Revisão do Scanner 3D do Sensor de Estrutura

Se você leu minha Revisão anterior do Scanner 3D do Sense dos Sistemas 3D, você sabe que eu fiquei impressionado com a facilidade de uso e detalhes geométricos para um dispositivo com preço abaixo de 450 euros. Mas a qualidade das informações de cor – ou texturas – as capturas do Sense são completamente abaixo do esperado. Isto foi corrigido com o Sense 2 que revi mais tarde)

Nesta Revisão estou testando o Sensor de Estrutura feito por um Occipital. Este dispositivo também estava disponível como o iSense 3D Systems, mas essa versão rebranded foi descontinuada*.

I got my Structure Sensor from the Dutch 3D Printing and 3D Scanning Store MakerPoint.

Pricing

Se você mora nos EUA, um Sensor de Estrutura custará $379 com um suporte para iPad Air 2 na Amazon. Você também pode comprá-los diretamente da Occipital por esse preço e ter uma escolha de vários suportes e acessórios para iPad, como uma lente grande angular e um cabo carregador profissional que pode carregar o Sensor de Estrutura e iPad ao mesmo tempo!

Se você mora na UE e não quer o incômodo do transporte internacional e custos alfandegários e impostos adicionais, você pode obter o Sensor de Estrutura com suporte de encaixe da Makerpoint por 499 euros.

É compatível com todos os iPads mais novos que o 4º Gen iPad e iPad mini 2 (anteriormente conhecido como “iPad Mini com tela Retina”) – incluindo suporte recentemente adicionado para o iPad Pro 9.7″ & 12.9″.

Testei-o com o dispositivo compatível menos potente, o iPad mini 2, que tem uma câmera de 5 megapixels com uma abertura de f/2.4. Como essa câmera é usada para capturar detalhes de cores, é seguro dizer que usar um iPad mais novo resultará em melhor qualidade de textura. Este iPad Pro 9.7″, por exemplo, tem uma câmera de 12 megapixels com uma abertura de f/2.2 mais rápida. Dito isto, acho que testar com um iPad mini 2 é uma grande referência e este iPad ainda está sendo vendido por 265 euros, elevando o custo total mínimo do Sensor + Suporte + iPad para 765 euros – o que ainda é muito menor do que muitos outros Scanners 3D. (Todos os preços que menciono estão em Euros e incluem 21% de IVA holandês).

Testei o Sensor de Estrutura com 3 aplicações diferentes, que irei cobrir em 3 partes diferentes desta Revisão:

1. As próprias aplicações para iPad da Occipital
2. A aplicação para iPad itSeez3D de terceiros que eu revi e
3. O software Skanect da Occipital para Mac e Windows (Revisão finalmente a chegar Q1 2017)

Configurar o Hardware

Aparar o Suporte

Primeiro, você precisa fixar o Sensor de Estrutura ao suporte – ambos estão disponíveis com alumínio prata ou azul – para o seu dispositivo. O sensor inclui 4 parafusos e uma chave de fenda. O suporte pode ser oficial, mas você também pode encomendar versões impressas em 3D através da Shapeways ou fazer o download de um a partir do Thingiverse e 3D Print it yourself. O sensor de estrutura é um sistema muito “aberto” e personalizável desta forma. A Occipital até colocou desenhos CAD no seu site de desenvolvimento para que você possa desenhar o seu próprio suporte. Os desenvolvedores que querem experimentar com o sensor além de usá-lo com um iPad, também podem comprar um Cabo Hacker USB de 50 euros para fixar o sensor diretamente em qualquer dispositivo escolhido.

3D Impressão de uma tampa de lente

Os suportes são projetados para serem facilmente removidos do iPad. Isto é bom, porque como eu, você provavelmente terá um estojo ou manga de algum tipo para proteger o seu iPad durante o transporte. Infelizmente, o sensor de estrutura não vem com qualquer tipo de bolsa de transporte. E enquanto o suporte com o sensor acoplado é robusto o suficiente para transportar em um dos bolsos laterais da bolsa do meu laptop, eu não quero nenhum arranhão no vidro. A tampa da lente não está incluída, por isso fiz o download desta tampa da lente com sensor de estrutura no Thingiverse e eu próprio imprimi uma em 3D. Se você mesmo não tiver uma impressora 3D, você provavelmente viverá perto de um Hub 3D que pode ajudá-lo.

Calibrando o Sensor

Antes de usar o Sensor de Estrutura pela primeira vez, ele tem que ser calibrado. Isso ocorre principalmente porque a câmera RGB traseira nativa do iPad é usada para capturar as informações de cor e a localização da câmera varia nos diferentes modelos de iPad. Por causa disso, o offset entre a câmera do iPad e a câmera infravermelha no Sensor de Estrutura tem que ser compensado.

