructura y el circuito eléctrico

Colocamos 5 de los tubos horizontales en el piso para marcar 5 lados de un hexágono y colocamos un poste de base en cada unión.

Luego creamos el marco para las cámaras uniendo los tubos de cartón a los conectores impresos en 3D, pasando los cables que sobresalen, con las férulas unidas, a través de los postes hacia los postes de la base y uniendo los conectores de los cables de la palanca en la parte superior de cada poste de la base antes de asegurarlos. las secciones del marco en su lugar.

A continuación, conectamos las cámaras a los micro USB, a la mitad de cada barra horizontal. El estuche Pi de cartón se ha diseñado para que el USB quede parcialmente oculto en el interior, y la otra parte del USB se pueda empujar ligeramente dentro del tubo de cartón, de modo que la cámara quede al ras, en la parte superior del poste. El USB lo mantiene en posición.

Conectamos las cámaras a los cables USB en las uniones de las esquinas, usando velcro autoadhesivo, para mantener las cámaras en su lugar.

Luego colocamos los postes de cámara verticales independientes equidistantes entre sí a través de la abertura.

Por último, ajustamos las cámaras para asegurarnos de que todas apunten hacia el centro.

Hay una cámara de repuesto por si alguna deja de funcionar.

Paso 7: tomar fotos

Para usar el escáner, párese o siéntese dentro del marco, justo en el medio.

Pídale a alguien que presione 'Tomar foto' en el tablero. Todas las fotos deben tomarse en el mismo momento, pero como la señal se envía a través de wifi, ocasionalmente una o más tienen un ligero retraso. Así que quédate quieto unos segundos hasta que se hayan enviado todas las fotos.

Las fotos se guardarán en la carpeta de imágenes en la carpeta 3DCameraServer

Para obtener consejos sobre cómo tomar buenas fotos, vea este video

Paso 8: procesa las fotos en un modelo 3D

Las siguientes instrucciones son para Autodesk Remake ™ (versión 17.25.31). Es un producto freemium, pero he encontrado que el modo gratuito es suficiente. Aquí hay una lista de más software de costura de fotos.

Configuración

Cree una cuenta de Autodesk®

Instale Autodesk Remake ™ en una computadora PC

Convertir las fotos en un modelo 3D

Transfiera las fotos desde la computadora Mac a una PC, usando una memoria USB o cargando las fotos en el almacenamiento en la nube de Autodesk®, llamado A360 Drive, usando los datos de inicio de sesión de su cuenta de Autodesk®.

Abra Autodesk Remake ™

Haga clic en el botón de la cámara debajo de Crear 3D

En la pantalla emergente que aparece, haga clic en En línea (a menos que tenga una computadora potente que cumpla con las especificaciones mínimas para procesar sin conexión).

En la siguiente pantalla emergente, elija Seleccionar fotos de: Unidad local, si ha transferido las fotos a la PC por USB o haga clic en Unidad A360 si ha cargado las fotos.

Seleccione las fotos y luego haga clic en Abrir

Cuando todas las fotos hayan aparecido en la pantalla, haga clic en Crear modelo

En el menú Opciones que aparece, escriba un nombre en el cuadro de texto. Elija Calidad: Estándar, Recorte automático: Desactivado y Textura inteligente: Desactivado (o juegue con estas configuraciones)

Procesando

La pantalla volverá al panel de Remake ™ y habrá un cuadro con el progreso de su modelo en My Cloud Drive. En nuestra experiencia el procesamiento demora unos 10 minutos, pero puede parecer que ha dejado de responder porque el porcentaje dejará de aumentar, luego, después de un tiempo, el número aumentará de repente. Recibirá un correo electrónico de Autodesk® cuando se complete el procesamiento.

Cuando el cuadro diga Listo para descargar, pase el mouse sobre el cuadro y aparecerá una flecha de descarga azul. Haga clic en la flecha azul y elija dónde guardar el modelo.

El modelo se descargará y aparecerá en la sección Mi PC del panel de Remake®. Haga clic en él para abrirlo.

Postprocesamiento

Utilice las herramientas de navegación en la parte inferior de la pantalla para encontrar su modelo de cuerpo.

Utilice las herramientas de selección para eliminar las partes no deseadas del modelo, seleccionando partes y presionando Eliminar.

A medida que elimine partes, el círculo azul en la base del modelo se hará más pequeño. Si el círculo es más grande que el perímetro que rodea el modelo, significa que todavía quedan partes por eliminar.

Si el modelo está al revés, vaya a la pestaña Configuración del modelo en el lado izquierdo de la pantalla y siga las configuraciones en Establecer escena vertical.

Para hacer una superficie plana para su modelo, vaya a Editar - Cortar y rellenar

Para comprobar si hay agujeros y reparar, vaya a la pestaña Analizar y haga clic en Detectar y corregir problemas del modelo

Ahorro

Para guardar el modelo, vaya a Exportar - Exportar modelo.

Para crear un video de su modelo girando, vaya a Exportar - Exportar video.