Dette blir nok den lengste artikkelen jeg har publisert her, både fordi problemområdet er komplisert, men også fordi jeg ønsker å formidle noe ikke media får med seg i gleden over å vise hva vi kan gjøre med ny teknologi. – Det ser ofte så enkelt og greit ut når vi ser det omtalt på nett, TV og i aviser. – At dette ikke alltid er så lett, er jeg ikke alene om å oppdage, se f.eks. denne artikkelen: http://www.3dprinter.net/cheap-diy-3d-scanning-or-not. Men jeg synes ikke vi skal gi opp så raskt! Det skjer veldig mye i forhold til dette området om dagen! – Nok til at vi innen videreutdanningen (Digital bildeskaping og visuell kommunikasjon) for faglærere innen formgiving, kunst og håndverk kommer til å utforske dette videre, med tanke på hva årene fremover kommer til å gi oss av muligheter. 3D, 3D-skanning og 3D-prototyping er kommet for å bli, og blir enklere og billigere for hver dag som går. – Og vi kan i dag bruke dette som et allsidig og funksjonelt verktøy innen design/produktutvikling, visualisering med mer. Digital 3D i ulike former brukes i dag av mange håndverkere, fra keramikere til smykkekunstnere m fl.
– Og det skjer allerede spennende ting ute i «skolenorge»! Et nytt norsk firma Uformia har sammen med lærere og lokale aktører hatt et flott og spennende prosjekt ved Furuflaten skole. Elevene har fått lære om 3D-modellering, 3D-skanning, og fått laget prototyper av 3D-objekter. Kudos!
Man kan dele opp 3D-skanning i to hovedområder, dersom man ser på funksjonaliteten av selve skanningen, og ikke minst hva slags etterarbeid man ønsker å foreta seg i forhold til hva og hvordan modellen skal benyttes i ettertid.
Det ene bruksområdet som utmerker seg er skanning av omgivelser, og objekter som man ønsker å ta et slags 3D fotografi av. Dvs man ønsker å kunne rotere objekt/scene for å se dette fra ulike synsvinkler på en dataskjerm (skjermvisning generelt). – Ser her bort fra 3D VR-greier med briller og lignende, som ligger under et helt annet teknikkområde. (Se gjerne et par eldre artikler om 3D-visualisering på denne bloggen).
Det andre bruksområdet er når man ønsker å bearbeide 3D modellene i ettertid med et 3D-program, for videre bruk enten til visualiseringer, men ikke minst for konstruksjon eller prototyping. Se nederst i artikkelen om noen gratis programmer for bearbeiding av skannede objekter slik at disse blir funksjonelle for videre bearbeiding.
Det finnes flere ulike teknologier for 3D-skanning, både i forhold til maskinvare og programvare. Laserbaserte, kamerabaserte og kombinasjoner. Sluttproduktene er generelt sett de samme: en digital 3D-modell (polygonbasert) og i tillegg evt en fotografert tekstur (bitmap) som eventuelt kan dekke denne.
De profesjonelle løsningene koster fra omkring kr. 15-20.000,- og oppover, både de for skanning av mindre så vel som større objekter og scener. Disse inkluderer som oftest både maskinvare og programvare. Nå er det også kommet noen små og rimeligere løsninger som snart kommer på markedet, slik som Matterform 3D skanner (fra ca kr. 2.500), og det skrives en del om dette i media nå om dagen. Du kan se flere eksempler på dette på www.3ders.org, http://www.3ders.org/3d-scanning.html.
Her kan du se noen eksempler på 3D-skanning for visualisering jeg testet ut i 2002, med programmet Dsculptor (Dette brukte et markeringsark, og man måtte ta mange bilder med digitalkamera fra flere ulike vinkler for med programvaren videre sette dette sammen dette til en teksturert 3D modell: http://www2.hit.no/ansatte/juusola/skulpturen.html og http://www2.hit.no/ansatte/juusola/plastilinahode.html. 3D- modellen som ble laget med dette gamle programmet var den gangen ikke av god nok kvalitet til å bli etterbehandlet. Den nyere versjonen kan muligens fungere bedre?! – Programmet fikk jeg da tilgang til via et datatidsskrift, men ellers koster dette programmet nå ganske mye (£500 – 900). Ellers er dette en av de enkleste måtene jeg har funnet i forholdt til å få visualisert reelle 3D objekter på (programmet laget egen Java-kode som var enkel å inkludere i nettsider!).
Hvilke rimelige løsninger for skolebruk finnes i dag?
Den billigste løsningen jeg har funnet er en type laserskanning med webkamera og billig linjelaser. http://www.david-laserscanner.com/ er et firma som selger maskinvare til skanning av mindre objekter. Programvaren er i utgangspunktet gratis (dersom man bruker annen programvare for redigering av skanningen.) Et godt webkamera (HD) og en linjelaser er alt man trenger foruten å lage et scene oppsett med utskrevne justeringsbilder og litt kartong.
