Artec Studio - Руководство пользователя by Artec Group

Содержание Краткое руководство по 3D сканированиию

1 Начало работы 1.1 Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Системные требования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Условные обозначения и сокращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 Учетная запись пользователя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7 Активация сканера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7.1 Установка Artec Installation Center . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7.2 Активация 3D-сканера с установленным Artec Installation Center 1.8 Установка Artec Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.9 Офлайн-активация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.10 Деактивация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.11 Управление 3D-сканерами и ПО Artec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12 Первые шаги в Artec Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12.1 Первичные настройки приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12.2 Главное окно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

2 Сканирование 2.1 Подготовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Подключение сканера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Настройки алгоритмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Настройка 3D-сканера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Использование 3D-сканера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Алгоритмы сканирования и методы позиционирования . . . . . . . . . . . 2.2.2 Принципы сканирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Особенности сканирования с помощью Spider . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.4 Особенности сканирования с помощью сторонних 3D-сенсоров . . . . . . 2.2.5 Сканирование с использованием метода позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.6 Сканирование с использованием метода позиционирования ≪Геометрия≫ 2.2.7 Сканирование в режиме склейки в реальном времени . . . . . . . . . . . 2.2.8 Сканирование с использованием меток (Scan Reference) . . . . . . . . . . 2.2.9 Выбор и подготовка объектов для сканирования . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.10 Кнопки 3D-сканера и режимы съемки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.11 Сканирование объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.12 Точное совмещение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

1 1 2 3 4 4 5 6 6 6 7 8 11 12 13 13 14 16 16 16 16 17 19 19 20 22 22 23 26 27 28 29 30 31 33

3 Просмотр 3D-моделей 3.1 Навигация в 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Перемещение/поворот/масштабирование вида . . . . . . . . . . . 3.1.2 Установка центра вращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Выбор проекции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Точка обзора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Отображение 3D-моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Режимы отрисовки и затенения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Освещение, цвет и текстура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3 Двустороннее отображение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4 Отображение нормалей и границ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.5 Отображение и текстурирование нетекстурированных полигонов 3.4.6 Стереорежим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Сохранение скриншотов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Работа с проектами 4.1 Создание проекта . . . . . . . . . . . . 4.2 Сохранение проекта . . . . . . . . . . . 4.3 Открытие проекта . . . . . . . . . . . . 4.4 Экспорт моделей и сканов . . . . . . . 4.4.1 Форматы экспорта текстуры . 4.4.2 Экспорт в приложение Leios . 4.5 Импорт моделей и сканов . . . . . . . 4.6 История изменений проекта . . . . . . 4.7 Выборочная загрузка данных проекта 4.8 Автосохранение проекта . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

5 Обработка данных 5.1 Ревизия и редактирование сканов . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Выделение данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Ревизия сканов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Редактирование данных . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Сборка сканов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Совмещение перетаскиванием . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Автоматическая жесткая сборка . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Ручная жесткая сборка без указания пар точек . . . 5.2.4 Особенности указания и редактирования пар точек 5.2.5 Ручная жесткая сборка с указанием пар точек . . . . 5.2.6 Нежесткая сборка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.7 Совмещение с ограничениями . . . . . . . . . . . . . 5.3 Глобальная регистрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Параметры глобальной регистрации . . . . . . . . . 5.3.2 Возможные ошибки глобальной регистрации . . . . 5.4 Удаление выбросов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Склейка модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.1 Возможные ошибки алгоритма склейки . . . . . . . 5.6 Обработка модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.1 Исправление ошибок триангуляции . . . . . . . . . . 5.6.2 Фильтр мелких объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.3 Заполнение дырок и сглаживание границ . . . . . . ii

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

35 35 35 35 36 36 36 37 38 40 40 40 41 42

. . . . . . . . . .

43 43 43 44 44 45 45 46 46 47 48

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50 50 51 53 55 64 65 66 67 68 68 69 70 71 72 72 72 73 76 76 77 78 78

5.6.4 Автоматическое заполнение дырок 5.6.5 Сглаживание . . . . . . . . . . . . . . 5.6.6 Оптимизация сетки . . . . . . . . . . 5.7 Автоматическая обработка . . . . . . . . . . 5.8 Текстурирование . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8.1 Подготовительные шаги . . . . . . . 5.8.2 Процесс текстурирования . . . . . . 5.8.3 Корректировка текстуры . . . . . . .

. . . . . . . .

6 Дополнительные режимы 6.1 Публикация моделей на сайте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Многокамерная съемка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Создание бандла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Многокамерная съемка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Инструменты измерений и аннотирования . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Измерение линейных размеров . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Измерение геодезических расстояний . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Сечения как инструмент для вычисления объема и площади 6.3.4 Построение карт расстояний между двумя поверхностями . 6.3.5 Аннотации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

88 . 88 . 91 . 92 . 93 . 95 . 96 . 97 . 98 . 101 . 103

7 Настройки 7.1 Общие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 Путь к папке сохранения проектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.2 Настройки автосохранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.3 Регистрация Artec Studio в качестве стандартного средства для просмотра 3D-файлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.4 Режим открытия файлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.5 Поиск дефектов поверхности во время импорта . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.6 Расположение модели в начале координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.7 Единицы измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.8 Настройки зуммирования в 3D-окне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Ресурсы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Многопоточность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Память . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 История команд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4 Уровень сжатия данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.5 Режим записи текстур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.6 Настройки склейки в реальном времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Съемка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1 Настройки алгоритмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2 Настройки фотограмметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3 Съемка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 Звуковое оповещение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 Цвета рабочей области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3 Предупреждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.4 Отображение в окне 3D вида . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Язык . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iii

80 80 80 82 83 83 84 86

105 105 105 106 106 107 107 107 107 108 108 108 109 109 110 110 110 110 111 111 111 112 113 113 114 114 115

8 Калибровка и коррекция сканера 8.1 Рекомендации по использованию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Запуск Diagnostic Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Коррекция сканера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Коррекция калибровочных данных для сканеров EVA, MHT, MH и L 8.3.2 Коррекция калибровочных данных для сканера Spider . . . . . . . . 8.4 Калибровка сканера Spider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Краткие сведения о калибровочных файлах сканера . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . .

117 117 118 118 118 120 121 125

A Кнопки и светодиоды на сканерах Artec

126

B Сканеры EVA: Аппаратная синхронизация

127

C Совмещение сканов: кратко

128

D Сборка подставки для сканера

129

E Сборка калибровочного стенда

131

Краткое руководство по 3D сканированиию Прежде чем вы приступите к работе с руководством пользователя и перейдете к вводной главе, мы хотели бы показать вам, что сканировать в 3D не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Несмотря на то что в руководстве приведена структурированная информация, касающаяся 3D-сканеров и программного обеспечения Artec, зачастую необходимо иметь полную картину всего процесса на нескольких страницах. Этой цели служит данное Краткое руководство, с его помощью можно приступить к работе без промедления. Тем не менее, не пренебрегайте прочтением остальных глав Руководства, чтобы получить всеобъемлющую информацию.

Активация

Подготовка объекта и выбор способа сканирования Сканирование одной стороны Сканирование объекта целиком

Поворот объекта Сканирование другой стороны

Обрезание сцены

Сборка

Глобальная регистрация

Удаление шума

Склейка

Редактирование данных

Оптимизация 3D-сетки

Текстурирование

Измерения Экспорт Публикация

Активация В комплект поставки сканера входит все необходимое для начала работы, кроме персонального компьютера. Если кратко, то компьютер должен быть современным, построен• добавив вспомогательные объекты (наным на 64-битной архитектуре и работать под пример, мятую бумагу) к сканируемой управлением операционной системы Windows сцене; 7 или 8. При выборе компьютера особое вни• нарисовав т.н. маркеры (напр., Хмание следует уделить оперативной памяти и образные) на окружающих объектах. видео-карте (не рекомендуются использовать ноутбуки с интегрированными в материнские Создайте хорошее освещение для объекта. платы графическими чипсетами). [Подробнее см. 2.2.9] Если у вас есть подходящий компьютер, не спешите подключать к нему сканер! Читайте дальше... Сканирование [Подробную техническую информацию см. в 1.3] 1. Запустите Artec Studio, направьте сканер на объект. 2. Нажмите F7 на клавиатуре или кнопку • Зарегистрируйтесь на my.artec3d.com. на корпусе сканера для запуска ре• Войдите и загрузите Artec Installation жима Предпросмотр. Center с начальной страницы. • Геометрия+Текстура — стандартный режим, подходящий для большинства случаев • Режим Геометрия хорошо работает на низкопроизводительных компьютерах. • Используя режим Склейка в реальном времени, можно получить модель сразу после завершения сканирования. Чтобы активировать данный режим, нажмите Стоп, затем установите соответствующий флажок и нажмите Предпросмотр

• Установите AIC. При установке введите ваш e-mail и пароль. • Подключите сканер к электросети, затем к компьютеру с помощью USB-кабеля. • Дождитесь, пока Windows определит сканер. Нажмите Активировать. • Нажмите Установить в разделе Приложения напротив нужной версии программы. По завершении установки вы получите готовую к работе программу Artec Studio. [Подробнее см. 1.6, 1.7 и 1.9]

3. Убедитесь, что объект хорошо виден, и нажмите кнопку еще раз для начала записи. Отсканируйте объект со всех сторон за один сеанс, если это возможно, плавно перемещая сканер вокруг объекта, как показано на рисунке.

Подготовка Большинство объектов можно легко отсканировать. Если вы собираетесь сканировать черные, прозрачные или зеркальные объекты, необходимо обработать их пудрой или специальным антибликовым спреем (шестерня с таким напылением изображена на рисунке ниже). Однотонные объекты простой геометрической формы можно отсканировать:

4. Во c

время

сканирования

обращайте

больше внимание на изображение объекта на экране, чем на реальный объект. 5. Если слышен зуммер и появляется красное сообщение об ошибке, плавно направьте сканер на уже отсканированный участок. Вообще, существует несколько причин появления ошибки ≪ОтслеживаКак? Откройте Редактор Þ Ластик Þ Отние траектории прервано≫: сечение плоскостью Þ Следуйте инструкциям. [Подробнее см. 5.1.3] (a) сканируется объект простой геометрической формы; (b) сканируется слишком маленький Сборка участок объекта; (c) сканер движется слишком быстро. Для чего? Чтобы собрать несколько сканов воедино. Этот шаг можно пропустить, если в результате предыдущих действий у вас получился один скан (см. правую панель).

6. Нажмите , и на правой панели появится скан.

Как? 1. Пометьте два или более скана с помощью , нажмите кнопку Сборка Þ повторно выберите эти сканы на вкладке Жесткая, удерживая нажатой клавишу Ctrl . 2. Нажмите Мне повезет! (автосборка). 3. Если сборка не удалась из-за недостатка текстурных данных или перекрывающихся областей, вручную сопоставьте соответствующие участки на двух сканах и нажмите Совместить сетки.

Поворот объекта

Поверните объект и отсканируйте (нажав ) неотсканированные участки, если таковые имеются. Снимите в текущем скане хотя бы один уже отснятый в других сканах участок, тем самым облегчая последующую сборку. [Подробнее см. A, 2.1.2, 2.1.3,2.2.11, 2.2.1, [Подробнее см. 5.2] 2.2.5, 2.2.6 и 2.2.7]

Глобальная регистрация

Обрезание сцены

Для чего? Чтобы оптимизировать расположение кадров в рамках всех сканов за одну операцию, таким образом подготавливая их к последующей обработке. Как? Пометьте сканы с помощью Þ нажмите Команды Þ Глобальная регистрация Þ Применить [Подробнее см. 5.3]

Как только вы закончите, нажмите меню Файл и выберите Сохранить проект. Закройте панель Скан, и предварительная регистрация запустится автоматически. После этого вы можете обрезать отсканированную сцену. Для чего? Чтобы удалить вспомогательные поверхности (напр., стол или пол). d

Удаление шума

Оптимизация 3D-сетки

Для чего? Чтобы удалить крупные выбросы и Для чего? Чтобы получить файл меньшего размера с меньшим количеством полигопрочий шум. нов, однако без значительных искажений 3Dгеометрии.

Как?: Открыть Команды Þ Удаление выбросов Þ Применить. [Подробнее см. 5.1.3 и 5.4]

Как? Нажмите Команды Þ Выберите Оптимизация сетки Þ Применить. [Подробнее см. 5.6.6]

Склейка Для чего? Чтобы получить модель (одну по- Наложение текстуры верхность, в отличие от исходных сканов, соДля чего? Чтобы получить текстурированную стоящих из множества поверхностей) модель.

Как? Открыть Команды Þ Гладкая склейка Þ Выбрать Watertight Þ Применить. Чтобы получить максимально точные и четкие поверхности, выберите Точная склейка. Для обоих режимов можно задать значение resolution: чем меньше значение, тем более точной получается поверхность модели. [Подробнее см. 5.5]

Как? 1. Нажмите Текстура. 2. Выберите в соответствующих полях модель и скан(ы), из которого(ых) она была создана. 3. Выберите Создать текстурный атлас Þ Применить. [Подробнее см. 5.8]

Редактирование данных Для чего? Чтобы удалить выбросы и элемен- Измерения, экспорт ... ты плохо отсканированных участков, если та• Чтобы экспортировать модель, выполковые имеются. ните следующие команды: Файл Þ Экспорт модели Þ Выберите необходимый формат Þ Укажите папку назначения и имя файла Þ OK. • Чтобы произвести измерения на модели: Нажмите Измерения Þ Выберите: Как? Нажмите Редактор Þ Кисть удаления выбросов Þ Следуйте инструкциям. [Подробнее см. 5.1.3]

– Линейное для измерения расстояний (точки при этом соединяются прямыми) e

– Геодезическое для измерения расстояний (точки при этом соединяются кривыми, проходящими по поверхности модели) – Сечения для вычисления площади и объема.

ходные • Вернуть каждый параметр из панели Команды к предыдущему значению: нажмите маленькую кнопку рядом с кнопки означает, что ним. Состояние параметр в данный момент имеет стандартное значение. • Сохранить снимок экрана Ctrl+Shift+S • Создать аннотацию (Измерения Þ Аннотации Þ добавить метку Þ напечатать текст Þ Применить)

• Опубликуйте модель на сайте viewshape.com, открыв панель Опубликовать. [Подробнее см. 4.4, 6.1 и 6.3]

Советы и рекомендации • Восстановить исходные настройки ( F10 Þ вкладка Съемка Þ Восстановить ис-

Глава 1

Начало работы 1.1

Предисловие

Поздравляем вас с приобретением Artec Studio. C помощью приложения вы сможете отсканировать множество различных предметов, используя как 3D-сканеры Artec, так и сторонние 3D-сенсоры (Microsoft Kinect, Asus Xtion и другие). Данное руководство научит вас создавать качественные 3D-модели с помощью вашего приложения и 3D-сканера. Руководство состоит из нескольких глав: • Глава 1 рассказывает о том, как установить программное обеспечение и приступить к работе. • Глава 2 объясняет базовые принципы сканирования предметов, содержит различные советы по организации процесса съемки и получению оптимальных результатов. • Глава 3 описывает управление отображением объектов в окне 3D вида для наиболее удобного просмотра отсканированных 3D-моделей. • Глава 4 посвящена организации данных в программе, работе с проектами, экспорту и импорту данных, отмене последних операций и сохранению истории изменений проекта. • Глава 5 посвящена механизмам обработки данных: работе с отдельными сканами, их совмещению, склейке, фильтрам, способам устранения дефектов и текстурированию. • Глава 6 содержит дополнительные темы, такие как съемка несколькими сканерами и проведение измерений. • Глава 7 посвящена настройкам приложения. • Приложения (A, B, C) дают резюме или дополнительную информацию по некоторым разделам руководства. В случае возникновения дополнительных вопросов вы всегда можете обратиться по адресу: support@artec-group.com Спасибо, что вы выбрали наш продукт!

