Structure Sensor 3D Scanner Review

Se avete letto la mia precedente recensione dello scanner 3D Sense di 3D Systems sapete che sono rimasto impressionato dalla facilità d’uso e dai dettagli geometrici per un dispositivo dal prezzo inferiore ai 450 euro. Ma la qualità delle informazioni di colore – o texture – che il Sense cattura sono completamente sottotono. Questo è stato risolto con il Sense 2 che ho recensito più tardi)

In questa recensione sto testando il sensore di struttura fatto da un Occipital. Questo dispositivo era disponibile anche come 3D Systems iSense, ma quella versione rebranded è stata interrotta*.

Ho preso il mio Structure Sensor dal negozio olandese di stampa e scansione 3D MakerPoint.

Prezzi

Se vivete negli Stati Uniti, un Structure Sensor costa 379 dollari con un supporto per iPad Air 2 su Amazon. È anche possibile acquistare direttamente da Occipital per quel prezzo e avere una scelta di varie staffe iPad e accessori come un obiettivo grandangolare e un cavo caricabatterie pro che può caricare il sensore struttura e iPad allo stesso tempo!

Se si vive in UE e non vogliono il fastidio di spedizione internazionale e costi doganali aggiunti e tasse si può meglio ottenere il sensore struttura con staffa di montaggio da Makerpoint per € 499.

E’ compatibile con tutti gli iPad più recenti dell’iPad di quarta generazione e dell’iPad mini 2 (precedentemente noto come “iPad Mini con Retina Display”) – incluso il supporto recentemente aggiunto per l’iPad Pro 9.7″ & 12.9″.

L’ho testato con il dispositivo compatibile meno potente, l’iPad mini 2, che ha una fotocamera da 5 megapixel con apertura f/2.4. Dal momento che questa fotocamera viene utilizzata per catturare i dettagli dei colori, è sicuro di dire che utilizzando un iPad più recente si otterrà una migliore qualità delle texture. Questo iPad Pro 9.7″, per esempio, ha una fotocamera da 12 megapixel con un obiettivo più veloce f/2.2. Detto questo, penso che testare con un iPad mini 2 sia un ottimo punto di riferimento e questo iPad è ancora in vendita per €265, portando il costo totale minimo del sensore + staffa + iPad a €765 – che è ancora molto meno di molti altri scanner 3D. (Tutti i prezzi che menziono sono in euro e includono il 21% di IVA olandese).

Ho testato lo Structure Sensor con 3 diverse applicazioni, che coprirò in 3 diverse parti di questa recensione:

1. Le applicazioni per iPad di Accipital
2. L’applicazione per iPad di terze parti itSeez3D che ho recensito e
3. il software Skanect di Accipital per Mac e Windows (recensione finalmente in arrivo nel 1° trimestre 2017)

Impostazione dell’hardware

Fissaggio della staffa

In primo luogo, è necessario fissare il sensore di struttura alla staffa – entrambi sono disponibili con alluminio argento o blu – per il vostro dispositivo. Il sensore include 4 viti e un cacciavite. La staffa può essere quella ufficiale, ma è anche possibile ordinare versioni stampate in 3D attraverso Shapeways o scaricarne una da Thingiverse e stamparla in 3D da soli. Lo Structure Sensor è un sistema molto “aperto” e personalizzabile in questo modo. Occipital ha anche messo i disegni CAD sul suo sito web per sviluppatori in modo da poter progettare la propria staffa. Gli sviluppatori che vogliono sperimentare il sensore oltre ad usarlo con un iPad, possono anche acquistare un cavo USB Hacker da 50 euro per attaccare il sensore direttamente a qualsiasi dispositivo scelto.

Stampando in 3D un tappo per la lente

Le staffe sono progettate per essere facilmente rimosse dall’iPad. Questo è bello, perché come me avrete probabilmente una custodia o una manica di qualche tipo per proteggere il vostro iPad durante il trasporto. Purtroppo, il sensore di struttura non viene fornito con qualsiasi tipo di custodia per il trasporto. E mentre la staffa con il sensore attaccato è abbastanza robusta da essere trasportata in una delle tasche laterali della borsa del mio portatile, non voglio graffi sul vetro. Un copriobiettivo non è incluso, così ho scaricato questo Structure Sensor Lens Cap da Thingiverse e ne ho stampato uno in 3D. Se non avete una stampante 3D da soli, probabilmente vivete vicino a un 3D Hub che può aiutarvi.

Calibrazione del sensore

Prima di usare il sensore della struttura per la prima volta, deve essere calibrato. Ciò è dovuto principalmente al fatto che la fotocamera RGB nativa posteriore dell’iPad viene utilizzata per catturare le informazioni sul colore e la posizione della fotocamera varia nei diversi modelli di iPad. A causa di questo l’offset tra la fotocamera dell’iPad e la fotocamera a infrarossi sul sensore di struttura deve essere compensato.