Etter enkel testing av dette med en billig linjelaser viste det seg at den billige laseren nok var i svakeste laget (og veldig upresis) for å få til noe brukbart med dette. Muligens var den billige laseren for svak eller for upresis!? Det finnes bedre (men litt dyrere) løsninger. Videoer av dette viser bedre resultater enn det jeg fikk til, se for eksempel http://www.youtube.com/watch?v=w2uH1Ag2cAY. Flere som bruker denne løsningen med godt resultat har laget elektronisk kontrollerte maskiner som styrer laserstrålen med mer… Drømmen om å formidle enkel 3D skanning for under 500-lappen er herved over (pr i dag!). Med bedre laser, og flere utprøvinger kan man sikkert kommer frem til noe, men dette er dessverre ikke noe jeg kan anbefale pr i dag. Allikevel finnes det flere andre løsninger, litt dyrere, – men ikke nødvendigvis så veldig dyre!
Kinect og Xbox360 – En rimelig løsning vs de profesjonelle alternativene.
Til Xbox360 kom det allerede i 2010 (Amerika først) en maskinvareutvidelse som kalles Kinect. Dette er et sett med sensorer (satt sammen i en sort firkantet boks) for å kunne ta opp bevegelser fra spillerne og via data fra dette styre ulikt i spill til konsollen. Denne maskinvaren benytter seg av en USB-kontakt for å sende data til Xboxen. Det viste seg at noen hakket styringsprogramvaren og gjorde det mulig å benytte denne til ulikt på en PC også. Microsoft innså etter en tid at det var like greit å frigi kildekoden til styring av Kinect. De har etter dette laget en spesiell versjon av Kinect, beregnet for PC der kildekode med mer er fritt tilgjengelig for utviklere. Xbox-versjonen koster bare ca. halvparten av Windowsversjonen. Den største forskjellen på disse Kinect-versjonene ,dersom man ser bort i fra lisensreglene, ser ut til at Windowsversjonen har en bedre nærgrense (nearmode) for opptakene sine (ca. 40 cm-3 m VS 80cm+ …). De ser ellers veldig like ut, og programvare fra flere utviklere kan benytte begge versjonene. Vi kan med stor sannsynlighet regne med at det fremover vil bli utviklet mer til PC versjonen.
Dette kan være årsaken til at flere programvaremiljøer nå har begynt å lage programvare der man med en PC kan bruke sensoren til forskjellig. Alt fra 3D-skanning til motion capture med mer…
Mye ser allikevel ut til å være i startfasen pr i dag (juni 2013), da tidligere Open Source programutviklere ser ut til å ønske en distribusjon av betalprogramvare med utgangspunkt i de tidligere utviklingsprosjektene. Dette innebærer at det pr i dag også er vanskelig å si hva som blir «endelig» i markedet fremover. Interessen for dette kan se ut til å være økende! Tidsskriftet Wired har stadig flere artikler om mulig og fremtidig bruk av 3D innen mengde ulike områder. Her en link som viser at dette med billig maskin- og programvare til 3D-skanning ikke er noe nytt. – Og her er et lite eksempel for å vise et eksempel på hvor teknologien har tatt oss i dag. For skolebruk må vi altså egentlig benytte oss av ca. 15 år gammel teknologi, men sånn ser det ut… Nå kan vi gjøre masse alllikevel, så derfor følgende oppramsing av diverse programvare for 3D-skanning med Kinect eller alternativet som er ASUS Xtion PRO.
Først litt om punktskyer, vektor og nurbs-baserte objekter og tekstur.
For å jobbe med 3d-modellering trenger man litt grunnleggende kunnskap om 3D-materialet. Polygonbaserte 3-dimensjonale vektorobjekter er den eldste teknikken for digital fremstilling av tredimensjonale figurer. Teknikker og teknologi med dette som utgangspunkt er det mest av i dag. Nurbsbaserte objekter er en videreutvikling av de enklere polygonbaserte objektene, og vi finner begge mye brukt i dag, enten alene eller i kombinasjon. Med en skannet punktsky med tilhørende mappet bitmap kan vi vise 3D-modellen (i ulike formater eller med diverse nettleser-tilleggsprogrammer) på nettet. Vi kan også ta med scenen inn i et 3D program, sette opp en ny scene med nye materialer/lyssetting med mer. Men det er lite vi ellers kan gjøre med objektene foruten muligens å fjerne deler av dem. Skal vi kunne bearbeide punktskymodellen må vi konvertere den om til enten et polygonbasert eller et nurbsbasert objekt. Dette er hovedkravet vi må stille til en funksjonell 3D-skanner-løsning.
Eksempel på punktskyobjekt med tesktur skannet med Kinect for X-box 360 … uferdig … men slik vil ofte skanningen se ut etter de første forsøkene, med huller bade her og der! …
Her kan man se tydeligere se punktskyen! Objektet må deretter behandles slik at man får redigerbare polygoner.