1.2

Введение

Приложение Artec Studio может использоваться с одной или несколькими моделями 3Dсканеров Artec и служит для быстрого создания 3D-моделей физических объектов. Приложение позволяет не только управлять съемкой объектов, но и проводить полноценную постобработку полученных данных, оптимизировать сетку и совершать другие операции, необходимые для получения качественной 3D-модели. Полученную в итоге замкнутую 3D-модель можно отправить на станок, импортировать в другие программы для 3D-моделирования и т.д. Все модели 3D-сканеров Artec специально разработаны для ручного использования и отличаются небольшим весом, компактными габаритами и не требуют установки на сканируемом объекте специальных маркеров. 3D-сканер Artec способен сканировать как неподвижные объекты и сцены, так и выполнять 3D-съемку движущихся объектов в режиме реального времени. В этом случае устройство работает как обычная видеокамера, но с тем отличием, что сканер снимает не двухмерные изображения, а трехмерные поверхности со скоростью до 15 поверхностей в секунду.

Рис. 1.1: 3D-сканеры слева направо: Microsoft Kinect (сторонний сканер), Spider, EVA Работа со сканерами Artec и приложением Artec Studio проста и не требует от оператора специальных умений или знаний. Для получения законченной 3D-модели пользователю необходимо отснять объект с различных ракурсов и объединить полученные сканы в единую модель при помощи приложения Artec Studio. Для наиболее эффективной и удобной работы с объектами различной величины и конфигурации предусмотрены сканеры следующих моделей: L (большой), M и EVA (средние), S и Spider (маленькие), имеющие различные зоны охвата. При сканировании объектов рекомендуется выбирать для съемки наиболее подходящую модель сканера. Так, при сканировании можно руководствоваться следующими рекомендациями: • L – человек во весь рост, памятники, архитектурные элементы. • M – человек по пояс, нога (от бедра до лодыжки), рука, лицо, салон автомобиля. • S – карандаш, ключ, мелкие детали на крупных объектах, например, орнаменты в архитектуре и др. • Spider – те же объекты, что и у S, но с большим разрешением и более высокой точностью.

Сканеры EVA и MHT обладают техническими возможностями, сходными с возможностями сканеров M и (MH), но в силу того, что могут при съемке отслеживать текстуру, являются более универсальными и позволяют пользователям сканировать объекты, которые невозможно было отсканировать другими типами сканеров, такие как плоские предметы, объекты с повторяющейся геометрией и другие. Возможно также использовать комбинацию нескольких различных моделей сканеров, что в ряде ситуаций позволяет увеличить скорость съемки и получить результат требуемой точности при сканировании объектов сложной формы. Artec Studio может использоваться со следующими типами сторонних 3D-сенсоров: • Microsoft Kinect for Windows • ASUS Xtion • PrimeSense Carmine При использовании упомянутых устройств качество получаемых сканов не такое высокое, как при использовании 3D-сканеров Artec.

1.3

Системные требования

Для нормальной работы сканера необходимо большое количество системных ресурсов. Чем более мощную рабочую станцию вы будете использовать, тем проще и быстрее вы сможете получить законченную модель. Ниже приведены 2 набора требований - мы настоятельно советуем использовать Рекомендуемые системные требования при подборе ПК. Минимальные системные требования для корректной работы приложения Artec Studio: • Операционная система – Windows 7, 64-х битная • Один порт USB 2.0 для всех моделей, кроме MHT, или два порта USB 2.0 для MHT • Процессор – Intel Core 2 Quad • Объем оперативной памяти – 8 Гб • Видеокарта NVidia Geforce серии 9 (9xxxx) series или выше или Radeon ATI серии 3 (3xxx) series и выше (с объемом памяти не менее 512 Мб). Поддержка OpenCL 1.1 необходима для работы режима Склейки в реальном времени. Видеокарта из линейки NVidia Quadro требуется для работы в стереорежиме. • 300 Мб свободного дискового пространства для установки Рекомендуемые системные требования: • Операционная система – Windows 7, 64-х битная • Процессор – Intel Core i5 или i7 • Объем оперативной памяти – 12 Гб • Видеокарта NVidia GeForce серии 400 или выше (с объемом памяти 1024 Мб и более) • Интернет-соединение 3

Программа Artec Studio позволяет полноценно работать в стереорежиме OpenGL Quad Buffered Stereo на видеокартах NVIDIA Quadro cо стереодисплеями и оборудованием, поддерживающим технологию NVIDIA 3D Vision. Важно! Операционные системы Windows Vista, XP или более ранние версии не поддерживаются, поскольку в них невозможно обеспечить корректную работу 3D-сканера. Для подключения нескольких сканеров рекомендуется использовать компьютеры с несколькими независимыми USB 2.0 контроллерами или воспользоваться дополнительными платами расширения PCI-Express USB 2.0. Важно! При использовании USB 3.0 корректная работа сканеров Artec не гарантируется. Однако, в некоторых случаях 3D-сканеры Artec могут работать достаточно хорошо на USB 3.0.

1.4

Условные обозначения и сокращения

• Текст, содержащий важную информацию, выделяется следующим образом:

Важно! Важная информация

• Сочетания клавиш быстрого вызова, отдельные клавиши, а также аппаратные кнопки устройств выделены серым цветом, например Ctrl + А . • Кнопки на панелях, в пунктах меню приложения, названия иконок выделяются синим курсивом: Инвертировать, Масштабировать вид, … • Названия панелей и элементов рабочего окна программы выделены следующим образом: Рабочая область, Файл, Текстура, … • Текст с подчеркиванием позволяет быстро находить дополнительную информацию. • ЛКМ – левая кнопка мыши. • ПКМ – правая кнопка мыши. •

1.5

- кнопка ≪Старт≫ на корпусе сканера.

Словарь терминов

• Бандл (англ. bundle) – съемка одновременно несколькими сканерами при задании в программе их количества и взаимного расположения относительно объекта съемки. • Ближняя и дальняя плоскости отсечения – плоскости, ограничивающие область пространства, в котором сканер снимает 3D поверхности: все, что ближе первой и дальше второй плоскости, восприниматься устройством не будет. 4

• Ключевые поверхности/кадры – поверхности, которые используются алгоритмом глобальной регистрации. Они выбираются автоматически таким образом, чтобы полностью покрыть поверхность снимаемого объекта при сохранении относительно небольшого количества ключевых кадров. • Поверхности – 3D-кадры, снимаемые сканером во время сессии сканирования. Максимальная частота съемки – 15 поверхностей в секунду. У сенсоров Microsoft Kinect, ASUS Xtion and PrimeSense Carmine это значение может достигать 30 кадров в секунду. • Проект – способ организации отсканированного материала, обработанных данных и истории действий пользователя в памяти компьютера и на диске. Файлы проекта в программе Artec Studio имеют расширение .sproj. • Регистрация: – грубая – предварительное совмещение поверхностей, выполняемое непосредственно в процессе сканирования. – точная – более точное совмещение поверхностей при помощи алгоритма, определяющего попарное взаимное положение последовательных кадров. – глобальная – алгоритм, оптимизирующий взаимное положение всех поверхностей в единой системе координат. • Скан (англ. scan) – последовательность поверхностей, снятая за единое непрерывное движение сканера вокруг объекта или сцены.

1.6

Учетная запись пользователя

Для установки и обновления Artec Studio используется сайт my.artec3d.com. Кроме этого, сайт позволяет отслеживать 3D-сканеры и программное обеспечение, закрепленные за вашим аккаунтом. Так образом, для работы в Artec Studio и/или с 3D-сканерами Artec, пользователям следует зарегистрироваться на сайте my.artec3d.com. Зарегистрировавшись, пользователь получает учетную запись, действительную для всех сайтов и сервисов Artec (например, my.artec3d.com и www.viewshape.com).

Рис. 1.2: Стартовая страница my.artec3d.com Чтобы зарегистрироваться, выполните следующие шаги: 1. Перейдите на сайт my.artec3d.com и нажмите Sign up или перейдите по ссылке. 5

2. Заполните все поля в регистрационной форме и нажмите Create account. 3. Ссылка для подтверждения регистрации будет отправлена вам на электронный адрес, указанный при регистрации. 4. Переходя по ссылке в электронном письме, вы подтверждаете свою регистрацию и система перенаправляет вас в личный раздел сайта my.artec3d.com.

1.7

Активация сканера

Перед началом использования сканера его необходимо активировать и связать с учетной записью на my.artec3d.com. Эти операции производятся с помощью Artec Installation Center– отдельной утилиты, доступной для загрузки с сайта my.artec3d.com. Если вы новый пользователь и у вас не установлен Artec Installation Center, пожалуйста, прочтите параграф 1.7.1. В противном случае можете пропустить его и перейти к параграфу 1.7.2. Важно! Не подключайте сканер к USB-порту до завершения установки Artec Installation Center.

1.7.1 Установка Artec Installation Center Перед установкой Artec Installation Center убедитесь, что ваш компьютер подключен к сети интернет. Можно использовать любой компьютер с портами USB 2.0 или USB 3.0. Впоследствии вы можете установить и активировать Artec Studio на другом компьютере. Убедитесь, что у вас есть учетная запись на my.artec3d.com, при ее отсутствии перейдите к Разделу 1.6 Зайдите под своей учетной записью на my.artec3d.com и загрузите Artec Installation Center. Ссылку для загрузки исполняемого файла инсталлятора можно найти на стартовой странице сайта, как показано на рис. 1.3a. Откройте папку, в которую был загружен инсталлятор, запустите его и следуйте инструкциям на экране. По завершении установки Artec Installation Center откроется окно с формой ввода логина и пароля. Для авторизации используйте данные своей учетной записи на my.artec3d.com (см. рис. 1.3b)

1.7.2 Активация 3D-сканера с установленным Artec Installation Center Чтобы активировать 3D-сканер посредством Artec Installation Center, вам необходим подключенный к сети интернет компьютер с установленным приложением Artec Installation Center. 1. Запустите Artec Installation Center (через меню Пуск: Пуск Õ Все программы Õ Artec Group Õ Artec Installation Center/ ), откроется окно, как на рис. 1.5a. 2. Подключите ваш 3D-сканер к компьютеру и дождитесь, пока Windows определит устройство и установит его драйвер. В трее покажется сообщение, подобное изображенному на рис. 1.4 3. Перейдите к окну AIC, нажмите кнопку Обновить и дождитесь пока новый сканер появится в разделе Сканеры (см. рис. 1.5a). Чтобы активировать ваш 3D-сканер, нажмите кнопку Активировать (справа от серийного номера сканера). В случае успешного завершения операции состояние сканера в будет изменено на ≪Активирован≫, как на рис. 1.5b. 6

(a) Стартовая страница для нового пользователя на сайте my.artec3d.com

(b) Аутентификация в Artec Installation Center

Рис. 1.3: Стартовый экран на my.artec3d.com и аутентификация в Artec Installation Center

Рис. 1.4: Сообщение Windows об установке устройства

(a) Кнопка Активировать в разделе Сканеры

(b) 3D-сканер активирован

Рис. 1.5: Процесс активации 3D-сканера

1.8

Установка Artec Studio

Существуют два способа загрузки и установки Artec Studio: 1. Установка с помощью Artec Installation Center (во время установки Artec Installation Center или по нажатию Установить, как показано на рис. 1.6) 2. Загрузка приложения непосредственно с сайта my.artec3d.com. Необходимо авторизоваться на сайте, перейти в раздел My applications и загрузить установочный файл (см. рис. 1.7) 7

Рис. 1.6: Artec Installation Center готов к установке Artec Studio

Рис. 1.7: Фрагмент страницы My applications на сайте my.artec3d.com Если установочный файл загружен с сайта, вам необходимо запустить его или нажать кнопку Установить в окне Загрузчика приложений Artec Artec Installation Center, после того как он будет загружен с сервера. Для продолжения установки нажмите Далее, откроется Лицензионное соглашение (рис. 1.8a). После ознакомления с его текстом подтвердите свое согласие на установку нажатием на кнопку Да. Укажите путь к установочной директории (рекомендуется использовать предлагаемую по умолчанию), как показано на рис. 1.8b и перейдите к окну выбора устанавливаемых компонентов (см. рис. 1.8c): • Program Menu shortcuts – создавать икону в меню Пуск • Desktop shortcut – Создавать ярлык на Рабочем столе • Start Menu shortcut – создавать ярлыки в меню Пуск и на Панели быстрого запуска • English manual, Russian manual– устанавливать руководство пользователя на соответствующем языке • Install Artec Scanner Drivers – устанавливать драйверы для сканеров Artec По умолчанию приложение создает все перечисленные выше ярлыки, устанавливает руководство пользователя на всех языках и драйверы для 3D-сканеров Artec. Нажмите Далее для продолжения установки. В случае, если на вашем компьютере не установлен AIC, вам будет предложено ввести логин и пароль, как на рис. 1.3b. Если вы не подключены к интернету, обратите внимание на параграф 1.9, в котором описан процесс офлайн-активации Artec Studio. Если компьютер, на который вы устанавливаете Artec Studio, не был ранее связан с вашей учетной записью, то откроется диалог подтверждения, как на рис. 1.8e. Как только установка будет завершена (см. рис. 1.8f), установщик предложит запустить программу Artec Studio.

1.9

Офлайн-активация

Если компьютер, на который вы устанавливаете Artec Studio, не подключен к сети интернет в силу требований безопасности или иных причин, то для активации программы вы можете использовать механизм офлайн-активации. 8

(a) Лицензионное соглашение

(b) Установочная директория

(d) Выбор установки драйверов для стороннего 3D-сенсора

(e) Диалог активации

(f) Завершающий этап установки

Рис. 1.8: Процесс установки

Важно! Активация копии Artec Studio произведенная в данном режиме, не может быть впоследствии отменена, т.е. деактивирована. Поэтому офлайн-активацией рекомендуется пользоваться в крайних случаях, когда нет других вариантов.

Важно! Перед проведением офлайн-активации необходимо убедиться, что с вашей учетной записью на my.artec3d.com связаны сканер (см. параграф 1.7) и приложение Artec Studio.

Для офлайн-активации необходимо: • другой компьютер, подключенный к сети интернет, • установочный файл Artec Studio (желательно загрузить его с my.artec3d.com), • флеш-диск или другой накопитель для переноса файлов с одного компьютера на другой.

(a) Диалог ввода регистрационных данных

(b) Окно офлайн-активации

Рис. 1.9: Офлайн-активация Процедура установки и активации: 1. Запустите установку Artec Studio. 2. Как только в процессе установки откроется окно ввода регистрационных данных (рис. 1.9a), нажмите кнопку Активировать офлайн... 3. Откроется окно офлайн-активации (рис. 1.9b) - нажмите Сохранить... и сохраните сгенерированный файл c идентификатором для активации на флеш-диске. 4. На компьютере с выходом в интернет авторизуйтесь на сайте my.artec3d.com и откройте раздел My applications. 5. Нажмите на продукт Artec Studio– откроется новая страница (см. рис. 1.10). 6. Перейдите по ссылке Activate application ofﬂine, нажмите кнопку выбора файла c идентификатором для активации и укажите путь к нему. После этого нажмите Activate. 7. Откроется новое окно со ссылкой для загрузки файла офлайн-активации, который должен быть сохранен на флеш-диске. 8. Вернитесь к компьютеру, на котором производится установка, нажмите кнопку Активировать и продолжить и укажите путь к файлу офлайн-активации. Важно! Как только файл офлайн-активации будет создан, my.artec3d.com уменьшит на единицу число доступных вам активаций. Если все описанные выше шаги успешно выполнены, ваша копия Artec Studio, установленная на компьютере без интернет-соединения, будет активирована. Также на компьютер будут установлены все ваши сканеры. 10

Рис. 1.10: Офлайн-активация на my.artec3d.com

Важно! Если в будущем вы приобретете еще один 3D-сканер Artec, вам будет необходимо переустановить приложение и повторно пройти процедуру офлайн-активации, как описано выше, чтобы все файлы с данными для нового сканера были скопированы на ваш компьютер.

1.10

Деактивация

Важно отметить, что процедура деактивации (отмены активации) доступна только для компьютеров, активированных онлайн, как описано в Разделе 1.8, и недоступна для компьютеров, активированных офлайн. Важно! Количество возможных деактиваций может быть ограничено, поэтому проводите процедуру деактивации только если вам действительно необходимо перенести лицензию Artec Studio с одного компьютера на другой.

