Recenze 3D skeneru Structure Sensor

Pokud jste četli mou předchozí recenzi 3D skeneru 3D Systems Sense, víte, že jsem byl ohromen snadnou obsluhou a geometrickými detaily u zařízení s cenou pod 450 EUR. Ale kvalita barevných informací – nebo textur -, které Sense zachycuje, je naprosto nedostačující. To bylo napraveno u modelu Sense 2, který jsem recenzoval později)

V této recenzi testuji snímač struktury vyrobený společností Occipital. Toto zařízení bylo k dispozici také jako 3D Systems iSense, ale tato rebrandovaná verze byla ukončena*.

Senzor Structure jsem získal v nizozemském obchodě s 3D tiskem a 3D skenováním MakerPoint.

Cena

Pokud žijete v USA, Structure Sensor vás na Amazonu vyjde s držákem pro iPad Air 2 na 379 dolarů. Za tuto cenu si je můžete koupit také přímo od společnosti Occipital a máte na výběr z různých držáků a příslušenství pro iPad, jako je širokoúhlý objektiv a profesionální nabíjecí kabel, který dokáže nabíjet snímač Structure a iPad současně!

Pokud žijete v EU a nechcete se trápit s mezinárodní dopravou a dalšími celními náklady a daněmi, můžete si snímač Structure s montážním držákem pořídit nejlépe od společnosti Makerpoint za 499 EUR.

Je kompatibilní se všemi iPady novějšími než iPad 4. generace a iPad mini 2 (dříve známý jako „iPad Mini s Retina displejem“) – včetně nedávno přidané podpory pro iPad Pro 9,7″ & 12,9″.

Testoval jsem ho s nejméně výkonným kompatibilním zařízením, iPadem mini 2, který má 5megapixelový fotoaparát s clonou f/2,4. Snímač je kompatibilní se všemi iPady 4. generace. Vzhledem k tomu, že tento fotoaparát slouží k zachycení barevných detailů, lze s jistotou říci, že při použití novějšího iPadu bude kvalita textur lepší. Například tento iPad Pro 9,7″ má 12megapixelový fotoaparát s rychlejším objektivem se světelností f/2,2. Přesto si myslím, že testování s iPadem mini 2 je skvělým měřítkem a tento iPad se stále prodává za 265 eur, takže celkové minimální náklady na snímač + držák + iPad činí 765 eur – což je stále mnohem méně než u mnoha jiných 3D skenerů. (Všechny ceny, které uvádím, jsou v eurech a zahrnují 21% nizozemskou DPH).

Snímač struktury jsem testoval se třemi různými aplikacemi, kterým se budu věnovat ve třech různých částech této recenze:

1. Vlastní aplikace společnosti Accipital pro iPad
2. Aplikace třetí strany itSeez3D pro iPad, kterou jsem recenzoval, a
3. Software Skanect společnosti Accipital pro Mac a Windows (recenze konečně vyjde v 1. čtvrtletí 2017)

Nastavení hardwaru

Připojení držáku

Nejprve, je třeba připevnit snímač struktury k držáku – oba jsou k dispozici se stříbrným nebo modrým hliníkem – pro vaše zařízení. Součástí snímače jsou 4 šrouby a šroubovák. Držák může být oficiální, ale můžete si také objednat 3D tištěné verze přes Shapeways nebo si jej stáhnout z Thingiverse a sami si jej vytisknout na 3D tiskárně. Senzor Structure je tímto způsobem velmi „otevřený“ a přizpůsobitelný systém. Společnost Occipital dokonce na své webové stránky pro vývojáře umístila výkresy CAD, takže si můžete navrhnout vlastní držák. Vývojáři, kteří chtějí se senzorem experimentovat i mimo jeho použití s iPadem, si mohou také za 50 eur koupit USB hackerský kabel a připojit senzor přímo k libovolnému zvolenému zařízení.

3D tisk krytky objektivu

Držáky jsou navrženy tak, aby se daly snadno sejmout z iPadu. To je příjemné, protože stejně jako já budete mít pravděpodobně nějaké pouzdro nebo obal na ochranu iPadu při přepravě. Senzor Structure se bohužel nedodává s žádným pouzdrem na přenášení. A i když je držák s připevněným senzorem dostatečně pevný na to, aby se dal převážet v jedné z bočních kapes mé brašny na notebook, nechci, aby se sklo poškrábalo. Krytka objektivu není součástí dodávky, takže jsem si z Thingiverse stáhl tuto krytku objektivu snímače Structure a sám si ji vytiskl na 3D tiskárně. Pokud sami nemáte 3D tiskárnu, pravděpodobně bydlíte poblíž 3D Hubu, který vám pomůže.

Kalibrace snímače

Před prvním použitím snímače Structure je třeba jej zkalibrovat. Je to hlavně proto, že k zachycení barevných informací se používá nativní zadní RGB kamera iPadu a její umístění se u různých modelů iPadu liší. Z tohoto důvodu je třeba kompenzovat posun mezi kamerou iPadu a infračervenou kamerou snímače Structure Sensor.

