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Révision 15 (Baptiste Pelouas, 03/01/2015 14:21) → Révision 16/46 (Baptiste Pelouas, 03/01/2015 15:02)
Wiki
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Présentation
============
Le projet **<a href="http://www.makerscanner.com">MakerScanner</a>**, qui est la base de ce projet:
Le principe illustré#47...
Il permet d'obtenir un nuage de point coloré(<a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_de_fichier_de_polygones">format .ply</a>) du d'un coté d'un objet. Il faut tourner manuellement le laser pour balayer l'objet.
La présence d'un plan vertical derrière l'objet permet de déduire l'angle entre le faisceau laser et la base (axe de rotation & centre optique de la webcam).
Si l'on veut un scan complet, il faut donc faire plusieurs fois le processus en faisant tourner un peu l'objet a chaque fois, puis assembler les fichier avec un logiciel (par exemple **<a href="http://meshlab.sourceforge.net">meshlab</a>**)... C'est compliqué et très vite fastidieux. De plus une calibration précise est nécessaire (optique et mécanique).
Le concept du présent projet est :
* d'automatiser la rotation du laser et retenir l'angle.
* d'automatiser les rotations de l'objet et de retenir l'angle de rotation effectué par ce dernier.
* d'automatiser l'assemblage des fichiers dans un logiciel.
* (optionnel) automatiser la calibration d'un maximum de paramètres.
* (optionnel) création d'un fichier maillé (<a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier_de_stéréolithographie">format .stl</a>) optimisé & cohérent pour une imprimante 3d.
Le principe de base géométrique
-------------------------------
Un peu de géométrie (niveau collège/lycée): la triangulation..."Deux angles et le côté commun"
[cf. http://fr.wikipedia.org/wiki/Résolution_d'un_triangle]
<img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/43/Resolve_triangle_with_c_alpha_beta.png" title="Deux angles et le côté commun" alt="Deux angles et le côté commun">
Vue de dessus, soit A l'axe de rotation du faisceau laser, B le point focal de la webcam, C le point de l'objet éclairé par le faisceau.
On considère donc un triangle dont un côté c et les deux angles α et β qui le bordent sont connus. Le dernier angle s'obtient par complément à π et les deux autres côtés par la loi des sinus :
* <img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/46/calc_C.png" title="calc_C.png" alt="calc_C.png">
* <img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/44/calc_a.png" title="calc_a.png" alt="calc_a.png">
* <img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/45/calc_b.png" title="calc_b.png" alt="calc_b.png">
Il faudra ensuite convertir ces données en coordonées cartésiennes et donc choisir un référentiel. L'axe de rotation (A) aura les coordonnées {x=0,y=0} et le point focal (B) {x=0,y=c}. Donc le point éclairé (C) aura pour coordonnées {x=b*cos(α),y=b*sin(α)}...
C'est très bien mais ça reste de la 2D !
Voici un dessin (sans les formules) qui permet d'extrapoler en 3d le système vu ci-dessus.
<img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/47/2d_TO_3d.png" title="2d_TO_3d.png" alt="2d_TO_3d.png">
Le résultat escompté
--------------------
* un **nuage de points 3D coloré** (format .ply)
* ? un maillage 3D (coloré)? (format .stl)
Les composants
--------------
On cherche a rester le moins onéreux évidement... Donc, mode récupération activé!
* un **plateau circulaire** ou l'on pose l'objet a scanner, dont on pilote l'angle de rotation.
* un **laser** (rouge classe 1 voir 2) plan vertical, dont on pilote l'angle de rotation.
* une **webcam** pour visualiser le trait(rouge) déformé émis par le laser sur l'objet. La précision du scan dépendra directement de sa résolution.
* un arduino Uno (actuellement: un YABBAS), et divers composants électroniques pour piloter les objets ci-dessus, et faire la liaison avec le logiciel de traitement.
* une alimentation de pc ( 5 Volt principalement utilisé)
* un **logiciel** de traitement pour effectuer les calculs ( et calibrations ), et fournir le résultat. Écrit en JAVA (au vu de mes compétences en programmation et de l'espoir d'une portabilité accru).
La dimension maximum devrait permettre d'avoir un système facilement transportable.
J'ai donc choisi de regrouper l'hardware dans une ***platine vynile*** (trouver dans une casse) et d'utilisé son plateau a priori fait pour tourné rond. On aurrai aussi partir d'un micro-onde ayant un plateau tournant, mais ils ne sont pas conçus pour une rotation stable (a discuter).
Références
==========
* *<a href="http://www.makerscanner.com">MakerScanner</a>**: a la base de ce projet (pour le principe), logiciel en c++ et piece a imprimer pour fonctionner avec *PS3 Eye USB Camera*.
* *<a href="https://alicedownthecoffeepot.wordpress.com/2014/04/19/3dscanner/">a cheap 3D scanner</a>**: présenté sur <a href="http://hackaday.com/2014/04/20/make-a-3d-scanner-for-60e-using-old-hardware/">hackaday.com</a>, projet très similaire au MakerScanner qui fonctionne avec un script mathlab.
* *<a href="http://meshlab.sourceforge.net">meshlab</a>**: couteau suisse de la 3D
A voir:
<a href="http://www.danielgm.net/cc/">CloudCompare</a> : inspection de mesh, presentation sur <a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/CloudCompare">Wikipedia</a>
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Présentation
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Le projet **<a href="http://www.makerscanner.com">MakerScanner</a>**, qui est la base de ce projet:
Le principe illustré#47...