Рис. 1.11: Деактивация Artec Studio Для того, чтобы деактивировать лицензию на компьютере выполните следующие действия: 1. Убедитесь, что компьютер подключен к интернету. 2. Зайдите в Панель управления Õ Удаление программы и выберите Artec Studio. Запустится процесс удаления.

3. Откроется диалог, как на рис. 1.11 – установите флажок I understand. Please deactivate this computer. 4. Нажмите Далее и завершите процесс удаления.

1.11

Управление 3D-сканерами и ПО Artec

Artec Installation Center служит для управления приложениями и сканерами, установленными на рабочей станции. Artec Installation Center– это многофункциональное приложение к Artec Studio, поддерживающее соединение со службой my.artec3d.com и помогающее устанавливать новые приложения, скачивать и устанавливать обновления и управлять 3D-сканерами, которые вы используете. Для возможности запуска Artec Studio важно быть авторизованным в Artec Installation Center, но это единовременная процедура, и вам придется вводить логин и пароль только один раз. Во время запуска Artec Studio на сервере происходит проверка на наличие обновлений, и в случае если они доступны, на экран выводится соответствующее сообщение (рис. 1.12).

Рис. 1.12: Уведомление о наличии обновлений на сервере После авторизации в Artec Installation Center вам становится доступной следующая информация о ваших продуктах:

Рис. 1.13: Artec Installation Center В разделе Приложения представлена информация обо всех ваших программных продуктах Artec • Список доступных приложений • Состояние каждого приложения (Активировано или нет) • Количество доступных и задействованных активаций 12

• Кнопки Активировать, Установить или Обновить будут доступны, если возможны соответствующие действия – Установить – отображается, если программа не установлена на компьютер (обычно под установкой понимается и активация тоже) – Активировать – отображается, если программа по каким-то причинам не активирована. В результате активации количество доступных лицензий уменьшается однократно для каждого компьютера – Обновить – отображается, если новая версия установленной программы доступна на сервере.

Рис. 1.14: Данные активации приложения С помощью контекстного меню для каждого программного продукта можно вызвать окно с данными активации (Activation Data), которые могут понадобиться при обращении в техническую поддержку Artec. В таком окне (см. рис. 1.14) отображаются данные: Computer Name и Fingerprint. Раздел Сканеры содержит список 3D-сканеров, которыми вы владеете или которые вы просто подключили к данному компьютеру. В первом случае будет отображаться статус Активирован или кнопка Активировать, во втором — статус Арендован или кнопка Арендовать. В нижней части окна Artec Installation Center располагаются две кнопки: • Обновить – используется для обновления информации, отображаемой Artec Installation Center; • Закрыть – служит для закрытия окна Artec Installation Center.

1.12

Первые шаги в Artec Studio

1.12.1

Первичные настройки приложения

Для того, чтобы попасть в диалог настроек приложения, нужно выбрать пункт Настройки... (Settings...) в меню Файл (File). Окно настроек имеет несколько вкладок с различными группами настроек приложения. Переключение между вкладками выполняется нажатием на иконки в верхней части окна диалога. Более подробное описание настроек вы найдете в Главе 7. На вкладке Общие вы можете выбрать настройки автосохранения и включить автосохранение проекта перед запуском каждого алгоритма. На вкладке Производительность можно задать количество последних выполненных операций, которое будет сохранять программа, или указать максимальный объем сохраняемой истории в мегабайтах. Шкала Уровень сжатия данных позволяет вам регулировать уровень сжатия при сохранении данных проекта на диск. Для смены языка выберите вкладку Язык (рис. 1.15). Выбрав из открывшегося списка нужный вам язык, нажмите OK. Программа попросит подтверждения изменения языка и предложит 13

Рис. 1.15: Выбор языка через диалог Настроек перезапустить приложение. Согласие будет означать автоматический перезапуск программы с вновь выбранным языком и потерей всех несохраненных данных. При отказе от перезапуска изменения вступят в силу в начале следующего сеанса работы с приложением.

1.12.2

Главное окно

Запустить программу Artec Studio можно следующими способами: • при помощи ярлыка на рабочем столе; • через меню Пуск, последовательно выбирая пункты Пуск Õ Все программы Õ Artec Group Õ Artec Studio Õ Artec Studio 9 После запуска приложения откроется главное окно, в котором выполняются все операции с моделями отсканированных объектов. Главное окно приложения Artec Studio разделено на несколько областей: окно 3D вида, панель инструментов и режимов работы слева, панель Рабочая область справа и окно Журнала (см. рис. 1.16). Во время работы могут открываться и другие окна. Все 3D данные отображаются в окне 3D вида. Это одно из основных окон, с которыми вам предстоит работать. При запуске приложения в центре окна располагается координатная сетка и оси координат. Это глобальная система координат, в которой будут находиться ваши сканы и модели. Слева от окна 3D вида находится боковая панель с иконками различных режимов работы приложения, таких как: Съемка, Редактор, Команды, Сборка, Края, Дефекты, Измерения, Мульти, Текстура, Опубликовать. Все режимы работы взаимоисключающие, то есть в каждый момент времени приложение может работать только в одном из режимов. При нажатии на большинство режимов автоматически блокируется панель Рабочей области. Основными режимами работы являются: Съемка, Редактор, Команды, Сборка. В верхней части окна 3D вида расположена контекстно зависимая панель 3D Инструментов. Панель включает в себя следующие команды: Исходная позиция, Масштабировать вид, Сетка вкл/выкл, Освещение вкл/выкл, Цвет, Режим отрисовки, Освещение, Обратная сторона. В режиме Редактор появляются дополнительные инструменты: Сквозное выделение, Позиционирование, Переместить/вращать/масштабировать, Сглаживающая кисть, Ластик, Удаление выбросов. Панель Рабочая область используется для отображения и управления всеми данными, загруженными в приложение. Здесь вы можете найти свои сканы и применить к ним различные команды, такие как сохранение, удаление, перемещение, переименование. Скрытую панель Рабочая область можно открыть вновь, используя кнопку в правом верхнем углу окна 3D вида (рис. 1.17). 14

Рис. 1.16: Main window of Artec Studio software

Рис. 1.17: Кнопки панели Рабочая область В нижней части окна приложения расположена панель Журнал. Журнал представляет собой отчет программы о выполненных командах с указанием времени выполнения операции и дополнительных сведений. В журнал выводятся сообщения об ошибках и диагностические сообщения, выдаваемые алгоритмами. Строка состояния приложения Artec Studio содержит информацию об объеме свободной оперативной памяти, доступной в системе, и об объеме памяти, используемой приложением в текущий момент. Также в строку состояния выводится информация о ходе выполнения текущей активной задачи, такой как работа алгоритмов, импорт и экспорт моделей и сканов и другой.

Глава 2

Сканирование 2.1 2.1.1

Подготовка Подключение сканера

Для подключения сканера выполните следующие действия: вставьте силовой кабель в розетку, а USB-кабель – в USB-порт вашего компьютера. Светодиодный индикатор на корпусе сканера Artec (EVA, Spider) на короткое время загорится синим цветом n, сигнализируя о том, что устройство загружается (полный список световых сигналов см. в Приложении A). При подключении помните следующее: • Распутайте провода сканера и уберите их подальше от ног, чтобы не запутаться и не упасть. Падение может обернуться не только выводом сканера из строя, но и травмой. Внимание! Не подключайте другие устройства к тому же USB-контролеру компьютера. Это может отразиться на скорости съемки и даже вызвать отключение сканера.

• В целях экономии ресурсов компьютера на время сканирования рекомендуется закрывать другие ресурсоемкие приложения.

2.1.2

Настройки алгоритмов

Исходя из габаритов и внешнего вида сканируемого объекта, определите, сканер какой модели будет удобнее использовать в этих условиях (см. параграф 1.2) и подключите его. Запустите программу Artec Studio. Тип сканера (S, Spider, M, L или Сторонний 3D сенсор) выберется автоматически в зависимости от подключенной модели и будет отображаться на вкладке Съемка диалога Настроек (рис. 2.1). Каждому типу сканера соответствуют определенные настройки алгоритмов.

Рис. 2.1: Тип 3D-сканера

2.1.3

Настройка 3D-сканера

Нажмите на кнопку Съемка на боковой панели. В открывшейся панели (рис. 2.2) вы можете: • выбрать метод позиционирования для текущей сессии. • задать границы рабочей зоны в миллиметрах (плоскости отсечения). • установить флажок Продолжить сканирование с отмеченных сканов, если необходимо, чтобы программа совмещала новые сканы одних и тех же объектов со сканами, активированными на панели Рабочая область. Важно отметить, что опция доступна только для метода позиционирования Геометрия + Текстура и позволяет возобновлять сессию сканирования из режима Стоп и во вновь открываемых проектах. Возобновление сканирования из режима Пауза настраивается опцией Автоматическая сборка во время сканирования, описанной в параграфе 7.3.3. • установить Чувствительность (только для 3D-сканеров Artec). При нормальных значениях чувствительности достигается максимальная точность, но возможны проблемы со съемкой поверхностей с малым коэффициентом отражения. Высокие значения чувствительности позволяют снимать широкий диапазон поверхностей даже с низкой отражающей способностью, но ценой большего количества шума. • изменить скорость съемки (количество кадров в секунду) – рекомендуемые значения при плавном движении сканера лежат в диапазоне 7-15 кадров в секунду. • установить или снять флажок Не снимать текстуру чтобы соответственно выключить или включить съемку текстуры (функциональность доступна только для сканеров с текстурной камерой). • установить Яркость текстуры для 3D-сканеров Artec, оборудованных текстурной камерой. • включить режим съемки с одновременной записью отсканированных данных на диск посредством установки флажка Сохранять копию скана на диск. Опция доступна только в случае, если вы работаете с уже сохраненным проектом (см. параграф 4.2), и может быть полезна при съемке большого количества 3D-данных на рабочей станции с недостаточным объемом оперативной памяти. • задать время задержки (количество секунд) перед началом записи посредством установки значения счетчика Задержка перед началом записи. Обратный отсчет начинается сразу после нажатия на кнопку Запись. Чтобы отключить задержку, установите значение счетчика равное ≪0≫. 17

(a) Подключен 3D-сканер Artec

(b) Подключен 3D-сенсор PrimeSense Carmin

Рис. 2.2: Панель Съемка

• при необходимости ввести собственные значения в поля Префикс имени and Начать с. Из этих значений формируется название сканов в Рабочей области (см. рис. 5.2a). Так, стандартные значение ≪Scan≫ и номер ≪1≫ могут быть изменены, например, на ≪Скан≫ и ≪14≫. Для запуска съемки, настроенной в соответствии с вашими предпочтениями, нажмите либо кнопку Предпросмотр, либо клавишу F7 на клавиатуре, либо кнопку на корпусе сканера.

2.2 2.2.1

Использование 3D-сканера Алгоритмы сканирования и методы позиционирования

Для удобства пользователя начиная с версии 8 приложения Artec Studio появились алгоритмы различных методов позиционирования. Эти алгоритмы требуются для вычисления позиции сканера относительно сканируемой сцены и применимы для различных типов объектов. Если вы не хотите тратить много времени на настройку алгоритмов, разумнее всего для сканеров с текстурной камерой (MHT, EVA, Spider) применять гибридный метод позиционирования. В других случаях применяется позиционирование по геометрии. Доступны следующие опции: • Метод позиционирования Геометрия + Текстура – оптимальный алгоритм для 3Dсканеров с текстурной камерой (является режимом по умолчанию для них). Наряду с геометрической информацией объекта алгоритмом используются текстурные детали на снимках, полученных с текстурной камеры. Благодаря этому, при использовании данного метода позиционирования для сканирования плоских объектов или объектов с небогатой текстурой срывы съемки наименее вероятны. Единственно возможный недостаток алгоритма сводится к большему по сравнению с другими алгоритмами потреблению ресурсов процессора, в связи с этим возможно падение скорости сканирования на недостаточно мощных компьютерах. Используется со сканерами MHT, EVA, Spider и сторонними 3Dсенсорами; • Метод позиционирования Геометрия – стандартный алгоритм для всех 3D-сканеров без текстурной камеры, при сканировании кадров использует только геометрическую информацию сканируемого объекта, подходит для объектов с богатой геометрией и не рекомендуется для использования на объектах с большими плоскими, сферическими или цилиндрическими частями; • Метод позиционирования Метки – специальный алгоритм для сканирования объектов с нанесенными на их поверхности метками • Склейка в реальном времени – доступная как для 3D-сканеров Artec, так и для сторонних 3D-сенсоров опция обеспечивает склейку поверхностей с образованием модели сразу после завершения сканирования. Вся обработка производится на графическом процессоре, поэтому для успешной работы данного режима требуется высокопроизводительный графический процессор, а также установленный драйвер последней версии. В оставшейся части данной главы описываются основные принципы процесса 3Dсканирования с помощью сканеров Artec и сторонних сенсоров, различия в методах позиционирования и рекомендации по их использованию.

2.2.2

Принципы сканирования

3D-сканер Artec производит съемку поверхности объекта с частотой до 15 кадров в секунду. Этого вполне достаточно, чтобы при плавном движении сканера происходило ≪перекрывание≫ соседних областей снимаемых поверхностей. Геометрические и текстурные особенности перекрывающихся областей используются для автоматического совмещения снятых поверхностей. Совмещение поверхностей происходит непосредственно в процессе съемки, и пользователь сразу же видит на экране уже совмещенные в единой системе координат поверхности. Это дает возможность оценить размер отсканированной области и понять, какие части объекта требуют дополнительного внимания. 3D-сканер имеет ближнюю и дальнюю плоскости отсечения, соответствующие рабочему диапазону расстояний от устройства до сканируемого объекта. Если сканировать объект, располагая сканер слишком близко к нему, то часть объекта, лежащая ближе передней границы рабочего диапазона, окажется неоцифрованной. При значительном же удалении сканера от объекта сканирования в сцену добавятся посторонние шумы, затрудняющие обработку 3D модели и негативно влияющие на конечный результат работы. Поэтому во время сканирования следует располагать сканер ближе к объекту, не пересекая при этом ближней плоскости отсечения (рис. 2.3).

Рис. 2.3: Поверхность, отрезанная ближней плоскостью отсечения и Дальномер Для наглядной визуализации расстояния до сканируемого объекта в приложении Artec Studio реализован инструмент под названием Дальномер, который представляет собой набор прозрачных гистограмм, расположенных слева в окне 3D вида (рис. 2.3). Каждая гистограмма отображает распределение точек получаемых поверхностей по расстоянию до сканера. Цвет гистограммы соответствует набору поверхностей, для которого она получена: по умолчанию серый цвет используется для зарегистрированных ключевых кадров, светло-зеленый – для нескольких последних кадров зарегистрированной последовательности, темно-зеленый –- для успешно зарегистрированного последнего кадра, красный – означает сбой регистрации. Важно! Изменить цвета отображаемых поверхностей можно в диалоге настроек на странице Интерфейс. См. параграф 7.4.4. Нижняя граница шкалы Дальномера соответствует ближней плоскости отсечения, верхняя –- дальней. Для получения наилучших результатов оператору следует следить за тем, чтобы 20

значения гистограммы не выходили за указанные границы, в то же время располагаясь ближе к нижней границе. По умолчанию Artec Studio известны значения минимальной и максимальной границ рабочего диапазона расстояний для устройства, в пределах которого следует располагать плоскости отсечения. Данные значения привязаны к типу подключенного устройства и обеспечивают хорошее качество сканирования. Тем не менее границы рабочего диапазона сканеров L и 3Dсенсоров можно переопределить, если точность сканирования не является критичной. Для этого в диалоге настроек на странице Съемка надо установить флажок Переопределить диапазон глубин, после чего ввести новые границы диапазона сканирования (рис. 2.4). Более подробно о настройках съемки см. параграф 7.3.3. Важно! Переопределение рекомендованных значений рабочего диапазона расстояний сканера может привести к потере точности.