C’è un’app Calibrator dedicata che rende il processo molto facile: basta uscire in una giornata luminosa e puntare il sensore verso qualcosa con un sacco di dettagli. L’app traccerà automaticamente alcuni dettagli per fare la maggior parte della calibrazione e ti permetterà di metterla a punto in seguito, se necessario.

Scansione 3D con l’app Scanner Occipitale

L’app nativa Scanner è piuttosto semplice. Basta puntare verso la persona o l’oggetto che si desidera catturare e utilizzare un gesto a due dita per scalare il riquadro indicatore in modo che corrisponda alle dimensioni del soggetto, che sarà anche evidenziato.

Ci sono solo due opzioni:

1. Scansionare utilizzando il “Vecchio Tracker” che utilizza solo informazioni di forma o utilizzare il “Nuovo Tracker” che utilizza anche informazioni di colore per tenere traccia dell’oggetto che stai scansionando. Non vedo ragioni per usare il vecchio tracker, perché la scansione senza informazioni sul colore rende difficile o impossibile la scansione di oggetti uniformi senza molti dettagli geometrici.
2. Colore “Bassa risoluzione” o “Alta risoluzione”. Dai miei test, la differenza tra i due è che il primo produce una mappa texture 2K (2048 x 2049 pixel – o 4,2 megapixel) e il secondo una versione 4K (4096 x 4096 pixel – 16,8 megapixel).

La versione ad alta risoluzione richiede un po’ più tempo per il rendering, o il calcolo. Questo viene fatto sull’iPad stesso e il mio iPad mini 2 è uno degli iPad compatibili più lenti. Il tempo esatto dipende dalle dimensioni e dalla complessità del soggetto. Durante questo tempo non è possibile fare una nuova scansione.

Scansione con una piattaforma girevole

È possibile fare scansioni 3D sia muovendosi liberamente intorno a un oggetto o utilizzando una piattaforma girevole. Qui sotto c’è un video del processo di scansione con l’aiuto di un giradischi IKEA SNUDDA da 6 euro e un supporto per tablet di Xenos da 4 euro. Viene riprodotto a 4 volte la velocità originale (da qui il suono acuto della stampante 3D in sottofondo).

Come potete vedere ho messo Teddy sopra un libro (il meraviglioso The Art of The Last of Us, per essere precisi). Questo rende più facile per il tracker RGB tracciare correttamente l’oggetto durante la rotazione. L’app ha avuto particolarmente difficoltà a tracciare la vista laterale dell’orso senza il libro. A parte la luce naturale dalle finestre dello studio, ho usato solo una luce da 55 Watt con una piccola softbox (visibile sulla destra nel video).

Quando il rendering è finito, è possibile visualizzare in anteprima la scansione ed esportarla via e-mail come modello 3D .OBJ con mappa texture separata in formato .JPG. Sfortunatamente non c’è modo di salvare le scansioni sull’iPad, quindi è necessario avere una connessione internet per inviare via email la scansione prima di farne una nuova. Il .OBJ viene inviato via e-mail come un .ZIP contenente il modello e i file delle texture. Il .ZIP può essere caricato direttamente su Sketchfab:

Sono rimasto sorpreso dalla qualità della scansione. Soprattutto considerando che non ci è voluto tempo per “renderizzare” la geometria e solo un minuto per renderizzare le texture su un iPad mini relativamente lento. La qualità dei colori si colloca da qualche parte tra le texture sfocate del 3D Systems Cubify Sense (clicca per la scansione di riferimento dello stesso modello) e il risultato più nitido della fotogrammetria con l’applicazione gratuita Autodesk 123D Catch. Direi che una scansione come questa è utilizzabile per molti scopi non industriali e probabilmente si otterrebbero texture migliori da un iPad di fascia alta. Scansionando in questo modo da un angolo fisso non sono stato in grado di catturare sotto le braccia di Teddy.

Free Scanning

Per il prossimo esempio ho scelto un oggetto più grande e meno soffice: un piccolo bidone di olio che è stato modificato in un cestino (a Bali attraverso il negozio di commercio equo e solidale Jansje). L’ho messo su un’altra delle tovagliette allegre e perfettamente rintracciabili di mia figlia sul nostro tavolo da pranzo e ci ho camminato intorno liberamente, fermandomi di tanto in tanto quando l’app me lo chiedeva. A quelle fermate scatta una foto per le texture. Sono rimasto sorpreso di quanto sia fluida questa esperienza e di quanto bene il software abbia tracciato l’oggetto – non l’ha mai perso! E questo con l’ultimo pezzo di luce del pomeriggio e due lampade a soffitto oscurate, quindi lontano dalle condizioni di luce perfette.

Di seguito il risultato della sessione di scansione di cui sopra. Come potete vedere non ha catturato completamente la maniglia sul coperchio, ma le maniglie sui lati sono a posto. La texture va bene, ma non così nitida come avevo sperato. La cucitura delle texture abbastanza buona, però.

