Máy quét 3D cơ bản để lập bản đồ 3D kỹ thuật số: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Trong dự án này, tôi sẽ mô tả và giải thích nền tảng cơ bản của việc quét và tái tạo 3D được áp dụng chủ yếu để quét các vật thể bán phẳng nhỏ và hoạt động của nó có thể được mở rộng sang các hệ thống quét và tái tạo có thể được cài đặt trên máy bay điều khiển từ xa để có được một mô hình 3D. về những nơi mà chiếc máy bay chở chúng bay đến

Ý tưởng cuối cùng là có được bản quét 3D của một số địa điểm hoặc khu vực, bên ngoài hoặc bên trong của nó, để sử dụng nó như một bản đồ kỹ thuật số (như trong phim của Prometeus)

Bước 1:

ý tưởng là lắp đặt toàn bộ hệ thống quét 3d trên một máy bay được điều khiển từ xa, để số hóa bản đồ ảo của bất kỳ khu vực nào mà nó bay qua ở dạng 3D, nhưng đối với điều này, chúng tôi đã bắt đầu từ đầu vận hành phương pháp triangulatithe laser. quét hoặc tái tạo 3d bằng cách chiếu tia laze về cơ bản bao gồm việc truyền chùm tia laze qua lăng kính tạo ra một dải laze để thu được toàn bộ một dải laze sẽ được chiếu lên vật thể cần quét và sau khi chiếu tia laze này đã thu được trên bề mặt Từ nơi cần quét, hình ảnh phải được chụp bằng một số loại máy ảnh và tốt nhất là biết góc được tạo thành so với góc chiếu của sọc laser phát ra, vì mỗi hình ảnh này đều chụp các dải laser được chiếu. Trên bề mặt của đối tượng, chúng sẽ được xử lý trước để trích xuất các đặc điểm về chiều của đối tượng được quét và chỉ cần quét từng dải lên trên đối tượng để có được cấu hình bề mặt của nó trong đoạn ngang đó của đối tượng và sau đó chụp dải hình chiếu của mặt cắt sau của đối tượng, để thêm tất cả các sọc được chiếu lại với nhau Trước tất cả các mặt cắt ngang của obto, chúng ta thu được bản quét ba chiều bề mặt của nó

Bước 2:

Vì chúng tôi đã xác định được mục tiêu của mình, nên bước tiếp theo khi biết rằng để cất cánh, trước tiên bạn phải có đôi chân vững chắc trên mặt đất, vì vậy chúng tôi đã bắt đầu trên mặt đất với một nguyên mẫu thử nghiệm của máy quét 3d tuyến tính, để xác nhận hoạt động chính xác của thiết bị cơ bản 3D scannerand như bạn có thể thấy trong hình trên, tôi đã sử dụng PC, OpenCV, Glut của OpenGL, một webcam, một máy phát laser, laser (trong trường hợp này là qua gương quay) một hệ thống dịch chuyển tuyến tính điện tử (được làm bằng đường ray và hệ thống được trích xuất từ một máy in cũ) từ cơ sở mà tôi đặt các đối tượng cần quét, gỗ và nhựa và như bạn có thể thấy trong ảnh, trên máy tính: Tôi đã quản lý để tạo và hiển thị bằng Glut từ OpenGL a- mô hình chiều được tái tạo dựa trên vật thể thực được quét (trong trường hợp này là một con nhện đồ chơi)

vì vậy, rõ ràng là nguyên tắc hoạt động là hoạt động, và với các điều chỉnh và thích ứng tương ứng với hệ thống bay, nó sẽ có thể quét và tái tạo bản đồ 3D của khu vực mà nó bay.

Nhưng hệ thống này sẽ chỉ phục vụ để có được bản đồ 3D của bề mặt bên ngoài của những nơi nó bay qua ???…

Bước 3:

lập bản đồ bên trong các hang động và ống dẫn (giống như trong phim Prometeus) Hệ thống quét 3D này cũng phục vụ để tái tạo lại các mô hình ba chiều bên trong của các vật thể rỗng và lớn như hang động, tòa nhà, đường hầm, v.v. Nguyên tắc hoạt động của nó là hoàn toàn giống như đã được mô tả và về cơ bản bao gồm những điều sau:

1. chụp ảnh của mỗi hình chiếu của sọc laze trên bề mặt được quét
2. lọc và loại bỏ màu khỏi hình ảnh
3. mã hóa màu sắc với ngưỡng hình ảnh động
4. áp dụng máy dò cạnh để nhận dạng biên dạng đã chụp của mỗi mặt cắt chiếu tia laze
5. và sử dụng phân đoạn chọn đường viền thích hợp để biểu diễn 3D của mặt cắt ngang đó của đối tượng được quét và tái tạo trên bản đồ 3D ảo
6. sau đó các bước này được lặp lại đơn giản cho mỗi bức ảnh được chụp theo cách thức phụ của các sọc laser được chiếu liên tục bởi mỗi phần phụ trong phần phụ.