Рис. 2.4: Переопределение диапазона глубины сканирования При сканировании следует учитывать также, что чрезмерно быстрое движение сканера может привести к тому, что пересекающиеся области соседних кадров окажутся слишком малы и система автоматического совмещения не сможет совместить новый кадр с предыдущим. В такой ситуации процесс сканирования прерывается, и система переходит в режим ожидания поверхности, достаточно хорошо перекрывающейся с уже отснятой последовательностью. При этом все новые поверхности, которые система не сможет корректно позиционировать относительно предыдущих кадров, будут выброшены и не войдут во вновь создаваемый скан. Данные поверхности будут отображаться на экране красным цветом, сигнализируя оператору о том, что ему необходимо вернуть 3D-сканер в предыдущее положение (рис. 2.5). Одновременно система сигнализирует об ошибке повторяющимися звуковыми сигналами, которые прекращаются в случае, если ошибка устранена (звуковое сопровождение может быть включено и выключено на странице Интерфейс диалога настроек, см. параграф 7.4.1). После того, как система найдет правильное положение для новой поверхности, сканирование продолжится. Для того чтобы это произошло, оператору требуется совместить ранее созданный скан (отображается зеленым) с вновь поступающими поверхностями (отображаются красным), перемещая сканер. Иногда это оказывается нелегкой задачей, и тогда проще начать новый скан. В некоторых случаях взаимное расположении поверхностей может быть определено неправильно и произойдет их неверное совмещение. В такой ситуации сканирование необходимо начать заново, а некорректно совмещенные поверхности – удалить. Также можно попробовать исправить результат некорректного совмещения, разбив скан на несколько. Методика устранения данной ошибки путем разбиения сканов описана далее (см. параграф 5.1.1).

Рис. 2.5: Сообщение о прерванном отслеживании траектории

2.2.3

Особенности сканирования с помощью Spider

Сканер Spider рекомендуется использовать, после того как он достигнет своей рабочей температуры. Сразу после подключения к компьютеру или к электросети сканер начинает нагреваться. Если открыть панель Съемка, на ней помимо прочей информации отобразятся данные о текущей и оптимальной температурах устройства. Прогрев идет быстрее, когда сканер находится в режиме Предпросмотр. В этом случае на панели отображается и расчетное время, оставшееся до достижения сканером оптимальной температуры. Важно! Стоит отметить, что Spider можно использовать и при температуре, отличной от оптимальной. Но точность получаемых поверхностей в этом случае не гарантируется.

2.2.4

Особенности сканирования с помощью сторонних 3D-сенсоров

Сторонние 3D-сенсоры, такие как Microsoft Kinect, PrimeSense Carmin или ASUS Xtion, строго говоря, не предназначены для использования в качестве 3D-сканеров. Подобные устройства изготавливаются из дешевых компонентов и лишены таких базовых функций, как, например, синхронизация 3D и 2D сенсоров. Ввиду существования этих естественных ограничений, вам не следует ожидать от подобных устройств очень точных 3D поверхностей. Тем не менее считаем нелишним привести некоторые советы, которые позволят вам добиться наилучших результатов при работе с 3D-сенсорами: • Cканируйте при хорошем освещении. • Устройства ASUS X-tion и PrimeSense (за искл. Kinect) имеют функцию автоматической экспозиции и настройки баланса белого. Для получения поверхностей одинаковой яркости рекомендуется направить сенсор на объект и подержать его в режиме Предпросмотр порядка 5 секунд, а затем нажать кнопку Запись. • Постарайтесь не двигать резко устройство и не допускайте, чтобы сканируемые объекты меняли свое положение во время съемки. 22

• Старайтесь держать сенсор как можно ближе к сканируемому объекту. При сканировании 3D-сенсором доступны методы позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ и ≪Метки≫, для обоих можно активировать режим Склейка в реальном времени (см. рис. 2.2b. Также можно выключить запись текстуры, установив флажок Не снимать текстуру.

2.2.5

Сканирование с использованием метода позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫

Метод позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ доступен только для сканеров с текстурной камерой и используется по умолчанию. Данный метод позволяет алгоритму регистрации производить позиционирование и выравнивать сканы, используя как текстурные, так и геометрические особенности поверхностей сканируемого объекта. При использовании метода ≪Геометрия + Текстура≫ достигаются самые лучшие результаты, благодаря чему вы можете перемещать сканер быстрее и получать данные, последующая обработка которых занимает гораздо меньше времени. Важно! Метод позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ рекомендуется использовать как можно чаще, стараясь не применять других методов. При съемке в режиме Предпросмотр и кнопку Запись с данным методом позиционирования объекты отображаются с текстурой.

Рис. 2.6: Во время сканирования текущая рабочая зона отмечается зеленым контуром Частота съемки текстурных кадров может быть настроена соответствующим счетчиком в диалоге Настроек (см. параграф 7.2.5 и рис. 2.7).

Рис. 2.7: Счетчик настройки частоты съемки текстурных кадров

(a) Уменьшена яркость цветной камеры

(b) Увеличена яркость цветной камеры

Рис. 2.8: Настройка яркости цветной камеры Яркость текстуры может быть настроена в режиме Предпросмотр. Перемещая ползунок, вы можете увеличить или уменьшить яркость кадров, снимаемых текстурной камерой (см. рис. 2.8). Особенно оправдано применение метода позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ в следующих случаях: • При сканировании объектов сложной формы (с геометрическими и текстурными особенностями), • При сканировании плоских поверхностей без каких-либо геометрических особенностей, • Когда важна точность получаемых поверхностей. 24

Будучи универсальным методом, он незаменим при одновременном сканировании объектов с богатой геометрией и плоских текстурированных участков. Метод позицонирования ≪Геометрия + Текстура≫ помогает сберечь время оператора и является наиболее простым способом сканирования с помощью 3D-сканеров Artec. Важно! Однако, метод позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ требует больше ресурсов процессора, поэтому настоятельно рекомендуется ознакомиться с рекомендуемыми системными требованиями в Разделе 1.3 перед покупкой компьютера. В случае если ваша рабочая станция недостаточно мощная, и сканирование с методом позиционирования ≪Геометрия + Текстура≫ дает уменьшение скорости съемки (кадров в секунду), вы можете активировать другой метод позиционирования, чтобы уменьшить потребление ресурсов компьютера. Выключение вспышки сканера Если вы не имеете возможности использовать вспышку ввиду действующих правил, по чьей-то просьбе или по другим причинам, вы можете принять во внимание приведенные ниже рекомендации.

(a) Вспышка выключена, (b) Вспышка выключена, наружное освещение довольно внешнее освещенние слабое. Результат: темная улучшено. Результат: хорошая текстура текстура

Рис. 2.9: Влияние внешнего освещения на результаты съемки Стоит отметить, что выключение вспышки должно быть компенсировано достаточным внешним освещением. В соответствии с данными собственных исследований, с выключенной вспышкой текстуру приемлемого качества можно получить, если освещенность сканируемой поверхности составляет не менее 1000 люксов. Сравните модели (рис. 2.9), снятые при хорошем и плохом внешнем освещении. Для получения текстурированной модели без применения вспышки сканера необходимо выполнить следующие шаги: 1. Откройте панель Съемка, нажмите на ссылку Дополнительно. 2. Выключите текстурную вспышку, установив флажок Выключить вспышку. 3. Создайте хорошее внешнее освещение. Не используйте люминесцентные лампы. 4. Нажмите Предпросмотр и направьте сканер на объект.

5. Настройте Яркость текстуры и Время экспозиции для текстуры. В большинстве случаев значения следует выбирать максимально маленькие, поскольку увеличение яркости может вызвать появление шума, а увеличение времени экспозиции – ее размывание (потерю четкости). Вместо регулировки ползунков попробуйте еще больше улучшить освещение. 6. Как только вы закончите, выполните необходимые шаги пост-обработки, как описано в Главе 5 и получите текстурированную модель. 7. Настройте параметры текстуры для получившийся модели, как написано в параграфе 5.8.3. Особое внимание следует уделить ползункам Оттенок и Насыщенность. Перемещая ползунок Оттенок, вы можете откорректировать нежелательные цвета текстуры.

2.2.6

Сканирование с использованием метода позиционирования ≪Геометрия≫

Метод позиционирования ≪Геометрия≫ – единственный метод позиционирования, доступный для всех сканеров Artec, независимо от наличия в них текстурной камеры. В его основе лежит использование геометрической информации объекта для выравнивания кадров и сканов во время сканирования. По сравнению с другими методами, этот метод позиционирования использует меньше ресурсов процессора, поэтому он больше всего подходит для сканирования различного вида объектов, имеющих какие-либо геометрические особенности в пределах видимости 3D-сканера.

Рис. 2.10: Главное окно приложения во время съемки с использованием метода позиционирования ≪Геометрия≫

Важно! Применение метода позиционирования по геометрии особенно оправдано, когда известно, что сканируемый объект достаточно уникален с геометрической точки зрения, и следовательно нет реальной необходимости использовать для позиционирования еще и текстуру. Если ваш сканер оборудован текстурной камерой, информация о цвете может быть получена и при использовании метода позиционирования по геометрии. Скорость пост-обработки данных, полученных посредством отслеживания геометрии, самая высокая среди других методов, доступных в Artec Studio. Метод часто используется при сканировании людей и скульптур. Список объектов, которые можно отсканировать только с помощью отслеживания геометрии, внушителен ввиду того, что 26

данный метод не использует текстуру для выравнивания сканов в процессе сканирования. Однако, сканировать некоторые объекты таким образом может оказаться непросто. В таких случаях рекомендуется использовать другие методы позиционирования или в случае, если сканер Artec не имеет текстурной камеры, принять во внимание рекомендации, приведенные в параграфе 2.2.9.

2.2.7

Сканирование в режиме склейки в реальном времени

Склейка в реальном времени – специальный режим, в котором Artec Studio сшивает отснятые 3D-кадры воедино непосредственно во время сканирования. Режим доступен для любого метода позиционирования. Все вычисления производятся на графическом процессоре. Модель, т.е. ≪склеенный≫ объект, создается сразу по завершении сканирования. Чтобы настроить параметры Склейки в реальном времени, необходимо открыть окно Настроек, выбрать вкладку Ресурсы (см. параграф 7.2.6). 1. Размер вокселя, другими словами, разрешение, т.е. размер шага триангуляционной сетки в милиметрах. 2. Размеры – сторона куба, определяющего зону сканирования. Ввиду того, что процессы склейки выполняются в реальном времени, не рекомендуется увеличивать размеры без реальной необходимости.

Важно! Настраивайте оба параметра совместно. Например, будучи ограниченными в объеме графической памяти, вы можете увеличить один параметр, уменьшая другой. Таким путем вы сможете оптимизировать использование графической памяти компьютера.

Рис. 2.11: Рабочая область после Склейки в реальном времени Как только сканирование будет завершено, в Рабочую область будет добавлено по два новых объекта для каждого сделанного скана. Названия объектов будут иметь вид ≪Scan1≫ и ≪Scan1-Fusion≫ (см. рис. 2.11).

2.2.8

Сканирование с использованием меток (Scan Reference)

Сканирование, основанное на совместном использовании специальных позиционных меток и результатов фотограмметрических измерений, позволяет пользователям сканировать большие поверхности за один раз, а также увеличить точность получаемых поверхностей и сократить время пост-обработки. Единственным недостатком данного метода является необходимость предварительной подготовки. Но зато после завершения сканирования вам не нужно будет собирать поверхности, и вы сможете сразу перейти к Склейке (см. примерную последовательность пост-обработки в Кратком руководстве по 3D-сканированию). Такой синергетический эффект достигается благодаря использованию 3D-сканера Artec и решений для фотограмметрии. На рынке представлено несколько сторонних решений для фотограмметрии. Одним из таких решений является Scan Reference. Набор Scan Reference включает программное и аппаратное обеспечение (см. рис. 2.12a): цифровой фотоаппарат, эталонный масштабный крест, некодированные метки на клеевой основе (используются приложением Artec Studio для привязки отсканированных данных к результатам фотограмметрических измерений), многоразовые магнитные кодированные метки (необходимы для автоматического выполнения фотограмметрических измерений в программе ScanReference).

(a) Набор Scan Reference

(b) Кодированные метки (увеличено)

Рис. 2.12: Набор Scan Reference и метки. (a) Слева направо: кодированные метки (на переднем плане), цифровой фотоаппарат, эталонный масштабный крест, катушка ленты с некодированными метками, кейс для транспортировки Выполните следующие шаги: 1. Подготовьте объект и окружающую сцену. Все объекты должны оставаться неподвижными во время измерения и сканирования. (a) Разместите крест на сцене, убедитесь, что он неподвижно закреплен и все метки на нем хорошо видны. (b) Разместите кодированные метки на объекте и на сцене. Важно распределять их в таком порядке, чтобы как минимум 6–8 меток были видны полностью в каждом фотокадре. Желательно размещать метки вразброс, избегая симметрии и выравнивания по прямой. (c) Наклейте некодированные метки на объект, руководствуясь правилами: 28

i. Не менее 6 меток должно находиться в зоне видимости сканера. Например, на рис. 2.12c изображено 7 меток, но 2 из них не будут учтены, потому что видны лишь частично. ii. Выбирая места для меток: • Старайтесь размещать их на плоских участках. • Избегайте неровных поверхностей. • Не закрывайте маркерами важные геометрические элементы. Важно! Размер некодированных меток в задается настройках Artec Studio, как описано в параграфе 7.3.2. Если вы используете некодированные маркеры из набора Scan Reference Kit, укажите 5 мм для внутреннего диаметра и 10 мм для внешнего. Метки других производителей следует измерить и внести измеренные значения внешнего и внутреннего диаметров в соответствующие поля диалога настроек Artec Studio. 2. Снимите несколько фотографий объекта с разных ракурсов. Рекомендации по настройке фотокамеры, выбору ракурсов, количеству снимков и меток в каждом кадре можно найти в руководстве пользователя Scan Reference User Manual. 3. Уберите крест и кодированные метки со сцены. 4. Подключите фотоаппарат к компьютеру, скопируйте фотографии и обработайте их в программе Scan Reference. Как только вычисления будут завершены, на экране отобразятся результаты фотограмметрических измерений объекта, которые могут быть представлены в виде таблицы или пространственной модели. 5. Сохраните точечную модель в *.obc файл. Формат OBC является стандартным для программы Scan Reference. 6. Откройте панель Съемка в программе Artec Studio. Выберите метод позиционирования Метки. 7. Нажмите кнопку Загрузить метки из файла и укажите путь к OBC файлу. 8. Отсканируйте объект. Когда вы закончите, все сканы будут собраны.

2.2.9

Выбор и подготовка объектов для сканирования

Работа 3D-сканеров Artec основана на принципе структурированной подсветки. Это оптический метод, который позволяет оцифровывать за один кадр достаточно большую область поверхности снимаемого объекта. В качестве источника излучения в сканере используется некогерентный источник. Поскольку 3D-поверхности записываются оптическим методом, некоторые объекты сложно отсканировать. К таким объектам относятся: • объекты из прозрачных материалов (стекла, некоторых видов пластика и т.д.); • очень темные объекты и объекты с черной поверхностью; • блестящие и бликующие объекты; • объекты с очень мелкой детализацией (волосы и т.п.). 29

Однако существуют методики, позволяющие успешно работать с перечисленными объектами. Например, прозрачный или темный объект можно покрыть светлой краской или специальным антибликовым спреем, посыпать тальком либо другими легкосмывающимися веществами. В крайнем случае, можно изготовить гипсовый слепок и отсканировать его. Не бойтесь экспериментировать и вы добьетесь прекрасных результатов!