Existe um aplicativo dedicado ao Calibrador que torna o processo muito fácil: basta ir lá fora em um dia brilhante e apontar o sensor para algo com muito detalhe. O aplicativo irá rastrear alguns detalhes automaticamente para fazer a maior parte da calibração e vamos afiná-lo depois se necessário.

3D Scanning with the Occipital Scanner App

O aplicativo nativo do Scanner é bem direto para frente. Basta apontar para a pessoa ou objeto que você deseja capturar e usar um gesto de dois dedos para escalar a caixa indicadora de modo que ela combine com o tamanho do objeto, que também será destacado.

Existem apenas duas opções:

1. Scan usando o “Old Tracker” que usa apenas informações de forma ou use o “New Tracker” que também usa informações de cor para manter o controle do objeto que você está escaneando. Não vejo razão para usar o rastreador antigo, porque a digitalização sem informações de cor torna difícil ou impossível digitalizar objetos uniformes sem muitos detalhes geométricos.
2. Cor “Baixa Resolução” ou “Alta Resolução”. Dos meus testes, a diferença entre os dois é que o primeiro produz um mapa de textura de 2K (2048 x 2049 pixels – ou 4,2 megapixels) e o segundo um mapa de textura de 4K (4096 x 4096 pixels – 16,8 megapixels) versão.

A versão de alta resolução leva um pouco mais de tempo para renderizar, ou calcular. Isto é feito no próprio iPad e o meu iPad mini 2 é um dos iPads compatíveis mais lentos. O tempo exato depende do tamanho e da complexidade do assunto. Durante este tempo você não pode fazer um novo scan.

Scanning com uma mesa giratória

Você pode fazer scans 3D movendo-se livremente em torno de um objeto ou usando uma mesa giratória. Abaixo está um vídeo do processo de digitalização com a ajuda de uma mesa giratória IKEA SNUDDA de 6 euros e um suporte para comprimidos de 4 euros da Xenos. É reproduzido a 4 vezes a velocidade original (daí o som da impressora 3D de alta velocidade ao fundo).

Como pode ver, coloquei o Teddy em cima de um livro (a maravilhosa The Art of The Last of Us, para ser mais preciso). Isto torna mais fácil para o rastreador RGB rastrear corretamente o objeto enquanto ele roda. O aplicativo particularmente teve dificuldades em rastrear a visão lateral do urso sem o livro. Além da luz natural das janelas do estúdio, eu só usei uma luz de 55 Watts com uma pequena softbox (visível à direita no vídeo).

Quando a renderização é feita, você pode pré-visualizar a digitalização e exportá-la através de e-mail como um modelo 3D .OBJ com mapa de textura separado no formato .JPG. Infelizmente não há como salvar suas varreduras no iPad, então você precisa ter uma conexão de internet para enviar a varredura por e-mail antes de fazer uma nova. O .OBJ é enviado por e-mail como um .ZIP contendo o modelo e os arquivos de textura. O .ZIP pode ser carregado diretamente para Sketchfab:

I ficou surpreso com a qualidade da varredura. Especialmente levado em conta que não levou tempo para “renderizar” a geometria e apenas um minuto para renderizar as texturas em um mini iPad relativamente lento. A qualidade da cor está algures entre as texturas desfocadas do sistema 3D Cubify Sense (clique para uma digitalização de referência do mesmo modelo) e o resultado mais nítido da Photogrammetry com o aplicativo gratuito Autodesk 123D Catch. Eu diria que um scan como este é utilizável para muitos fins não industriais e você provavelmente obteria melhores texturas de um iPad de alta qualidade. Ao escanear assim de um ângulo fixo não vou conseguir capturar sob os braços do Teddy.

Free Scanning

Para o próximo exemplo escolhi um objeto maior e menos fofo: um pequeno tambor de óleo que foi modificado para uma cesta (em Bali através da loja Fair Trade Jansje). Coloquei-o em mais um dos lugares alegres e perfeitamente rastreáveis da minha filha na nossa mesa de jantar e caminhei livremente ao redor dele, parando de vez em quando quando quando solicitado pelo aplicativo. Nessas paragens, tira uma fotografia para as texturas. Fiquei surpreso como esta experiência é suave e como o software rastreou bem o objeto – nunca o perdeu! E isto é com o último pedaço de luz do dia à tarde e duas lâmpadas de teto escurecidas, tão longe das perfeitas condições de iluminação.