từng lớp của biểu diễn các mặt cắt được thêm vào liên tiếp cho đến khi thu được một đám mây điểm được tạo thành bởi nhiều biểu diễn của các mặt cắt của đối tượng được ánh xạ

Bước 4:

Sau đó, tôi chuyển các chương trình để xử lý hình ảnh về các hình chiếu của các dải laser bề ngoài. và tái tạo 3D ảo của các biểu diễn ngang dọc này trong mô hình bản đồ ba chiều được xây dựng chi tiết:

đang xử lý hình ảnh:

n

#include #include "cv.h" #include "highgui.h" #include // # include #include #include #include

char f = 0; tên char = {"0.jpg"}; int n = 0, s, x, y; CvScalar sp; TẬP TIN * NuPu;

void Writepoints () {char bufferx [33], buffery [33]; itoa (x, đệmx, 10); itoa (y, đệm, 10); fprintf (NuPu, bufferx); fprintf (NuPu, "\ t"); fprintf (NuPu, vùng đệm); fprintf (NuPu, "\ n"); }

void noteblockInit () {NuPu = fopen ("NuPu.txt", "w"); fseek (NuPu, 0, 0); fprintf (NuPu, "NP:"); fprintf (NuPu, "\ n"); }

int main () {char argstr [128]; noteblockInit (); cout << "Teklea!…:" f; tên [0] = f; cout <

IplImage * img0 = cvLoadImage ("00.jpg", 0); if (f == '0') {for (y = 1; yheight-2; y ++) {for (x = 1; xwidth-2; x ++) {sp = cvGet2D (img0, y, x); if (sp.val [0]> 50) {Writepoints (); n ++;}}}} else {for (y = 1; yheight-2; y ++) {for (x = 1; xwidth-2; x ++) { sp = cvGet2D (img1, y, x); if (sp.val [0]> 50) {Writepoints (); n ++;}}}} bộ đệm char [33]; itoa (n, bộ đệm, 10); fprintf (NuPu, "Fin:"); fprintf (NuPu, bộ đệm); fprintf (NuPu, "\ n"); fclose (NuPu);

cvWaitKey (0); //_execlp("calc.exe "," calc.exe ", argstr, NULL); cvDestroyAllWindows (); cvReleaseImage (& hình ảnh); cvReleaseImage (& img); cvReleaseImage (& img0); cvReleaseImage (& img1); cvReleaseImage (& img2); trả về 0; }

Tái tạo 3D:

#include ////////////////// #ifdef _APPLE_ #include #else #include #include #endif #include #include #include #include #include #include