2.2.10

Кнопки 3D-сканера и режимы съемки

Ваш 3D-сканер Artec может находиться в одном из следующих режимов съемки (каждому режиму соответствует определенные цвет и периодичность мигания светодиода на корпусе сканера): • Готовность к съемке – (светодиод горит постоянным зеленым светом n) режим, когда сканер распознан приложением или когда нажата кнопка Стоп на панели Съемка или кнопка на корпусе сканера (см. рис. A.1). В этом режиме вспышка 3D-сканера не мигает. • Предпросмотр – (светодиод мигает красным светом yxy). В этом режиме 3D-сканер производит съемку, но сканирование не происходит, и отснятые кадры не записываются. Режим запускается нажатием либо кнопки Предпросмотр на панели Съемка, либо кнопна корпусе сканера, либо клавиши F7 на клавиатуре компьютера. Этот режим ки применяется для: – проверки границ рабочей зоны 3D-сканера, – подготовки к съемке и планирования дальнейших действий, – настройки яркости текстуры. • Запись – (светодиод горит постоянным красным светом n) режим, в котором происходит сканирование с записью данных в память компьютера или на диск.Режим можно активировать нажатием кнопки Запись на панели Съемка, или клавиши Пробел на клавиатуре, или кнопки (первое нажатие для Предпросмотра, второе – для Записи). Чтобы прервать запись, нажмите либо кнопку Пауза на панели Съемка, либо кнопку на корпусе сканера, либо клавишу Пробел на клавиатуре. Сканеры Spider и EVA оборудованы трехпозиционными кнопками (доп. см. Приложение A). . Модели скаРежимы Предпросмотр/Запись/Пауза включаются одной и той же кнопкой неров MHT и MH имеют однопозиционную кнопку, которая служит только для переключения между режимами Запись и Пауза, активировать режим Предпросмотра можно только через панель программы (подр. см. таблицу 2.1). Если вы хотите записывать данные, только когда аппаратная кнопка сканера MHT или MH нажата и удерживается нажатой, и останавливать сессию сканирования, когда она отпущена, то снимите флажок Режим триггера для кнопки на устройстве в диалоге настроек на странице Съемка (см. параграф 7.3.3). Сканер EVA, Spider MHT, MH (режим триггера) MHT, MH L, M, S

Предпросмотр Õ

Запись Ö

Ö Пауза

Õ Стоп

–

аппаратная кнопка

–

– –

удержание кнопки –

отпускание кнопки –

– –

Таблица 2.1: Аппаратные кнопки сканера и соответствующие им режимы 30

2.2.11

Сканирование объектов

После того, как вы подготовили объекты для сканирования и подключили сканер к компьютеру, откройте боковую панель Съемка. Если к компьютеру подключен только один сканер, то Artec Studio выберет его автоматически, в противном случае вам будет нужно выбрать необходимый прибор из списка в разделе Дополнительно панели Съемка. Если вы планируете использовать результаты сканирования в дальнейшем, рекомендуется перед началом работы создать новый проект, используя кнопку на панели Рабочей области, команду Новый проект в меню Файл или комбинацию клавиш Ctrl + N . Сохраненный проект позволит вам выгружать и загружать сканы по мере необходимости, контролируя таким образом задействованные ресурсы оперативной памяти (подробнее см. Главу 4). Когда вы запустите режим Предпросмотр, все загруженные в приложение сканы будут скрыты. Режим позволяет оценить, насколько хорошо 3D-сканер ≪видит≫ объект, и понять, какие области могут вызвать проблемы при сканировании. Для того чтобы запустить процесс сканирования, необходимо нажать на кнопку Запись на панели Съемка, либо кнопку на самом устройстве. Если по каким-либо причинам вы не хотите, чтобы сканирование начинались сразу же после нажатия на кнопку Запись (например, вам надо успеть навести сканер на сканируемый объект), то следует выставить задержку в секундах в поле Задержка перед началом записи в разделе Дополнительно панели Съемка. Тогда после нажатия на кнопку Запись приложение задержит непосредственное начало записи на заданное количество секунд. Важно! В случае, если начало записи инициировано нажатием кнопки на устройстве, запись начинается сразу же, без задержки. Если вы используете 3D-сканер с текстурной камерой, программа активирует текстурную вспышку и будет снимать цветные изображения, которые в дальнейшем будут использоваться для текстурирования полученной 3D-модели. Важно! При съемке с помощью метода позиционирования ≪Геометрия≫, текстурная вспышка будет активироваться не на каждом кадре, а только в момент совершения существенных движений сканера. После начала сканирования плавно перемещайте сканер, наблюдая за процессом в окне 3D вида. Если объект можно отсканировать со всех сторон за одну сессию, то снимите все поверхнона корпусе сканера. Если объект невозсти и нажмите кнопку Стоп в окне программы или можно отсканировать за одну сессию, то снимите доступную часть объекта и прервите съемку, нажав на кнопку Пауза или на корпусе сканера. После этого следует подготовить объект для следующей сессии сканирования, повернув его или переместившись самому к неотсканированным участкам, затем нажать Запись или . Важно! Использование специального поворотного столика (производится сторонними компаниями) позволит оператору избежать необходимости прерывать сессию сканирования и поворачивать объект.

Важно! В начале каждой новой сессии сканирования создается новый скан на панели Рабочая область. В большинстве случаев автоматическое совмещение создаваемых в разных сессиях сканов может ускорить или упростить дальнейшую обработку. Если для прерывания и возобновления сессии, вы пользовались аппаратной кнопкой сканера и опция Автоматическая сборка во время сканирования не отключена в настройках (см. параграф 7.3.3), то такое совмещение происходит автоматически: достаточно лишь в самом начале новой сессии направить сканер на уже отсканированный участок. В случае использования программных кнопок, нужно отметить нужные сканы из предыдущих сессий, установить флажок Продолжить сканирофлажком вание с выбранных сканов и нажать кнопку Запись. Отсняв объект со всех сторон, нажмите кнопку Стоп в приложении или на корпусе сканера. Важно! Лампа-вспышка в сканере MHT имеет ограниченное число циклов работы, поэтому всегда выключайте сканер MHT, если не используете его. Не оставляйте сканер включенным на длительное время в режиме максимальной (15 кадров в секунду) частоты съемки. Приложение Artec Studio автоматически выключит сканер MHT после 5 минут непрерывной работы. Оптимальный режим работы/простоя сканера составляет 3/7 минут, то есть 3 минуты сканирования и 7 минут простоя>. Это позволит значительно увеличить жизненный цикл вспышки.

Рекомендации по сканированию • При сканировании важно следить за тем, чтобы получающиеся сканы обязательно имели области взаимного перекрытия, по которым они будут совмещены позднее. • Старайтесь отсканировать объект целиком, по кругу, плюс небольшой перекрывающийся участок (360+ градусов). Если нет возможности обойти объект по кругу, то постарайтесь вернуться к той точке, откуда был начат процесс сканирования. • Во время сканирования избегайте попадания в поле зрения сканера объектов, изменяющих свою форму в процессе съемки. Таких как, например, руки оператора. В условиях, когда сцена изменяет свою форму, системе гораздо сложнее (а порой совсем невозможно) найти правильное положение новых кадров относительно уже совмещенных. Если посторонние объекты все же попали в кадр, то их можно будет удалить позже на этапе обработки (смотрите параграф 5.1.3). • При съемке следите за тем, чтобы 3D-сканер находился максимально близко к объекту, не пересекая при этом ближней границы рабочей области. При значительном удалении сканера от объекта точность сканирования снижается. • Для получения наилучшего результата старайтесь, чтобы в каждый момент времени съемка проводилась под углом в 90 градусов к сканируемой поверхности. Особенно важно соблюдать данное правило при съемке темных объектов, сканирование которых ≪под углом≫ зачастую вообще невозможно. • Самое низкое значение шума на восстанавливаемой поверхности - в центре кадра. Поэтому, для получения хорошего результата старайтесь сканировать, располагая объект по центру поля зрения сканера. 32

• Если на финальной модели присутствует шум, то скорее всего это говорит о том, что ≪шумная≫ область была недостаточно хорошо отсканирована. В таком случае разумно провести дополнительное сканирование проблемных областей. • Рекомендуется в режиме предварительного просмотра продумать последовательность предстоящего процесса сканирования, провести репетицию. Это позволит вам понять, как лучше расположить объект, сколько сессий сканирования потребуется для съемки всего объекта, определить начальные и заключительные виды каждой сессии и т.д.

2.2.12

Точное совмещение

В процессе съемки для поверхностей запускается алгоритм грубой последовательной регистрации. Это сделано для того, чтобы оператор имел возможность видеть, какие области объекта были отсканированы, а какие нет, и не тратить при этом большого количества ресурсов процессора. Однако, грубой регистрации недостаточно для получения хорошей модели. Поэтому сразу после закрытия панели Съемка запускается дополнительный режим точной последовательной регистрации сканов, отснятых в последней сессии. В ряде случаев алгоритм точной регистрации можно запустить принудительно из панели Команды, предварительно настроив его параметры в раскрывающемся по нажатию на кнопку списке в разделе Точная последовательная регистрация. Алгоритм затрагивает все сканы, выбранные на панели Рабочей области (см. параграф 5.1.1). Для настройки доступны следующие опции: • registration_algorithm — тип алгоритма регистрации, используемого для совмещения сканов. В случае если объект имеет богатую текстуру и бедную геометрию, рассмотрите вариант применения опции Texture_and_Geometry. Установка опции Geometry для объектов с множеством геометрических особенностей может увеличить скорость регистрации. • loop_closure — алгоритм замыкания траекторий. Если при сканировании объекта сканер совершал круговые движения, при которых одни и те же части объекта сканировались несколько раз, выберите эту опцию, чтобы компенсировать накопленную ошибку. На рис. 2.13 представлено сравнение результатов серийной регистрации с включенной и выключенной опцией замыкания траекторий. В этом примере были отсканированы часть пола и стол. По результатам регистрации с выключенной опцией замыкания траекторий пол сместился, и стол не удалось выровнять должным образом. С активированной опцией замыкания траекторий получились гораздо более приемлемые результаты.

(a) Замыкание траекторий отключено

(b) Замыкание траекторий включено

Рис. 2.13: Алгоритм замыкания траекторий в действии

Глава 3

Просмотр 3D-моделей 3.1

Навигация в 3D

Закончив сканирование объектов, вы можете просмотреть полученные данные в окне 3D вида.

3.1.1

Перемещение/поворот/масштабирование вида

Положением наблюдателя в окне 3D вида можно управлять, сдвигая, вращая, приближая и отодвигая точку наблюдения. Управление перемещением, поворотом и масштабированием 3D вида выполняется при помощи мыши. Способы навигации: • Перемещение – наведите курсор мыши на окно 3D вида. Удерживая нажатой одновременно ПКМ и ЛКМ , перемещайте модель с помощью мыши. Для этой же цели можно использовать среднюю кнопку мыши. • Вращение – наведите курсор мыши на окно 3D вида. Удерживая нажатой ЛКМ , вращайте модель с помощью мыши. • Приближение и отдаление камеры – удерживайте нажатой ПКМ и двигайте мышь. Движение влево или вверх вызывает уменьшение модели, вправо или вниз – увеличение. Для этой же цели можно использовать колесико мыши.

3.1.2

Установка центра вращения

При вращении сцена всегда поворачивается вокруг определенной точки -– центра вращения. В этой точке рисуются три маленькие оси координат (см. рис. 3.1). После запуска приложения центр вращения находится в начале координат. Для того, чтобы изменить положение центра вращения, дважды щелкните ЛКМ по выбранной точке на 3D-модели: центр вращения переместится в нее. Установка центра вращения бывает полезна, если вы хотите рассмотреть со всех сторон отдельный объект сцены: в этом случае установите на него центр вращения и поворачивайте вид при помощи ЛКМ .

Рис. 3.1: Центр вращения

3.2

Выбор проекции

В меню Вид можно выбрать между перспективной и ортогональной проекциями для отображения модели в окне 3D вида. Перспективная проекция -– это центральная проекция на плоскость прямыми лучами, сходящимися в точку -– центр проекции. Она создает визуальный эффект, подобный тому, который дает зрительная система человека. Ортогональная проекция создается, если центр проекции бесконечно удален от картинной плоскости, проекционные лучи при этом падают перпендикулярно к плоскости наблюдения. Данный вид проекции сохраняет параллельность прямых и более подходит для проведения измерений (более подробно см. в Разделе 6.3). Тип проекции также можно изменить с помощью ≪горячих≫ клавиш: • комбинация клавиш Ctrl + 5 на основном блоке клавиатуре, • клавиша 5 на цифровом блоке клавиатуры.

3.3

Рис. 3.2: Пункты меню Вид

Точка обзора

Для оперативного переключения точки обзора можно воспользоваться меню Вид или комбинацией клавиш, приведенных в таблице 3.1. Можно выбрать одну из стандартных точек обзора. Таблица 3.1: Key combinations for switching viewpoints Точка обзора Прямо Назад Слева Справа Сверху Снизу

3.4

Клавиатура Ctrl + Shift + 1 Ctrl + 1 Ctrl + Shift + 3 Ctrl + 3 Ctrl + Shift + 7 Ctrl + 7

Цифровой блок 1 Ctrl + 1 3 Ctrl + 3 7 Ctrl + 7

Отображение 3D-моделей

Панель инструментов, расположенная в верхней части окна 3D вида, предлагает ряд возможностей для управления режимами отображения данных. Все команды управления видом и переключение режимов отображения продублированы в меню Вид (см. рис. 3.2). Исходная позиция (или одноименный пункт в меню Вид) предназначена для Кнопка установки точки наблюдения и направления взгляда в начальное положение, которое они занимают после запуска приложения. 36

Команда Масштабировать вид (кнопка или аналогичный пункт в меню Вид) перемещает точку наблюдения таким образом, чтобы отображаемая сцена целиком поместилась в окне 3D вида и ее размеры соответствовали размерам окна. Включение или отключение отображения осей глобальной системы координат производится выбором опции Сетка вкл/выкл в меню Вид или кнопкой на панели окна 3D вида.

3.4.1

Режимы отрисовки и затенения

В меню Вид имеется возможность выбора одного из следующих вариантов отрисовки 3Dповерхностей (см. рис. 3.3): • Сплошная заливка -– наиболее часто используемый способ отрисовки модели со сплошной заливкой граней всех поверхностей выбранным методом затенения; • Каркасная модель -– отображение ребер полигональных поверхностей без применения заливки; • Точечная модель -– отображение вершин полигональных поверхностей; • Сетка поверх заливки – отрисовка модели со сплошной заливкой граней и отображением ребер другим цветом, может применяться для визуальной оценки качества оптимизации полигональной модели (подробности см. в параграфе 5.6.6); • Точечная и сплошная заливки – сканы автоматически отображаются как облако точек, в то время как модели отрисовываются со сплошной заливкой. С этим режимом нет необходимости переключать режимы в поисках лучшей отрисовки для каждого типа поверхностей. Режим является стандартным для сканера Spider. Все режимы отрисовки можно активировать из панели инструментов окна 3D вида, нажав для включения режима сплошной заливки, -– для отображения каркасной на кнопку модели, –- для отображения точечной модели, –- для отображения сетки поверх заливки и – для отображения сплошной заливки или точечной модели в зависимости от типа выбранных поверхностей.

Рис. 3.3: Возможные режимы отрисовки Примеры нескольких режимов отрисовки модели приведены на рис. 3.4. Помимо этого вы можете выбрать метод затенения для сплошной заливки поверхности в меню Вид или при помощи кнопок панели инструментов окна 3D вида: • Гладкое затенение, кнопка панели инструментов. При гладком затенении значение цвета для каждой точки в пределах грани вычисляется интерполяцией цвета в вершинах. 37

(a) Точечная модель

(b) Сетка поверх заливки

Рис. 3.4: Пример режимов отрисовки • Плоское затенение, кнопка панели инструментов. При плоском затенении все точки грани отрисовываются одинаковым цветом.

(a) Гладкое затенение

(b) Плоское затенение

Рис. 3.5: Различия между плоским и гладким затенением

3.4.2

Освещение, цвет и текстура

Параметр Освещение вкл/выкл в меню Вид или кнопка панели инструментов используются для включения и выключения освещения в окне 3D вида. Данный параметр может быть интересен, когда вам необходимо выключить освещение, чтобы увидеть только силуэт модели или оценить качество текстуры. 38

Рис. 3.6: Способы назначения цветов поверхностям скана Параметр Цвет в меню Вид дает возможность выбора способа назначения цветов поверхностям скана. Возможны следующие варианты: • Текстура – включается отрисовка текстуры для тех поверхностей, где она присутствует; в противном случае, поверхность отрисовывается цветом скана; • Цвет скана – все поверхности скана окрашиваются в один и тот же цвет, присвоенный скану; • Цвет поверхности – каждая поверхность скана окрашивается в отдельный цвет; • Качество – цвет всех поверхностей скана выбирается в зависимости от качества регистрации скана; красный цвет сигнализирует об ошибке регистрации. Перечисленные варианты назначения цветов поверхностям скана могут быть выбраны на, , , (рис. 3.6). Примеры жатием соответствующих кнопок на панели инструментов: выбора различных вариантов цветового отображения приведены на рис. 3.7.