Below é o resultado da sessão de digitalização acima. Como podem ver não capturou completamente a pega na tampa mas as pegas dos lados estão bem. A textura está bem, mas não tão nítida como eu esperava. A costura das texturas é bastante boa, no entanto.

Scanning People

Desde que pedi ao meu parceiro de negócios Patrick para modelar para o Cubify Sense 3D Scanner Review, pedi-lhe para usar a mesma camisa para o escritório para uma comparação perfeita. Como você pode ver ele ficou muito feliz.

Como você pode ver abaixo, o resultado é muito melhor do que o do Sense. A resolução é um pouco baixa – tanto em termos de geometria como de textura – mas não requereu nenhuma renderização após a digitalização da malha e apenas um minuto para a informação da textura. Para mim parece um personagem de videojogo. Também faz Patrick parecer 10 anos mais novo…

Scanning Outdoors

A tecnologia Structured Light que o sensor de estrutura usa para capturar profundidade é ótima para digitalização 3D em ambientes internos. Ao tentar capturar objectos fora do conforto do meu estúdio, deparei-me rapidamente com as limitações. Como você pode ver na imagem de calibração no início deste post, a câmera infravermelha tem dificuldade em capturar detalhes sob a luz solar brilhante, quanto mais ver o padrão projetado do laser.

Então eu fiz alguns experimentos em um dia nublado – dos quais já existem o suficiente na Holanda. Abaixo está um caixote de lixo tipicamente holandês.

Again I was surprised by the smooth tracking: even without a flat floor surface the litter bin was tracked smoothly. Foi um pouco difícil capturar as costas sem cair no canal, mas consegui bastante bem porque aparentemente não importa se o objecto sai do enquadramento por um momento, porque o seu ambiente também é rastreado.

Below é o resultado do rastreio. Está longe de ser perfeito, mas eu acho especialmente interessante que haja um buraco onde o ícone é impresso. Aparentemente o verde escuro do caixote do lixo absorve luz solar suficiente para o sensor infravermelho detectar o padrão do laser, mas o ícone branco é simplesmente muito brilhante. Há também um monte de partículas voando ao redor que eu tenho certeza que não estavam presentes na realidade.

Below é outro scan ao ar livre de uma caixa de correio holandesa quando havia um pouco mais de luz solar. O lado sombra do objeto e a parede são capturados decentemente, mas o lado que está de frente para o sol era totalmente invisível para o Sensor de Estrutura. O resultado é bastante interessante, mas não utilizável, claro.

3D Scanning interiors with the Room Scanner App

A última aplicação que irei cobrir nesta parte da revisão é Occipitals Room Scanner App. É completamente infalível: use o controle deslizante para indicar visualmente o tamanho da sala que você está prestes a escanear, bater a varredura e mover-se até que cada superfície esteja coberta por polígonos verdes. Infelizmente, o aplicativo força você a ficar mais ou menos em um lugar, então você não pode andar livremente por uma sala para escanear os cantos.

A sua utilidade depende muito do propósito. Como você pode ver abaixo, a qualidade de saída é muito baixa – tanto em termos de geometria como de textura – para usar para qualquer propósito que precise ser esteticamente agradável (você pode olhar ao redor no embutido interativo do Sketchfab abaixo mudando a navegação de Orbit para First Person com os ícones no canto inferior direito)

No entanto, posso pensar em alguns propósitos para os quais o aplicativo Room Scanner é útil. Por exemplo, designers de nível de jogo podem usá-la como uma referência dimensionalmente precisa para criar um interior para um jogo de vídeo. Também é muito útil para fazer medições rápidas, porque fazer um scan demora apenas um minuto e o aplicativo tem um recurso de medição incorporado.

Brapar Parte 1

É bom perceber que os aplicativos Occipital’s Scanner são amostras para demonstrar novos recursos que são anunciados a cada poucos meses. Por exemplo, em março de 2015 foi introduzido o SDK 0.4, que ofereceu o New Tracker sobre o qual escrevi anteriormente, bem como a capacidade de produzir malhas com textura UV. Versões anteriores aparentemente usavam cores per-vertex que forneciam as mesmas informações de cores de baixa qualidade que desapontaram a minha na minha 3D Systems Sense Review.

Então… o Sensor de Estrutura tem um SDK que permite que desenvolvedores de terceiros criem seus próprios aplicativos para todos os tipos de propósitos. Por exemplo, ele pode ser usado para criar experiências de Realidade Virtual & Realidade Aumentada. No entanto, para esta Revisão estou apenas usando-o como um Scanner 3D baseado em iPad e para esse fim existe apenas um aplicativo de terceiros – o Seez3D – que usa processamento em nuvem para varreduras mais detalhadas.