#define violeta glColor3f (1, 0, 1) #define azul glColor3f (0, 0, 1) #define turkeza glColor3f (0, 1, 1) #define verde glColor3f (0, 1, 0) #define amarillo glColor3f (1, 1, 0) #define naranja glColor3f (1,.3, 0) #define rojo glColor3f (1, 0, 0) using namespace std; int s, Boton = 1, Pulbut = 1; float mx = 0, my = 0, mtx = 0, mty = 0, mtz = -5.0; const int Avance = 1; dòng chuỗi, Aux; char Caracter = 'H'; TẬP TIN * NuPu; int NP, h, w; float G = 0, n = 0, cx [5000], cy [5000], x, y, ax, ay, az; int font = (int) GLUT_BITMAP_8_BY_13; nhãn char tĩnh [100]; đệm char [3]; GLfloat anguloCuboX = 0,0f; GLfloat anguloCuboY = 0,0f; GLfloat anguloEsfera = 0,0f; GLint neo = 500; GLint alto = 500; int hazPerspectiva = 0; void reshape (int width, int height) {glViewport (0, 0, width, height); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); if (hazPerspectiva) gluPerspective (23.0f, (GLfloat) width / (GLfloat) height, 1.0f, 20.0f); else glOrtho (-1, 1, -1, 1, -10, 10); glMatrixMode (GL_MODELVIEW); anchor = chiều rộng; alto = chiều cao; } void Kolorear (int K) {float Hip; x = (cx [s] -320) / 480; y = (cy [s] -240) / 640; Hip = sqrt (pow (x, 2) + pow (y, 2)); if ((Hông> = 0) && (Hông =.07) && (Hông =.14) && (Hông =.21) && (Hông =.28) && (Hông =.35) && (Hông =.42) && (Hip <=. 49)) {violeta;}} void drawNuPu (void) {glColor3f (1, 1, 1); glBegin (GL_LINES); glVertex3f (.2, 0, 0); glVertex3f (-. 2, 0, 0); glVertex3f (0,.2, 0); glVertex3f (0, -.2, 0); glEnd (); rojo; glBegin (GL_POINTS); for (n = 0; n <10; n ++) {for (s = 0; s void setOrthographicProjection () {glMatrixMode (GL_PROJECTION); glPushMatrix (); glLoadIdentity (); gluOrtho2D (0, w, 0, h); glScalef (1, -1, 1); glTranslatef (0, -h, 0); glMatrixMode (GL_MODELVIEW);} void renderBitmapString (float x, float y, void * font, char * string) {char * c; glRasterPos2f (x, y); for (c = string; * c! = '\ 0'; c ++) {glutBitmapCharacter (font, * c);}} void display () {// mx = 468; itoa (mx, buffer, 10); glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // glLoadIdentity (); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); glRasterPos2f (-1,.9); // glutBitmapString (GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24; for s Text = 0 "; s <3; s ++) {glutBitmapCharacter (GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24, buffer [s]);} glTranslatef (mty, -mtx, mtz); glRotatef (mx, 1.0f, 0.0f, 0.0f); glRotatef (my, 0.0f, 1.0f, 0.0f); drawNuPu (); /*glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); glRasterPos2f (.5,.5); // glutBitmapString (GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24, "Hello Text"); glutBitmapCharacter (GLUT_BITMAP_TIMES '7ROMAN_24,' 7ROMAN_24, '7ROMAN_24,' 7ROMAN_24, '7ROMAN_24,'); * / / * glColor3f (1. 0f, 1.0f, 1.0f); setOrthographicProjection (); glPushMatrix (); glLoadIdentity (); phông chữ renderBitmapString (30, 15, (void *), "GLUT Tutorial ---_ ------ _ @ 3D Tech"); * / glFlush (); glutSwapBuffers (); anguloCuboX + = 0,1f; anguloCuboY + = 0,1f; anguloEsfera + = 0,2f; } void init () {glClearColor (0, 0, 0, 0); glEnable (GL_DEPTH_TEST); neo = 500; alto = 500; } void leer () {ifstream myfile ("A: / Respaldo sept 2016 / D / Respaldos / Respaldo compu CICATA abril 2015 / usb1 / rekostruccion 3D en Especialidad CICATA / Software / Reconstruccion 3D / R3d_0 / bin / Debug / NuPu.txt"); if (myfile.is_open ()) {s = 0; while (getline (myfile, line)) {if ((line [0]! = 'N') && (line [0]! = 'F')) {Aux = line; dòng [0] = 48; dòng [1] = 48; dòng [2] = 48; dòng [3] = 48; cy [s] = atoi (line.c_str ()); Aux [4] = 48; Aux [5] = 48; Aux [6] = 48; // Aux [7] = 48; cx [s] = atoi (Aux.c_str ()); s ++; }} myfile.close (); } else cout <1780) NP = 1700; cout <void nhàn rỗi () {display (); } void keyboard (unsigned char key, int x, int y) {switch (key) {case 'p': case 'P': hazPerspectiva = 1; định hình lại (neo, alto); nghỉ; case 'o': case 'O': hazPerspectiva = 0; định hình lại (neo, alto); nghỉ; case 27: // thoát exit (0); nghỉ; }} void raton (int button, int state, int x, int y) {/ * GLUT_LEFT_BUTTON 0 GLUT_MIDDLE_BUTTON 1 GLUT_RIGHT_BUTTON 2 GLUT_DOWN 0 GLUT_UP 1 * / Boton = button; Pulbut = trạng thái; // mx = y; trưng bày(); } void ratmov (int x, int y) {if ((Boton == 0) & (Pulbut == 0)) {mx = y; của tôi = x; } if ((Boton == 2) & (Pulbut == 0)) {mtx = (y / 200) -1; mty = (x / 200) -1; } if ((Boton == 1) & (Pulbut == 0)) {mtz = - (y / 40) -5; } trưng bày(); } int main (int argc, char ** argv) {/ * glutAddMenuEntry () glutAddSubMenu () glutAttachMenu () glutCreateMenu () glutSetMenu () glutStrokeCharacter () glutStrokeLength () * / / * glReadPixels () đọc một khối pixel từ khối pixel frame buffer glGetPixelMapfv () trả về bản đồ pixel được chỉ định glGetPixelMapuiv () trả về bản đồ pixel được chỉ định glGetPointerv () Trả về địa chỉ của con trỏ được chỉ định. * / Init (); leer (); glutInit (& argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); glutInitWindowPosition (50, 50); glutInitWindowSize (neo, alto); glutCreateWindow ("Cubo 1"); trong đó(); glutDisplayFunc (hiển thị); glutReshapeFunc (định hình lại); glutIdleFunc (nhàn rỗi); glutMouseFunc (raton); glutMotionFunc (ratmov); glutKeyboardFunc (bàn phím); glutMainLoop (); trả về 0; }

Bước 5:

cho thời điểm này tôi phải dừng lại! … Nhưng trong chương tiếp theo, tôi hứa với bạn rằng tôi sẽ thực hiện nó trên mâm xôi pi 3 hoặc bảng nano jetson của tôi, đã được gắn trên một số máy bay điều khiển từ xa hoặc trên một số robot nhện để quét nội thất của hang động