K dispozici je speciální aplikace Kalibrátor, která tento proces velmi usnadňuje: stačí vyjít ven za jasného dne a namířit snímač na něco, kde je hodně detailů. Aplikace automaticky sleduje některé detaily, aby provedla největší část kalibrace, a v případě potřeby vám umožní ji následně doladit.

3D skenování pomocí aplikace Occipital Scanner

Nativní aplikace Scanner je poměrně jednoduchá. Stačí ji namířit na osobu nebo objekt, který chcete snímat, a gestem dvou prstů zvětšit měřítko indikačního pole tak, aby odpovídalo velikosti objektu, který bude také zvýrazněn.

Jsou pouze dvě možnosti:

1. Skenovat pomocí „starého trackeru“, který využívá pouze informace o tvaru, nebo použít „nový tracker“, který ke sledování skenovaného objektu využívá také informace o barvě. Nevidím důvod, proč používat starý tracker, protože skenování bez informace o barvě ztěžuje nebo znemožňuje skenování jednolitých objektů bez mnoha geometrických detailů.
2. „Nízké rozlišení“ nebo „Vysoké rozlišení“ Barva. Z mých testů vyplývá, že rozdíl mezi nimi je v tom, že první z nich vypisuje texturní mapu v rozlišení 2K (2048 x 2049 pixelů – neboli 4,2 megapixelů) a druhá verzi v rozlišení 4K (4096 x 4096 pixelů – 16,8 megapixelů).

Ve verzi s vysokým rozlišením trvá vykreslování, resp. výpočet o něco déle. Probíhá to na samotném iPadu a můj iPad mini 2 je jedním z nejpomalejších kompatibilních iPadů. Přesná doba závisí na velikosti a složitosti předmětu. Během této doby nemůžete provést nové skenování.

Skenování pomocí otočného stolu

Trojrozměrné skenování můžete provádět buď volným pohybem po objektu, nebo pomocí otočného stolu. Níže je video s postupem skenování pomocí otočného stolu IKEA SNUDDA za 6 € a stojanu na tablet od společnosti Xenos za 4 €. Je přehráváno čtyřnásobnou rychlostí oproti originálu (proto ten vysokofrekvenční zvuk 3D tiskárny v pozadí).

Jak vidíte, položil jsem Teddyho na knihu (přesněji na úžasnou knihu The Art of The Last of Us). Díky tomu je pro RGB tracker snazší správně sledovat objekt při otáčení. Aplikace měla problémy zejména se sledováním bočního pohledu na medvídka bez knihy. Kromě přirozeného světla z oken ve studiu jsem použil pouze 55wattové světlo s malým softboxem (na videu je vidět vpravo).

Po dokončení vykreslování si můžete prohlédnout sken a exportovat jej přes e-mail jako 3D model ve formátu .OBJ se samostatnou mapou textur ve formátu .JPG. V iPadu bohužel není možnost ukládat skeny, takže před vytvořením nového skenu musíte mít připojení k internetu, abyste jej mohli odeslat e-mailem. Soubor .OBJ se odešle e-mailem jako soubor .ZIP obsahující model a soubory textur. Tento soubor .ZIP lze nahrát přímo na Sketchfab:

Kvalita skenování mě překvapila. Zejména s ohledem na to, že „vyrenderování“ geometrie nezabralo žádný čas a vykreslení textur na relativně pomalém iPadu mini trvalo jen minutu. Kvalita barev se nachází někde mezi rozmazanými texturami 3D Systems Cubify Sense (klikněte pro referenční sken stejného modelu) a ostřejším výsledkem fotogrammetrie s bezplatnou aplikací Autodesk 123D Catch. Řekl bych, že takový sken je použitelný pro mnoho neprůmyslových účelů a pravděpodobně byste získali lepší textury z iPadu vyšší třídy. Tím, že jsem takto skenoval z pevného úhlu, jsem nebyl schopen zachytit područky Teddyho.

Volné skenování

Pro další příklad jsem si vybral větší a méně načechraný objekt: malý sud na olej, který byl upraven na koš (na Bali prostřednictvím obchodu Fair Trade Jansje). Položil jsem ho na další z veselých – a dokonale sledovatelných – prostírání své dcery na náš jídelní stůl a volně jsem se kolem něj procházel a sem tam se zastavil, když mě o to aplikace požádala. Na těchto zastávkách pořídí fotografii pro textury. Překvapilo mě, jak hladký je tento zážitek a jak dobře software objekt sledoval – nikdy ho neztratil! A to při posledním kousku odpoledního denního světla a dvou tlumených stropních lampách, takže zdaleka ne v ideálních světelných podmínkách.