Scansione di persone

Siccome ho chiesto al mio socio Patrick di fare da modello per la recensione di Cubify Sense 3D Scanner, gli ho chiesto di indossare la stessa camicia in ufficio per un confronto perfetto. Come potete vedere era molto contento.

Come potete vedere qui sotto, il risultato è molto meglio di quello del Sense. La risoluzione è un po’ bassa, sia in termini di geometria che di texture, ma non ha richiesto alcun rendering dopo la scansione per la mesh e solo un minuto per le informazioni sulla texture. A me sembra un po’ il personaggio di un videogioco. Fa anche sembrare Patrick 10 anni più giovane…

Scansione all’aperto

La tecnologia della luce strutturata che lo Structure Sensor usa per catturare la profondità è ottima per la scansione 3D in interni. Provando a catturare oggetti fuori dal comfort del mio studio, mi sono subito imbattuto nelle limitazioni. Come si può vedere nell’immagine di calibrazione all’inizio di questo post, la fotocamera a infrarossi ha difficoltà a catturare i dettagli in piena luce del sole, per non parlare di vedere il modello laser proiettato.

Così ho fatto alcuni esperimenti in una giornata nuvolosa – e ce ne sono abbastanza in Olanda. Qui sotto c’è un cestino tipicamente olandese.

Ancora una volta sono stato sorpreso dal tracciamento regolare: anche senza una superficie piana il cestino è stato tracciato senza problemi. È stato un po’ difficile catturare il retro senza cadere nel canale, ma ci sono riuscito abbastanza bene perché apparentemente non importa se l’oggetto esce dall’inquadratura per un momento, perché anche i suoi dintorni vengono tracciati.

Di seguito il risultato della scansione. È tutt’altro che perfetto, ma trovo particolarmente interessante che ci sia un buco dove è stampata l’icona. Apparentemente il verde scuro del bidone assorbe abbastanza luce solare perché il sensore a infrarossi rilevi il modello laser, ma l’icona bianca è semplicemente troppo luminosa. Ci sono anche un sacco di particelle che volano in giro e che sono abbastanza sicuro non fossero presenti nella realtà.

Di seguito un’altra scansione all’aperto di una cassetta postale olandese quando c’era un po’ più di luce solare. Il lato in ombra dell’oggetto e il muro sono catturati decentemente, ma il lato rivolto al sole era totalmente invisibile al sensore di struttura. Il risultato è piuttosto interessante, ma ovviamente non utilizzabile.

Scansione 3D di interni con l’App Room Scanner

L’ultima applicazione che tratterò in questa parte della recensione è Occipitals Room Scanner App. È completamente infallibile: usa il cursore per indicare visivamente le dimensioni della stanza che stai per scansionare, premi scan e muoviti finché ogni superficie è coperta da poligoni verdi. Sfortunatamente, l’app ti costringe a stare più o meno in un posto, quindi non puoi camminare liberamente in una stanza per scansionare gli angoli.

La sua utilità dipende molto dallo scopo. Come potete vedere qui sotto, la qualità dell’output è troppo bassa – sia in termini di geometria che di texture – per essere utilizzata per qualsiasi scopo che abbia bisogno di essere esteticamente piacevole (potete dare un’occhiata all’embed interattivo di Sketchfab qui sotto cambiando la navigazione da Orbit a First Person con le icone nell’angolo in basso a destra)

Tuttavia, posso pensare ad alcuni scopi per cui l’app Room Scanner è utile. Per esempio, i progettisti di livelli di gioco possono usarla come riferimento dimensionale preciso per creare un interno per un videogioco. È anche molto utile per prendere misure veloci, perché fare una scansione richiede solo un minuto e l’app ha una funzione di misurazione incorporata.

Concludendo Parte 1

È bene capire che le app Scanner di Occipital sono campioni per dimostrare nuove funzionalità che vengono annunciate ogni pochi mesi. Per esempio, nel marzo 2015 è stato introdotto l’SDK 0.4, che offre il New Tracker di cui ho scritto prima, così come la capacità di emettere mesh con texture UV. Le versioni precedenti apparentemente utilizzavano la colorazione per-vertex che forniva le stesse informazioni di bassa qualità del colore che mi hanno deluso nella mia 3D Systems Sense Review.

Così… il sensore di struttura ha un SDK che permette agli sviluppatori di terze parti di creare le proprie applicazioni per tutti i tipi di scopi. Per esempio, può essere usato per creare esperienze di Realtà Virtuale &Aumentata. Tuttavia, per questa recensione lo sto semplicemente usando come uno scanner 3D basato su iPad e per questo scopo c’è solo un’app di terze parti – Seez3D – che utilizza l’elaborazione delle nuvole per scansioni più dettagliate.