(a) Режим Цвет поверхности

(b) Режим Качество

Рис. 3.7: Различные режимы цветового отображения поверхностей сканов

3.4.3

Двустороннее отображение

Внутренняя сторона поверхности может быть отображена тремя различными способами: • Показывать -– внутренняя сторона поверхности окрашивается в цвет модели; • Не показывать -– внутренняя сторона поверхности не отображается; • Показывать черным –- внутренняя сторона поверхности окрашивается в черный цвет. Эти режимы выбираются в меню Вид или нажатием в окне 3D вида кнопок , и соответственно (см. рис. 3.8). По умолчанию включен режим Черная обратная сторона.

Рис. 3.8: Варианты двустороннего отображения Примеры различных режимов двустороннего отображения приведены на рис. 3.9.

3.4.4

Отображение нормалей и границ

Отображение нормалей вкл/выкл в меню Вид включает или выключает отрисовку нормалей для каждой вершины модели. По умолчанию нормали направлены от поверхности модели в направлении 3D-сканера. Изменить направление нормалей можно командой Инвертировать нормали. Более подробно алгоритмы обработки данных описаны в Главе 5. Переключение отображения нормалей также может быть выполнено нажатием клавиши N при активном окне 3D вида. Для работы с краями модели может быть удобной функция Отображение границ вкл/выкл в меню Вид, включающая и выключающая подсветку граничных ребер модели. Подсветка границ модели может быть включена и выключена нажатием клавиши B при активном окне 3D вида.

3.4.5

Отображение и текстурирование нетекстурированных полигонов

На текстурированных моделях могут встречаться участки, на которые текстура не наложена (см. белые участки на рис. 3.10b). Команда Отрисовывать полигоны без текстуры вкл/выкл в меню Вид позволяет включать/выключать отображение таких участков. Если текстура на импортированной модели меньше размера самой модели, то для заполнения нетекстурированных участков, она может быть ≪замощена≫ (см. рис. 3.10c, указания по импорту моделей в Разделе 4.5). Механизм такого заполнения подобен настилу плитки на полу или повторению рисунка на обоях, т.е. текстура циклически повторяется. Чтобы включить эту опцию, выберите команду Режим повторения текстуры вкл/выкл в меню Вид. Важно! Необходимо активировать отображение нетекстурированных полигонов, как описано выше, иначе результат наложения повторяющейся текстуры не будет виден (см. рис. 3.10a).

(a) Двустороннее отображение (цветом модели)

(b) Одностороннее отображение

Рис. 3.9: Примеры режимов отображения обратной стороны модели

(a) Отрисовывать полигоны ... выкл

(b) Отрисовывать полигоны ... вкл

Рис. 3.10: Соответствие между положениями переключателей и результатами отображения текстур

3.4.6

Стереорежим

Стереорежим (команда Стереорежим вкл/выкл в меню Вид) предназначен для работы со стереодисплеями и оборудованием с возможностью отображения стереоскопического 3D. Для ак-

тивации режима необходимо, чтобы видеокарта поддерживала стерео-режим OpenGL Stereo. Такими возможностями обладают, например, профессиональные видеокарты NVIDIA Quadro. Если стереорежим недоступен, данный пункт меню заблокирован и отображается серым цветом. Более подробную информацию о совместимом оборудовании можно найти на сайте компании NVIDIA.

3.5

Сохранение скриншотов

Поверхности, отображаемые в окне 3D вида могут быть запечатлены и сохранены в графическом файле. В отличие от стандартной функции Print Screen в Windows, данная команда сохраняет только содержимое окна 3D вида (см. рис. 3.11) и игнорирует любой фон. При сохранении скриншота вместе с поверхностями сохраняются следующие элементы: • координатные оси; • различные точки, линии и плоскости; • аннотации; • карта и гистограмма расстояний (см. Раздел 6.3); • результаты измерений: точки, линии и метки.

(a)

(b)

(c)

Рис. 3.11: Примеры сохраненных скриншотов Для того чтобы создать скриншот, следуйте приведенной ниже последовательности действий: 1. Выберите в меню Вид команду Сохранит скриншот или нажмите комбинацию клавиш Shift+Ctrl+S . 2. В открывшемся окно Проводника Windows укажите папку назначения и имя файла, затем нажмите кнопку Сохранить. Файл будет сохранен в формате PNG. Важно! Помните, что конфликт имен файлов в данном случае решается посредством перезаписывания файла, при этом никаких предупреждающих сообщений не возникает. По этой причине во избежание перезаписи каждый раз при сохранении скриншотов указывайте уникальные имена файлов.

Глава 4

Работа с проектами Проект представляет собой совокупность 3D-данных и истории их изменения, которая может быть сохранена на диск и в дальнейшем восстановлена. Помимо этого проект содержит результаты измерений, проведенных пользователем (см. параграф 6.3). Физически проект представляет собой директорию на диске, в которой хранятся все данные проекта, а также файл проекта, описывающий его структуру.

4.1

Создание проекта

До начала сканирования рекомендуется создать проект и присвоить ему имя (см. параграф 2.2.11). Новый проект может быть создан с помощью пункта меню Файл - Новый проект, в верхней части Рабочей области или комбинацией клавиш Ctrl + N . нажатием кнопки Далее в диалоговом окне создания проекта (рис. 4.1) вам необходимо ввести имя проекта и указать путь на диске, куда он будет сохранен. При работе с проектом имя активного проекта указывается в заголовке окна Рабочей области.

Рис. 4.1: Окно создания проекта Создание проекта не является обязательным, если вы не планируете обрабатывать или использовать отснятый материал в дальнейшем.

4.2

Сохранение проекта

Для сохранения проекта можно воспользоваться пунктом меню Файл - Сохранить проект, нав верхней части Рабочей области или комбинацией клавиш Ctrl + S . При жатием кнопки этом, если проект ранее не был сохранен, будет отображено окно создания проекта (см. параграф 4.1). 43

В приложении Artec Studio реализован принцип инкрементного сохранения, то есть при последовательном сохранении проектных данных на диск будут записаны только те данные, которые были изменены или добавлены с момента предыдущего сохранения.

4.3

Открытие проекта

Для открытия ранее созданного проекта можно воспользоваться пунктом меню Файл - Открыть проект, нажатием кнопки в верхней части Рабочей области или комбинацией клавиш Ctrl + O , после чего указать файл проекта. Важно! Проекты, сохраненные в более поздней версии Artec Studio в формате SPROJ, не во всех случаях могут быть открыты в приложении более ранней версии. При этом файлы версий Artec Studio 8 и 9 совместимы. По умолчанию состояние загрузки сканов в память (загружен, выгружен, только ключевые кадры (см. параграф 4.7)) восстанавливается таким, каким оно было в момент последнего сохранения проекта. Если вам необходимо ускорить загрузку и открыть проект со всеми сканами в выгруженном состоянии, следует воспользоваться пунктом выпадающего меню Открыть проект (без загрузки сканов) кнопки , аналогичной командой в меню Файл или комбинацией клавиш Ctrl + Shift + O . Важно! При открытии проекта приложение осуществляет контроль объема свободной оперативной памяти. Если размер очередного скана превышает этот объем, он переводится в выгруженное состояние.

4.4

Экспорт моделей и сканов

В случае сохранения данных для их последующей обработки в Artec Studio разумнее воспользоваться полным сохранением проекта в формате SPROJ или экспортом в формат SCAN. Если планируется работа с этими данными в других приложениях, можно сохранить сканы и отдельные поверхности в других форматах. Важно! Формат SCAN – универсальный экспортный формат сканов, данные в таком формате могут быть открыты в любой версии Artec Studio. Выделите сканы, которые вы собираетесь экспортировать, и воспользуйтесь пунктом меню Файл - Экспортировать сканы... или Файл - Экспорт модели, либо соответствующими пунктами выпадающего меню кнопки в окне Рабочей области. Для сохранения отдельной модели после выбора пункта меню Экспорт модели введите путь к файлу и выберите необходимый формат. В настоящее время в Artec Studio поддерживаются следующие экспортные форматы файлов поверхностей: PLY, OBJ, VRML, STL, ASC, AOP, PTX, X, XYZRGB, E57. При экспорте одного или нескольких сканов после выбора пункта меню Экспортировать сканы... будет показано диалоговое окно, в котором необходимо ввести путь для экспорта и формат, в котором сканы будут сохранены (см. рис. 4.2), после чего нажать кнопку OK. 44

Рис. 4.2: Окно экспорта сканов Экспорт скана возможен как в виде одного файла, в этом случае следует выбрать формат SCAN, так и в виде директории, в которой каждый кадр скана будет сохранен в отдельном файле. При сохранении в виде директории доступны следующие форматы файлов поверхностей: PLY, STL, OBJ, VRML и X. Информация о взаимном расположении поверхностей также будет сохранена в виде набора текстовых файлов XF. По умолчанию координаты точек поверхностей задаются в системе координат сканера, поэтому их положение при открытии в других приложениях может отличаться от того, что вы видите в окне 3D вида. Для фиксации расположения следует установить галочку Применить трансформации. Важно! Экспорт моделей и сканов осуществляется в фоновом режиме, приложение не блокируется, можно продолжать работу с остальными сканами. При этом в нижней части главного окна программы будет отображаться степень завершенности операции экспорта. Для прерывания операции следует нажать кнопку Отмена в правом нижнем углу.

4.4.1

Форматы экспорта текстуры

При экспорте текстуры можно выбрать один из следующих графических форматов для ее хранения: JPG, PNG, BMP. По умолчанию используется формат JPG, как наиболее компактный. При необходимости сохранения максимального качества текстуры рекомендуется выбирать формат PNG со сжатием без потерь. Важно! Возможность выбора формата для экспорта текстуры доступна только при экспорте в форматы PLY, VRML, OBJ и X.

4.4.2

Экспорт в приложение Leios

Если на компьютере пользователя установлено приложение Leios, то в меню Файл доступен экспорт моделей непосредственно в это приложение (см. рис. 4.3a). Для этого в окне Рабочей области следует выделить модель и выбрать пункт меню Файл – Экспортировать в Leios, после чего в окне приложения Leios указать, что единицами измерения являются миллиметры.

(a) Команда экспорта в приложение Leios Artec Studio

(b) Модель, экспортированная в приложение Leios

Рис. 4.3: Export to Leios

4.5

Импорт моделей и сканов

Помимо съемки и открытия проекта существуют и другие способы загрузки данных в приложение Artec Studio, например, при помощи операции импорта. Импортированы могут быть как файлы сканов, созданные в предыдущих версиях приложения, так и отдельные поверхности в форматах: PLY, STL, VRML, OBJ, PTX. Для этого воспользуйтесь пунктом меню Файл - Импорт..., комбинацией клавиш Ctrl + I либо пунктом выпадающего меню кнопки , после чего выберите набор файлов, которые вы собираетесь импортировать. Вы также можете перетащить набор файлов в главное окно Artec Studio или просто дважды щелкнуть по ним мышкой. Важно! Импорт осуществляется в фоновом режиме, приложение не блокируется, можно продолжать работу с ранее загруженными сканами. При этом в нижней части главного окна программы будет отображаться степень завершенности операции импорта. Для прерывания операции следует нажать кнопку Отмена в правом нижнем углу. Файлы поверхностей будут импортированы в виде отдельных однокадровых сканов. После импорта каждого скана приложение осуществляет вычисление ключевых кадров для сканов, содержащих более одной поверхности (см. параграф 1.5), а также, если это поведение не отключено в настройках (см. параграф 7.1.5), осуществляет проверку поверхностей на наличие дефектов. Если такие поверхности найдены, в конце операции импорта пользователю показывается диалоговое окно со списком проблемных поверхностей и дается возможность выбрать те из них, которые следует исправить (см. рис. 4.4).

4.6

История изменений проекта

Все изменения данных в приложении Artec Studio протоколируются и могут быть отменены в – отмена операции, дальнейшем. Для этого в окне Рабочей области предназначены кнопки и – повторение ранее отмененной операции. Для удобства можно также воспользоваться 46

Рис. 4.4: Окно выбора поверхностей для исправления дефектов комбинациями горячих клавиш Ctrl + Z и Ctrl + Y . В случае, если требуется отменить или заново воспроизвести сразу несколько операций, следует воспользоваться выпадающим меню кнопок и . При сохранении проекта помимо собственно трехмерных данных сохраняется также и история изменений. Максимальная длина истории может быть задана в окне настроек на вкладке Ресурсы (см. параграф 7.2.3). Там же доступны кнопки Очистка памяти, которая выгружает историю изменений на диск, освобождая при этом оперативную память, и кнопка Очистить историю команд, которая стирает историю изменений, освобождая оперативную память и делая невозможной отмену последних выполненных действий. Для очистки истории можно также воспользоваться пунктом меню Правка – Очистить историю главного окна программы.

4.7

Выборочная загрузка данных проекта

В процессе работы с большим массивом данных часто возникает необходимость освободить дополнительный объем оперативной памяти без удаления части данных из проекта. С этой целью в приложении Artec Studio реализован механизм выборочной загрузки сканов. Не нужные в данный момент сканы могут быть выгружены на диск, а занимаемая ими оперативная память освобождена. Если в процессе работы с проектом какие-то из выгруженных сканов понадобятся для работы алгоритмов, они будут автоматически загружены. Поверхности, которые в данный момент не загружены в память, не отображаются в окне 3D вида. Сканы или кадры, полностью выгруженные из памяти, отображаются на панели Рабочая область серым курсивным шрифтом. (см. рис. 4.5). Важно! Чтобы изменять состояние загрузки сканов, необходимо сохранить проект. Для изменения состояния загрузки сканов выберите их в окне Рабочей области (используя клавишу Ctrl ), щелкните ПКМ и выберите в выпадающем меню (рис. 4.5) один из вариантов загрузки сканов: • Выгрузить сканы – полностью выгрузить сканы из оперативной памяти. • Загрузить только ключевые кадры – оставить в оперативной памяти только ключевые кадры. • Загрузить сканы – полностью загрузить сканы в оперативную память. 47

Рис. 4.5: Выборочная выгрузка сканов • Загрузить текстуры - полностью загрузить текстуры в оперативную память. • Выгрузить текстуры - полностью выгрузить текстуры из оперативной памяти. Алгоритмы могут изменять состояние загрузки данных в проекте в следующих случаях: • сканы, помеченные для обработки кнопкой мять;

, не были загружены в оперативную па-

• для выполнения алгоритма требуется много памяти – незадействованные в алгоритме сканы, кадры и текстуры будут выгружены из памяти; • система восстанавливает исходное состояние загрузки данные после завершения алгоритма.

Важно! Помимо собственно трехмерных данных, большой объем оперативной памяти может занимать история изменений проекта. Информацию о том, как управлять размером истории, выгрузить ее на диск или очистить можно найти в Разделе 4.6.

4.8

Автосохранение проекта

Сохранение проекта может быть инициировано как самим пользователем, так и программой. В последнем случае этот процесс называется автосохранением. Автосохранение не осуществляется, если проект временный, т.е. не был ни разу сохранен. Оно инициируется в следующих случаях: • Перед стартом алгоритма текстурирования (см. параграф 5.8). • Перед стартом алгоритмов из панели Команды, если это указано в настройках (см. параграф 7.1.2). 48

• Перед запуском алгоритма глобальной регистрации и после него (параграф 5.3. • При открытии и закрытии панели Сборка (параграф 5.2). • По окончании процесса съемки, если выставлен флажок Сохранять копию скана на диск (см. параграф 2.2.11). • При попытке выгрузить из памяти сканы, имеющие несохраненные изменения (см. параграф 4.7).

Глава 5

Обработка данных Завершив сканирование объекта со всех нужных ракурсов и получив достаточное количество данных, можно приступать к созданию 3D-модели. В этой главе мы подробно рассмотрим этот процесс. В качестве тестового объекта в большинстве примеров будет использована декоративная пластиковая фигурка утки (рис. 5.1).

Рис. 5.1: Целевой объект – фигурка утки Процесс создания законченной модели включает в себя следующие этапы: • Ревизия и редактирование данных (параграф 5.1); • Совмещение сканов (параграф 5.2); • Глобальная регистрация данных (параграф 5.3); • Склейка данных в единую 3D-модель (параграф 5.5); • Финальное редактирование 3D-модели (параграф 5.6); • Текстурирование (Раздел 5.8).