Níže je výsledek výše uvedené relace snímání. Jak vidíte, nezachytilo to úplně kliku na víku, ale kliky po stranách jsou v pořádku. Textura v pořádku, ale není tak ostrá, jak jsem doufal. Sešití textur je však docela dobré.

Skenování lidí

Protože jsem požádal svého obchodního partnera Patricka, aby byl modelem pro recenzi 3D skeneru Cubify Sense, požádal jsem ho, aby si do kanceláře vzal úplně stejnou košili pro dokonalé srovnání. Jak vidíte, byl velmi spokojený.

Jak vidíte níže, výsledek je mnohem lepší než u modelu Sense. Rozlišení je trochu nízké – jak z hlediska geometrie, tak textury – ale po naskenování nevyžadovalo žádné vykreslování pro síť a jen minutu pro informace o textuře. Podle mě to tak trochu vypadá jako postavička z videohry. Patrick díky tomu také vypadá o deset let mladší…

Skenování venku

Technologie strukturovaného světla, kterou snímač Structure Sensor používá k zachycení hloubky, je skvělá pro 3D skenování v interiéru. Při pokusu o snímání objektů mimo pohodlí mého studia jsem rychle narazil na omezení. Jak můžete vidět na kalibračním snímku na začátku tohoto příspěvku, infračervená kamera má problém zachytit detaily na jasném slunečním světle, natož aby viděla promítaný laserový vzor.

Provedl jsem tedy několik pokusů za zamračeného dne – kterých je v Nizozemsku dost. Níže je typicky nizozemský odpadkový koš.

Znovu mě překvapilo hladké sledování: i bez rovného povrchu podlahy byl odpadkový koš sledován hladce. Bylo trochu obtížné zachytit záda bez pádu do kanálu, ale podařilo se mi to docela dobře, protože zřejmě nevadí, když objekt na chvíli vyjede ze záběru, protože se sleduje i jeho okolí.

Níže je výsledek snímání. K dokonalosti to má daleko, ale zajímavé mi přijde zejména to, že v místě, kde je vytištěna ikona, je díra. Tmavě zelená barva koše zřejmě pohlcuje dostatek slunečního světla, aby infračervený snímač detekoval laserový vzor, ale bílá ikona je prostě příliš světlá. Také tam létá spousta částic, o kterých jsem si jistý, že ve skutečnosti nebyly přítomny.

Níže je další venkovní sken holandské poštovní schránky, když bylo trochu více slunečního světla. Stinná strana objektu a stěna jsou zachyceny slušně, ale strana obrácená ke slunci byla pro snímač struktury zcela neviditelná. Výsledek je poměrně zajímavý, ale samozřejmě nepoužitelný.

3D skenování interiérů pomocí aplikace Room Scanner

Poslední aplikací, kterou se budu zabývat v této části recenze, je aplikace Occipitals Room Scanner. Je naprosto blbuvzdorná: pomocí posuvníku vizuálně označíte velikost místnosti, kterou se chystáte skenovat, stisknete skenování a pohybujete se, dokud není každý povrch pokryt zelenými polygony. Bohužel vás aplikace nutí zůstat víceméně na jednom místě, takže nemůžete volně chodit po místnosti a skenovat za rohy.

Její užitečnost značně závisí na účelu. Jak můžete vidět níže, kvalita výstupu je příliš nízká – jak z hlediska geometrie, tak textury – na to, aby se dala použít k jakémukoli účelu, který má být esteticky příjemný (můžete se porozhlédnout v interaktivním vloženém Sketchfabu níže, když změníte navigaci z Orbit na First Person pomocí ikon v pravém dolním rohu)

Napadá mě však několik účelů, pro které je aplikace Room Scanner užitečná. Například návrháři herních úrovní ji mohou použít jako rozměrově přesnou referenci při vytváření interiéru pro videohru. Je také velmi užitečná pro rychlé měření, protože vytvoření skenu trvá jen minutu a aplikace má vestavěnou funkci měření.

Zabalení 1. části

Je dobré si uvědomit, že aplikace Scanner společnosti Occipital jsou vzorky pro demonstraci nových funkcí, které jsou ohlášeny každých několik měsíců. Například v březnu 2015 bylo představeno SDK 0.4, které nabídlo Nový tracker, o kterém jsem psal dříve, a také možnost výstupu sítí s UV texturou. Dřívější verze zřejmě používaly barvení per-vertex, které poskytovalo stejně nekvalitní barevné informace, jaké mě zklamaly v mé recenzi 3D Systems Sense.

Takže… Structure Sensor má SDK, které umožňuje vývojářům třetích stran vytvářet vlastní aplikace pro nejrůznější účely. Lze jej například použít k vytváření zážitků ve virtuální &rozšířené realitě. Pro tuto recenzi jej však používám pouze jako 3D skener pro iPad a pro tento účel existuje pouze jedna aplikace třetí strany – Seez3D – která pro podrobnější skenování využívá cloudové zpracování

.