Flere av programmene jeg har funnet sier å ha ulike muligheter for dette. Noen av de som er gratis, har begrensninger nettopp i forhold til verktøy som forenkler videre bearbeiding av modellen. Krav til omgivelser med mer er også noe man bør se på ved valg av beste program for ønsket bruk. Det kan også se ut til at flere kun fungerer med X-box-versjonen, men dette kan også ha noe å gjøre med driverinstallasjon. Noen programmer krever
en spesiell frivareversjon av drivere (Open NI), og andre vil ha Microsofts driver for Kinect, enten eldre eller nyere! Driverproblematikken for å få kontakt med
Kinect-maskinvaren har under utprøving vist seg å være det største problemet så
langt! (Installere og avinstallere, og installere på nytt mm… – men slik er det ofte når man tester ut ting! – Og når og dersom en grei og enkel løsning kommer til syne, vil jeg selvsagt publisere den her!!!)
Aktuell programvare for bruk med Kinect som opptaker av 3D-scener/objekter:
KScan3D: http://www.kscan3d.com/ – $299 USD – Testprogrammet fungerte greit med Kinect for X-box 360, og man kan bearbeide modellene noe i etterkant, – Litt vel dyrt da!!!
ReconstructMe: http://reconstructme.net/ – Euro 179:
Med begrensninger på det meste og med 20s forsinking på det alle tyngre oppgaver i testversjonen, -men med en enkelhet som raskt ser ut til å gi greie resultater, kan dette se ut til å fungere godt for skanning av menneskeformer og annet i omtrentlig samme størrelse. Dvs uten spesielt god oppløsning. Gikk også greit å rotere figuren (meg selv) ved skanning (noe ikke alle programmene gir mulighet for i sanntid). Programmet setter selv sammen skanningene til en helhetlig figur man kan eksportere til aktuelle 3D formater. Man må da bruke annen programvare for å redigere bort det man ikke vil ha med …
Artec Studio (+ Kinect): http://www.artec3d.com/3d_scanners_for_fun/ – € 500 : Veldig mye frem og tilbake før installasjon med lisenser mm. Glemte å få med maskinvaren ved installasjon, så da fungerte den ikke! Regner ellers med at programvaren er god både til skanning og til etterbehandling, da firmaet er en av de fremste produsentene av 3D-skannere for det profesjonelle markedet.
SCENECT 5.2: http://www.faro.com/faro-3d-app-center/stand-alone-apps/scenect – ?
GRATIS: KinFu – Kinect 3D Scan Software Bundle: http://codewelt.com/kinect3dscan (tester ut …)
Skanect – (99Euro): Gratis for personlig og ikke kommersiell bruk! Ser ut til å fungere greit med Kinect for Windows sensor, men for å få til omkring skanninger av personer med mer må man være flere som hjelper til! Så er det også begrensninger i forhold til kvalitet av ved eksport av skanningene på gratisversjonen. De ble da såpass grove at for å få med mer en generelle trekk fungerer dette ikke til for eksempel skanning av ansikter, uten at man kjøper pro-versjonen. Ellers har programmet flere muligheter for etterbearbeiding av modellen slik at den er hulllfri kompakt med mer..! Ellers et av de billigere programmene, så kanskje!?
De tre første bildene er fra Skanect, de resterende fra videre bearbeiding i MeshLab og det siste fra Sculptris.
Enda flere programmer :
http://www.brekel.com/?page_id=155 for Kinect, http://www.brekel.com/ (gratis men utvikles ikke lenger. Har ikke testet dette enda.)
Så har man Autodesks 123 Catch. Der man tar mange fotografier av et objekt fra ulike vinkler, sender disse inn online og får tilbake en 3D-modell. En gratis mulighet, men med flere problemer i forhold til tiden det tar før man får tilbake en scene, med mer… Vi følger videre med på utviklingen her! Interessant løsning der den tunge bearbeidingen av bildene til 3D objekt blir laget på Autodesks servere. Testet dette for en tid siden, og så at man må ta veldig mange bilder, og i tillegg bør man ha en vedlig ren omgivning dersom man ikke vil ha denne med i 3D-scenen også.
Noen gode og aktuelle gratisprogrammer for å rense, grovredigere 3D-skanningen:
Det meget gode (men litt vel anvanserte) gratisprogrammet MeshLab (tips og triks for bruk av dette finnes det mye av på nettet, også på YouTube) kan man greit fikse på punktskymodeller med mer… Dette er foreløpig det programmet jeg ser på som viktig i bearbeidingen av de modellene man kan få ut fra punktskyskanningene. Dette slik at man kan bearbeide modellen sin videre i Sculptris eller annen 3D-programvare!
Autodesk har nylig kommet med gratisprogrammet Meshmixer. Der kan man fjerne unødvendige objekter, rense, tette huller mm, slik at man får redigerbare objekter for bruk til videre bearbeiding I ulike 3D-programmer som f.eks. Sculptris mm… Også dette litt komplisert, men følger man manualer mm finner man stort sett greit ut av hvordan man kan fikse på avanserte trådmodeller fra 3D-skanning.
Digital bildeskaping's Blog 