5.1

Ревизия и редактирование сканов

Данные каждой сессии сканирования сохраняются в отдельный скан. Список всех сканов, содержащихся в проекте, отображается в Рабочей области программы (рис. 5.2a). Данные в Рабочей области располагаются в следующих колонках: 50

• Стилизованный флажок выделения – сканы, отмеченные кнопкой в этой колонке, отображаются в окне 3D вида и обрабатываются при запуске любых алгоритмов и команд приложения Artec Studio. • Цвет – в этой колонке каждому скану соответствует квадратная пиктограмма цвета этого скана. Заполнение квадрата зависит от количества поверхностей скана, загруженных в приложение. Квадрат полностью заполнен, если загружены все поверхности, заполнен наполовину, если загружены только ключевые кадры, и пуст, если все данные скана выгружены (см. параграф 4.7). Цвет скана можно менять, нажав на соответствующий ему квадрат и выбрав желаемый цвет из предложенной палитры. • No. – число-идентификатор скана. • Имя — при создании скана в процессе съемки для него автоматически генерируется имя вида Scan1, Scan2 и т.д. на основе значений полей Префикс имени и Начать с на панели Съемка. Чтобы переименовать скан, выберите его, нажав на его имени ЛКМ . Затем либо нажмите клавишу F2 , либо вызовите контекстное меню скана нажатием ПКМ на его имени и выберите в нем пункт Переименовать.... В обоих случаях будет вызвано окно переименования скана, в котором вы сможете задать его новое имя. • В памяти – количество поверхностей скана, загруженных в память (см. параграф 4.7). • Всего – общее количество поверхностей, а также размер скана в Мб памяти. • Качество – качество регистрации скана, равное максимальному значению ошибки регистрации для поверхностей скана.

5.1.1

Выделение данных

Выделение сканов В программе предусмотрены два типа выделения сканов: 1. Нажатием на имени скана с помощью ЛКМ . Этот тип выделения используется для команд, вызываемых из контекстного меню скана. – Нажатие на кнопку на панели Рабочая область выберет все сканы или снимет выделение со всех выбранных сканов. – Нажатие Ctrl + А выберет все доступные сканы. 2. Нажатием на пустом поле в самой левой колонке Рабочей области. Рядом со сканами, выделенными таким образом, ставится значок . Это выделение используется для отображения данных в окне 3D вида и для работы алгоритмов. – Нажатие Ctrl + Alt + ЛКМ на имени скана или Ctrl + ЛКМ в самой левой ячейке Рабочей области выберет только текущий скан, сняв выделение с остальных. – Нажатие Shift + Alt + ЛКМ на имени скана инвертирует состояние выделения

Важно! Для того чтобы отобразить скан в окне 3D вида или обработать скан алгоритмом необходимо использовать второй способ выделения (с помощью )

(a) Панель Рабочая область

(b) Окно списка поверхностей

Рис. 5.2: Панель Рабочая область и окно списка поверхностей Выделение поверхностей При двойном нажатии ЛКМ на имени скана вместо списка сканов в панели Рабочая область отобразится панель Поверхности, содержащая список поверхностей выбранного скана (рис. 5.2b). В случае, если открытый скан состоит из одной поверхности, вместо списка отобразится панель, отображающая данные об этой поверхности (рис. 5.3). В этом режиме в окне 3D вида отображаются только поверхности, выделенные в этом списке. При активации опции Показать другие выделенные поверхности в окне 3D вида будут также отображены выделенные поверхности из других сканов. Существуют следующие способы выделения поверхностей: • Нажатие ЛКМ на имени поверхности выделит ее, сняв выделение с остальных. • Нажатия ЛКМ с зажатой клавишей Ctrl позволяют выделить несколько указанных поверхностей одновременно. • Нажатия ЛКМ с зажатой клавишей Shift выделяют последовательную группу поверхностей в указанном интервале. 52

• Нажатие на иконку все выделения.

на панели Поверхности выделит все поверхности или отменит

• Используя выпадающее меню кнопки текстурированные поверхности.

можно быстро выделить все ключевые или

• Нажатие Ctrl + А выделит все поверхности скана. Нажав кнопку или клавишу Ctrl + P , вы можете запустить поочередную демонстрацию поверхностей, остановить которую можно нажатием кнопки или повторным нажатием Ctrl + P .

Рис. 5.3: Представление ≪однокадрового≫ скана в окне поверхностей

5.1.2

Ревизия сканов

Приступая к работе по построению 3D модели, в первую очередь, необходимо провести предварительную обработку сканов: удалить ненужные поверхности, разделить на отдельные сканы некорректно совмещенные данные, вырезать из сцены посторонние объекты. Возможно появление проблем следующего характера: • сдвиг поверхностей друг относительно друга (см. рис. 5.4a) – может происходить либо по причине отсутствия, недостаточного количества или малого размера геометрических особенностей на поверхности, либо по причине малого количества полигонов в снятом кадре. • некорректно совмещенные части (см. рис. 5.4b) - происходит, если алгоритм совмещения в режиме реального времени некорректно определил положение новой поверхности относительно старых. • попадание в поле зрения нежелательных объектов (см. рис. 5.4c). 53

(a) плохая геометрия

(b) неверное совмещение при сканировании

Рис. 5.4: Некоторые ошибки, возникающие при сканировании Для выявления мест возникновения ошибок очень помогает визуальная инспекция поверхностей скана. Для этого выделите скан и просмотрите все входящие в него поверхности, зажимая клавишу Стрелка вверх или Стрелка вниз на клавиатуре). Сдвиги поверхностей друг относительно друга легко обнаружить при таком методе просмотра. Удаление лишних поверхностей Некорректно совмещенные поверхности и поверхности, содержащие малое количество полигонов, необходимо удалить из скана. Для этого нужно выделить их в списке поверхностей и нажать клавишу Del . Важно! Система не спрашивает подтверждения данной операции: удаление происходит мгновенно. Удаленные данные можно восстановить, воспользовавшись кнопкой Отменить.

Разбиение скана В процессе точной регистрации поверхности внутри некоторых сканов могут быть совмещены некорректно. Иногда проблемный скан можно разделить на несколько частей, каждая из которых будет зарегистрирована достаточно хорошо. В этом случае необходимо разбить его на несколько сканов. Для того, чтобы переместить часть поверхностей в новый скан, необходимо сделать следующее: • выделить переносимые поверхности в окне Поверхности. • щелкнуть в окне Поверхности ПКМ и выбрать пункт Перенести в новый скан (рис. 5.5). Другой способ справиться с ошибками регистрации заключается в следующем: вы можете сбросить текущие значения трансформаций поверхностей, и повторить регистрацию заново, возможно, изменив какие-то настройки. Для этого, в окне Рабочая область выделите нужный скан, щелкните по нему ПКМ и выберите из выпавшего меню пункт Сброс положения. Это приведет к сбросу рассчитанных положений всех поверхностей, содержащихся в скане. Программа выведет диалоговое окно, где попросит вас подтвердить данную операцию. После этого для просчета новых положений необходимо запустить алгоритмы Грубая последовательная регистрация и Точная последовательная регистрация (смотрите также параграф 2.2.12). 54

Рис. 5.5: Перенесение части поверхностей из скана в новый скан

5.1.3

Редактирование данных

Для редактирования выбранных сканов откройте вкладку Редактор на Боковой панели. На панели иконок в окне 3D вида к уже имеющимся добавятся иконки редактирова, , и и , соответствующие инструментам Позиционирование, Перемения стить/вращать/масштабировать, Сглаживающая кисть, Ластик, Удаление выбросов.

Рис. 5.6: Панель Редактор

Переместить/вращать/масштабировать (Преобразование) Данный инструмент предназначен для перемещения, вращения и масштабирования всех обьектов в окне 3D вида. Активация или нажатие горячей клавиши T вызовет появление в панели Редактор диалога, содержащего три вкладки, соответствующие режимам изменения положения модели в глобальной системе координат. Выбранный режим будет отображаться в нижней части окна 3D вида. • Для того, чтобы войти в режим перемещения, откройте вкладку Перенос или нажмите клавишу T . В панели Редактор появится три поля ввода, в которых будут отображены 55

координаты текущего центра локальной системы координат. Вы можете поменять центр локальной системы координат, дважды нажав на точку на модели в окне 3D вида. Чтобы переместить модель, введите новые координаты в поля ввода в панели Редактор или переместите модель в окне 3D вида, потянув за одну из координатных осей (см. рис. 5.7a). Кроме того, в режиме переноса поддерживается ввод значений с клавиатуры. Для того, чтобы воспользоваться этим способом, нажмите клавишу, соответствующую оси ( X , Y или Z ), вдоль которой вы хотите переместить модель. После этого вы можете ввести новое значение выбранной координаты (в миллиметрах) в одном из двух режимов: - относительное перемещение: введенное значение будут прибавлено к текущему значению координаты; - абсолютное перемещение: новое значение координаты будет равно введенному значению. Переключение между этими режимами осуществляется клавишей / . Нажмите Enter , чтобы применить ваши изменения.

(a) Перенос

(b) Вращение

Рис. 5.7: Режимы инструментальной панели ≪Преобразование≫ • Для того, чтобы войти в режим вращения, откройте вкладку Вращение или нажмите клавишу R . В панели Редактор появится три поля ввода, соответствующие углам Эйлера (в градусах). Изначально значения всех углов равны нулю. Для того, чтобы повернуть модель, введите новые значения углов или поверните модель в окне 3D вида, потянув мышью за одну из трех окружностей, отображаемых вокруг центра локальной системы координат.(см. рис. 5.7b). Кроме того, можно повернуть модель с помощью клавиатуры. Для этого нажмите на кнопку, соответствующую координатной оси, вокруг которой вы бы хотели повернуть модель, и введите значение поворота в градусах. Нажмите Enter , чтобы применить Ваши изменения. Обратите внимание, что при повороте вокруг осей X и Y изменяются значения всех трех углов Эйлера. • Для того, чтобы войти в режим масштабирования, откройте вкладку Масштабирование или нажмите клавишу S . В панели Редактор появится поле ввода, в котором будет отображен масштаб модели относительно исходного, изначально равный 1. Для того чтобы масштабировать модель, введите новое значение масштаба или измените размер модели в окне 3D вида, потянув за любую из координатных осей (см. рис. 5.7c). Кроме того, вы можете задать новый масштаб с клавиатуры. Для этого нажмите любую из клавиш X , Y или Z и введите новое значение в одном из двух режимов: – относительное масштабирование: введенное значение будет умножено на текушее значение масштабирования; – абсолютное масштабирование: новое значение масштабирования будет равно введенному значению. Переключение между этими режимами осуществляется клавишей / . Нажмите Enter , чтобы применить Ваши изменения. 56

После изменения положения модели любым из способов, описанных выше, необходимо нажать кнопку Принять в панели Редактор для того, чтобы подтвердить изменения, или кнопку Отменить для того, чтобы их отменить. Положение модели после нажатия кнопки Принять записывается в историю проекта, так что исходное положение модели можно вернуть и после выхода из панели Редактор с помощью кнопки Отменить в Рабочей области. Размещение модели на координатных плоскостях (Позиционирование) По разным причинам вам может понадобиться разместить модель на одной из координатных плоскостей (напр. для подготовки к измерениям, экспорту, снятию снимков экрана, а также в силу эстетических и других причин). Вместо подгонки положения модели с помощью команд Вращение и Перенос инструмента Преобразование вы можете использовать специальный инструмент Позицонирование. Для использования инструмента выполните следующие шаги:

Рис. 5.8: Позиционирование модели в глобальной системе координат

1. Откройте панель Редактор с помощью одноименной кнопки боковой панели инструментов и нажмите либо на той же панели кнопку Позиционированные, либо в верхней части окна 3D вида кнопку , либо ≪горячую≫ клавишу P . 2. Выберите координатную плоскость, на которой вы хотите разместить 3D-модель, выбрав одну из следующих опций: XOY, или YOZ, или ZOX. Важно отметить, что вы можете пропустить это действие и вернуться к нему после шага 3. 3. Отметьте с помощью ЛКМ как минимум три точки на поверхности модели, и плоскость, проходящая через центр этого множества точек, построится автоматически (рис. 5.8). При этом выполняются следующие условия: (a) Указание каждой дополнительной точки ведет к перестроению плоскости. В любой момент вы можете нажать на кнопку Удалить точки и указать их заново. 57

Важно! Как известно, для определения плоскости достаточно трех точек. Но при работе с неплоскими поверхностями зачастую обходиться тремя точками оказывается непросто. В этом случае чем больше точек вы укажете, тем точнее пройдет плоскость. (b) В центре масс множества точек оказывается не только плоскость, но и начало координат. (c) Это положение начала координат не фиксированное и может быть скорректировано, как сказано в пункте 5 4. Также вы можете инвертировать направление осей координат нажатием на соответствующую кнопку Инвертировать _ : Z для плоскости XOY, X для плоскости YOZ и Y для плоскости ZOX 5. Дополнительно можно подогнать положение модели относительно центра координат. Нажмите и удерживайте нажатой клавишу Shift , и перемещайте мышь с нажатыми кнопками в соответствии с нижеследующим списком: (a) Shift + ЛКМ для вращения модели вокруг оси, в данный момент являющейся нормалью к плоскости (b) Shift + ПКМ для перемещения модели вдоль плоскости в фиксрованном направлении (c) Shift + ЛКМ + ПКМ для свободного перемещения модели в плоскости 6. Чтобы зафиксировать положение модели на указанной плоскости, нажмите кнопку Применить. Если результат размещения вас не устраивает, нажмите кнопку Отмена. Сглаживающая кисть Сглаживающая кисть –- это инструмент, позволяющий сглаживать локальные участки модели, не затрагивая области, не требующие обработки (более подробно об автоматическм сглаживании см. в параграфе 5.6.5). Для того, чтобы воспользоваться инструментом Сглаживающая кисть, выделите одну поверхность, откройте панель Редактор и нажмите на кнопку в окне 3D вида или горячую клавишу S . При нажатии клавиши Ctrl вокруг курсора в окне 3D вида появится оранжевое пятно. Его размеры можно изменить комбинацией клавиш Ctrl + [ и Ctrl + ] , при помощи Колеса прокрутки , посредством ввода с клавиатуры их значений (мм) в поле Размер кисти или передвигая ползунок на панели Сглаживающая кисть. Также можно отрегулировать интенсивность сглаживания с помощью ползунка или посредством внесения значения в поле Интенсивность. Нажатие ЛКМ в этом режиме применит сглаживание к выделенному участку модели (см. рис. 5.9c). После завершения редактирования нажмите кнопку Применить или Отменить для сохранения или отмены результатов. Удаление частей скана Часто в поле зрения сканера попадают посторонние объекты: руки оператора, стены помещения, поверхность, на которой был установлен сканируемый объект, находящиеся рядом предметы и т.п. Попадая в сканы вместе с информативными данными, они затрудняют процесс обработки данных. Поэтому в приложении Artec Studio предусмотрена возможность быстрого и эффективного удаления лишних деталей и объектов из сцены. 58

(a) Панель сглаживающей кисти

(b) до сглаживания

Рис. 5.9: Сглаживание недостаточно отсканированного участка

Рис. 5.10: Панель Редактор

Важно! Посторонние объекты следует удалить как можно раньше, чтобы они не мешали работе алгоритмов совмещения. Выберите скан, который собираетесь редактировать, и войдите в панель редактирования, нажав ЛКМ на вкладке Редактор на Боковой панели. На панели иконок в окне 3D вида к уже имеющимся добавятся иконки редактирования. Выберите инструмент Ластик, нажав на кнопку или на клавишу E . При работе с Ластиком для удаления данных вы можете воспользоваться одним из нескольких способов выделения: двумерное выделение (по умолчанию), трехмерное выделение, прямоугольное выделение и отсечение плоскостью. Чтобы выбрать подходящий способ, отметьте соответствующую опцию. Для выбора объектов, подлежащих удалению, нажмите и удерживайте нажатой клавишу Ctrl . При этом вид курсора мыши изменится в зависимости от выбранного типа выделения. Передвиньте курсор мыши к тем объектам или областям, которые планируете удалить. Про59

(a) Вид Ластика в режиме двумерного выделения

(b) Вид Ластика в режиме трехмерного выделения

(d) Ластик в режиме двумерного выделения при включенной опции Сквозное выделение

(e) Ластик в режиме двумерного выделения при выключенной опции Сквозное выделение

Рис. 5.11: Различные режимы работы Ластика должая удерживать клавишу Ctrl , нажмите и удерживайте ЛКМ , чтобы отметить эти участки. Выделенные полигоны приобретут красный цвет, обозначающий подлежащую удалению геометрию. Важно! Чтобы помеченные для удаления полигоны были хорошо заметны на скане, не используйте для него красный цвет. Изменить цвет скана можно, щелкнув по цветному квадрату рядом с названием скана на панели Рабочей области. Чтобы удалить выбранные объекты, нажмите кнопку Стереть. Имейте в виду, что вы всегда можете отменить действия ластика, нажав комбинацию клавиш Ctrl+Z или кнопку в Рабочей области. Существует несколько способов выделения объектов и областей: • Двумерное выделение Данный вид выделения прост в использовании и больше всего подходит для удаления объектов или участков среднего размера. Ластик отображается как окружность, которая используется для выбора находящихся под ней полигонов (см. рис. 5.11a). Чтобы активировать Ластик, нажмите и удерживайте нажатой кнопку Ctrl , затем нажмите и удерживайте ЛКМ, чтобы удалить полигоны. Уменьшить или увеличить радиус ластика можно с помощью кнопок ] и [ или Колеса прокрутки . 60

Важно! Если вы случайно выделили области, которые не хотите удалять, снимите с них выделение при помощи комбинации клавиш Ctrl+Alt+ЛКМ . Как только вы отпустите ЛКМ , выделение красным цветом исчезнет с поверхности.