Il permet d'obtenir un nuage de point coloré(<a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/Format_de_fichier_de_polygones">format .ply</a>) du d'un coté d'un objet. Il faut tourner manuellement le laser pour balayer l'objet.
La présence d'un plan vertical derrière l'objet permet de déduire l'angle entre le faisceau laser et la base (axe de rotation & centre optique de la webcam).
Si l'on veut un scan complet, il faut donc faire plusieurs fois le processus en faisant tourner un peu l'objet a chaque fois, puis assembler les fichier avec un logiciel (par exemple **<a href="http://meshlab.sourceforge.net">meshlab</a>**)... C'est compliqué et très vite fastidieux. De plus une calibration précise est nécessaire (optique et mécanique).
Le concept du présent projet est :
* d'automatiser la rotation du laser et retenir l'angle.
* d'automatiser les rotations de l'objet et de retenir l'angle de rotation effectué par ce dernier.
* d'automatiser l'assemblage des fichiers dans un logiciel.
* (optionnel) automatiser la calibration d'un maximum de paramètres.
* (optionnel) création d'un fichier maillé (<a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier_de_stéréolithographie">format .stl</a>) optimisé & cohérent pour une imprimante 3d.
Le principe de base géométrique
-------------------------------
Un peu de géométrie (niveau collège/lycée): la triangulation..."Deux angles et le côté commun"
[cf. http://fr.wikipedia.org/wiki/Résolution_d'un_triangle]
<img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/43/Resolve_triangle_with_c_alpha_beta.png" title="Deux angles et le côté commun" alt="Deux angles et le côté commun">
Vue de dessus, soit A l'axe de rotation du faisceau laser, B le point focal de la webcam, C le point de l'objet éclairé par le faisceau.
On considère donc un triangle dont un côté c et les deux angles α et β qui le bordent sont connus. Le dernier angle s'obtient par complément à π et les deux autres côtés par la loi des sinus :
* <img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/46/calc_C.png" title="calc_C.png" alt="calc_C.png">
* <img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/44/calc_a.png" title="calc_a.png" alt="calc_a.png">
* <img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/45/calc_b.png" title="calc_b.png" alt="calc_b.png">
Il faudra ensuite convertir ces données en coordonées cartésiennes et donc choisir un référentiel. L'axe de rotation (A) aura les coordonnées {x=0,y=0} et le point focal (B) {x=0,y=c}. Donc le point éclairé (C) aura pour coordonnées {x=b*cos(α),y=b*sin(α)}...
C'est très bien mais ça reste de la 2D !
Voici un dessin (sans les formules) qui permet d'extrapoler en 3d le système vu ci-dessus.
<img src="http://redmine.acolab.fr/attachments/download/47/2d_TO_3d.png" title="2d_TO_3d.png" alt="2d_TO_3d.png">
Le résultat escompté
--------------------
* un **nuage de points 3D coloré** (format .ply)
* ? un maillage 3D (coloré)? (format .stl)
Les composants
--------------
On cherche a rester le moins onéreux évidement... Donc, mode récupération activé!
* un **plateau circulaire** ou l'on pose l'objet a scanner, dont on pilote l'angle de rotation.
* un **laser** (rouge classe 1 voir 2) plan vertical, dont on pilote l'angle de rotation.
* une **webcam** pour visualiser le trait(rouge) déformé émis par le laser sur l'objet. La précision du scan dépendra directement de sa résolution.
* un arduino Uno (actuellement: un YABBAS), et divers composants électroniques pour piloter les objets ci-dessus, et faire la liaison avec le logiciel de traitement.
* une alimentation de pc ( 5 Volt principalement utilisé)
* un **logiciel** de traitement pour effectuer les calculs ( et calibrations ), et fournir le résultat. Écrit en JAVA (au vu de mes compétences en programmation et de l'espoir d'une portabilité accru).
La dimension maximum devrait permettre d'avoir un système facilement transportable.
J'ai donc choisi de regrouper l'hardware dans une ***platine vynile*** (trouver dans une casse) et d'utilisé son plateau a priori fait pour tourné rond. On aurrai aussi partir d'un micro-onde ayant un plateau tournant, mais ils ne sont pas conçus pour une rotation stable (a discuter).
Références
==========
* *<a href="http://www.makerscanner.com">MakerScanner</a>**: a la base de ce projet (pour le principe), logiciel en c++ et piece a imprimer pour fonctionner avec *PS3 Eye USB Camera*.
* *<a href="https://alicedownthecoffeepot.wordpress.com/2014/04/19/3dscanner/">a cheap 3D scanner</a>**: présenté sur <a href="http://hackaday.com/2014/04/20/make-a-3d-scanner-for-60e-using-old-hardware/">hackaday.com</a>, projet très similaire au MakerScanner qui fonctionne avec un script mathlab.
* *<a href="http://meshlab.sourceforge.net">meshlab</a>**: couteau suisse de la 3D
A voir:
<a href="http://www.danielgm.net/cc/">CloudCompare</a> : inspection de mesh, presentation sur <a href="http://fr.wikipedia.org/wiki/CloudCompare">Wikipedia</a>