Важно! Режимы выделения: двумерное и прямоугольное, – могут затрагивать только ближайшую стенку скана, оставляя противоположные поверхности нетронутыми, а могут удалять все 3D-данные под выделенной областью (см. рис. 5.11d и рис. 5.11e). Для в окне 3D изменения поведения системы используйте кнопку Сквозное выделение вида. • Трехмерное выделение Данный тип выделения подходит для точной очистки маленьких областей или объектов. На скане ластик отображается как оранжевая проекция сферы. Достаточно легко выбирать 3D-геометрию точно в пределах оранжевой проекции (см. рис. 5.11b). Для работы с ластиком используйте те же кнопки, что и для двумерного выделения. • Прямоугольное выделение. Данный режим наиболее подходит для удаления больших областей объектов, а также для удаления таких поврехностей, как стол, пол или стена. В данном режиме можно выбрать указанную прямоугольную область экрана (см. рис. 5.11c). Нажмите и удерживайте нажатыми клавиши Ctrl+ЛКМ , начните перемещать курсор, и вы увидите прямоугольник, меняющий размер в соответствии с движениями мыши. Для снятия выделения используйте указанную выше комбинацию клавиш. • Режим Отсечение плоскостью – дополнительный режим для удаления таких частей сканов, как пол, стол или основание, одним словом, тех предметов, на которых сканировался объект. В этом режиме используется секущая плоскость, которая разделяет скан на две части: одну, которая будет сохранена, и другую, которая будет удалена (см. рис. 5.12c). Ниже приведена последовательность действий для удаления данных в этом режиме:

(a) Вид сверху

(b) Вид снизу

(d) Результат работы

Рис. 5.12: Принцип и результаты работы команды отсечения плоскостью 1. Убедитесь, что переключатель Сквозное выделение находится в выключенном состоянии . 2. Нажмите клавишу Ctrl и с помощью клавиш ] и [ или Колеса прокрутки настройте размер курсора-окружности в соответствии с размером плоского участка на скане, который вы планируете указать (вид курсора приведен на рис. 5.11b).

3. С помощью ЛКМ укажите плоский участок, который будет служить отправной точкой при построении секущей плоскости. Можно указать несколько участков. 4. По щелчку ЛКМ в окне 3D вида создается плоскость. Ее положение (уровень) можно отрегулировать. Для этого нажмите и удерживайте нажатой комбинацию клавиш Ctrl+Shift и вращайте Колесо прокрутки от себя или на себя. Важно! При необходимости вы можете снять выделение с отмеченных участков, используя комбинацию клавиш Ctrl+Alt . Сделав это, вы предотвратите вырезание этих участков. 5. Одна сторона плоскости красная, другая зеленая (рис. 5.12). Часть скана, лежащая в направлении красной стороны, подлежит удалению. Для того чтобы удалить эту часть, нажмите кнопку Стереть. Если же получившееся выделение не соответствует вашим ожиданиям, нажмите кнопку Отмена. Кисть удаления выбросов Удаление нежелательных геометрических элементов влечет за собой необходимость последующей обработки образовавшихся отверстий. Кисть удаления выбросов комбинирует функции Ластика и команды Заполнение дырок и позволяет значительно повысить производительность вашего труда. Для использования данной команды выполните следующие действия:

Рис. 5.13: Панель Кисти удаления выбросов 1. Выберите поверхность в Рабочей области. Можно выбрать только одну модель или один кадр 2. Откройте панель Редактор из боковой панели и нажмите или кнопку Кисть удаления выбросов, или в верхней части окна 3D вида, или клавишу D 3. На панели Редактор выберите тип выделения: 2D выделение или 3D выделение. Принцип работы схож с принципом работы Ластика, а именно: в 2D режиме воздействию 62

(a) На объекте в действительности нет нежелательных элементов

(b) Нежелательный элемент перед обработкой

(d) Вид 3D Кисти удаления выбросов

(e) Результат применения Кисти удаления выбросов

Рис. 5.14: Кисть удаления выбросов в действии инструмента подвергаются все поверхности сквозь модель (при условии, что переключатель находится в активированном положении ), в то время как в 3D режиме кисть действует только на видимой поверхности. Важно! Результаты, полученные в 2D режиме с переключателем в неактивном состоя, для большинства типов поверхностей могут оказаться примерно такими же, нии как и в 3D режиме 4. Чтобы активировать инструмент, нажмите клавишу Ctrl . В зависимости от типа выделения в окне 3D вида появится или красный круг, или оранжевое пятно. 5. Продолжая удерживать нажатой клавишу Ctrl , настройте размер пятна (рис. 5.14d) или диаметр круга (рис. 5.14c) с помощью Колеса прокрутки или клавиш [ и ] . Размеры пятна/круга должны соответствовать размеру удаляемого элемента. 6. Продолжая удерживать клавишу Ctrl , нажмите и удерживайте ЛКМ и проведите по области, подлежащей преобразованию. На модели появится красный штрих. Как только вы 63

отпустите ЛКМ , элемент будет удален, образовавшееся отверстие заполнено, а поверхность сглажена. 7. При необходимости повторите шаги 3 — 6. 8. Нажмите кнопку Применить, и все изменения будут сохранены. Важно! При редактировании модели с текстурой не забудьте включить опцию Отрисовывать полигоны без текстуры вкл/выкл в меню Вид (см. параграф 3.4.5, чтобы обработанные поверхности были видны в окне). Стоит отметить также, что сама текстура исчезает, но вы можете ее восстановить с помощью наложения текстуры (см. параграф 5.8.2).

5.2

Сборка сканов

Сразу после съемки Artec Studio не обладает информацией об относительном положении сканов. Для того, чтобы объединить все снятые данные в единую модель, их необходимо привести в одну систему координат, т.е. решить задачу регистрации. Первым этапом решения этой задачи в Artec Studio является полуавтоматическое начальное совмещение сканов с помощью инструмента Сборка. Как выделить сканы и запустить сборку Отметьте с помощью флажка на панели Рабочая область все сканы, с которыми собираетесь работать. Нажмите кнопку Сборка на боковой панели. Отмеченные сканы отобразятся на открывшейся панели в той же последовательности, в которой они находились в Рабочей области. В процессе работы инструмента Сборка выбранные сканы разбиваются на два множества: множество совмещенных (зарегистрированных) сканов и множество несовмещенных сканов. Сразу после запуска инструмента первое множество состоит из единственного скана (первого в списке), который отображается в окне 3D вида синим цветом, а его название выделяется полужирным шрифтом и помечается иконкой того же цвета l. Важно! Чтобы сканы отображались в цветах, следует выбрать в меню Вид—Цвет любой вариант рендеринга, кроме варианта Текстура. См. параграф 3.4.2 Задача пользователя состоит в том, чтобы ≪притянуть≫ все сканы к совмещенным и таким образом ≪собрать модель≫. В общем случае следует 1. Щелкнуть название нужной вкладки панели Сборка. 2. Выделить на панели Сборка скан из незарегистрированного множества. Название такого скана отображается нормальным шрифтом на панели, а при выделении помечается иконкой зеленого цвета l. Можно выделить несколько сканов с помощью клавиши Ctrl . 3. При необходимости расставив пары (наборы) точек на сканах, щелкнуть кнопку необходимой команды сборки. Действие команды распространяется на помеченные в данный момент цветной круглой иконкой сканы на панели Сборка.

Каждый режим сборки имеет свои особенности, поэтому подробные инструкции по работе смотрите в соответствующих разделах. Для совмещения поверхностей можно использовать как один, так и несколько методов сборки (см. сводную таблицу в Приложении C): сборка перетаскиванием, жесткая сборка с помощью маркеров и без них, жесткая автоматическая сборка и сборка, допускающая деформации поверхностей. Как изменить статус скана Если часть загруженных сканов была ранее совмещена, то их следует переместить в множество совмещенных сканов. Для этого нужно выделить их в списке панели Сборка при помощи ЛКМ , затем нажать ПКМ на имени любого из этих сканов и выбрать пункт Пометить как совмещенный из появившегося контекстного меню. С этого момента они рассматриваются как единое целое и их взаимное положение невозможно изменить. Для изменения статуса одного скана можно дважды щелкнуть ЛКМ по его названию в списке. Если определенный скан был отмечен совмещенным по ошибке, его можно удалить из множества совмещенных сканов, выбрав пункт Снять отметку о совмещении из контекстного меню скана или дважды щелкнув по нему. Отображение сканов в окне 3D вида Сканы, выделенные на панели Сборка, по умолчанию отображаются в окне 3D вида. Клавиши 1 , 2 и 3 переключают режим их отображения в окне 3D вида: 1 – показывает только синие l сканы (множество совмещенных сканов); 2 – показывает только зеленые l сканы (сканы, совмещаемые в данный момент); 3 – показывает оба множества сканов. Навигация в режиме совмещения сканов не отличается от обычной навигации в окне 3D вида: • Поворот — нажатая ЛКМ + движение мыши; • Масштабирование — Колесо прокрутки либо нажатая ПКМ + движение мыши; • Перемещение — движение мыши при одновременно нажатых ЛКМ и ПКМ или нажатой средней кнопке мыши.

5.2.1

Совмещение перетаскиванием

Независимо от того, какая вкладка панели Сборка открыта, данный режим совмещения доступен всегда и позволяет совмещать сканы посредством их ручного перемещения в окне 3D вида. Ввиду невысокой точности такого совмещения, режим может использоваться для предварительного приближения сканов перед запуском других режимов, но при этом не является обязательным. 1. Выделите скан для совмещения, как указано в начале Раздела 5.2. Допускается выделение нескольких сканов, тогда выделенные сканы будут совмещаться с зарегистрированными сканами как единое целое.

2. Удерживая нажатой клавишу Shift и одну или несколько клавиш мыши, перемещайте и вращайте регистрируемый (зеленый l) скан относительно зарегистрированного (синего l) до максимального совмещения. Список возможных перемещений и соответствующих им клавиш мыши приведен в начале Раздела 5.2. 3. Чтобы подтвердить совмещение, отпустите кнопки мыши, клавишу Shift и нажмите кнопку Применить. Важно отметить, что регистрируемые сканы не будут добавлены к зарегистрированному l набору (см. рис. 5.15b). Это можно сделать вручную, следуя рекомендациям, приведенным в начале Раздела 5.2. 4. При необходимости проделайте указанные шаги с другими сканами незарегистрированного множества.

(a) Перетаскивание

(b) Результаты совмещения

Рис. 5.15: Совмещение моделей перетаскиванием

5.2.2

Автоматическая жесткая сборка

Жесткая сборка — универсальный режим, подходящий для совмещения большинства сканов. Самым простым способом совмещения сканов в данном режиме является автоматическая сборка. К ее плюсам относятся возможность работать с несколькими сканами одновременно, отсутствие необходимости указания точек, а к минусам — требования к качеству текстуры и наличию достаточной площади перекрытия между собираемыми сканами. Для запуска автоматической сборки выполните следующие шаги: 1. Убедитесь, что выбрана вкладка Жесткая (см. рис. 5.17a). 2. Выделите все сканы с помощью клавиши Ctrl , как указано в начале Раздела 5.2. 3. Нажмите на кнопку Мне повезет! (Автосборка). Важно! Автосборка может завершиться неудачей в случае нехватки текстурной информации или недостаточной площади перекрытия между собираемыми сканами. Также может оказаться что не все выбранные сканы удалось совместить. В этом случае часть сканов станет синей, а другая останется зеленой. Для исправления ситуации следует применить ручное совмещение, как написано в параграфе 5.2.5.

5.2.3

Ручная жесткая сборка без указания пар точек

Ручное совмещение возможно как с указанием пар точек, так и без него. При наличии достаточного начального приближения сканов (например, после совмещения перетаскиванием), большой площади перекрытия сканов или богатой текстуры на поверхности сканов при совмещении сканов можно обойтись без указания точек. Выполните следующие действия: 1. Убедитесь, что выбрана вкладка Жесткая (см. рис. 5.17a). 2. Выделите скан для совмещения, как указано в начале Раздела 5.2. 3. Нажмите кнопку Совместить сетки. Результат совмещения должен быть аналогичен приведенному на рис. 5.17c. Если вы не удовлетворены результатами совмещения, нажмите кнопку

и следуйте рекомендациям, приведенным в параграфе 5.2.5.

4. Выберите другой скан из списка незарегистрированных сканов и повторите шаги, перечисленные выше. 5. Нажмите кнопку Применить, чтобы подтвердить результаты сборки. Для сброса результатов нажмите кнопку Отмена. Совмещение по текстуре Если объект был снят с текстурой, для упрощения процесса сборки может использоваться функция совмещения по текстуре. Совмещение по текстуре использует элементы с текстурных изображений отсканированных объектов и значительно уменьшает вероятность того, что сканы будут совмещены неверно. Опция также может быть полезной при совмещении объектов с незначительной геометрической информацией, например, круглых или плоских объектов без углов или других геометрических элементов. Однако если объект имеет богатую и неповторяющуюся геометрию, то для сокращения времени работы алгоритма не рекомендуется использовать данную опцию. Также имейте в виду, что совмещение по текстуре нецелесообразно, если объект имеет однотонную текстуру. Чтобы активировать совмещение по текстуре, в приведенной выше последовательности перед пунктом 3 установите флажок Включить текстурное совмещение в нижней части панели Сборка.

Рис. 5.16: Флажок совмещения по текстуре

Важно! Совмещение по текстуре — ресурсоемкая операция, она может замедлить процесс сборки. Опцию рекомендуется использовать только в случае, если геометрических деталей объекта недостаточно.

5.2.4

Особенности указания и редактирования пар точек

Прежде чем приступить непосредственно к совмещению по точкам, рассмотрим некоторые особенности указания точек, или маркеров. Алгоритмы используют пары, или наборы точек в режиме ≪Совмещение с ограничениями≫ (параграф 5.2.7), для определения участков на сканах, подлежащих приближению. Для совмещения моделей по точкам нужно отметить несколько пар соответствующих точек на уже совмещенных сканах и сканах, совмещаемых в данный момент. В режиме ≪Совмещение с ограничениями≫ можно создавать наборы, указывая точки на одном или нескольких сканах, в остальных режимах рекомендуется ограничится одним зарегистрированными и одним незарегистрированными сканами. Следует стремиться к тому, чтобы точки пары (набора) соответствовали одной и той же точке поверхности реального объекта, но при этом большая точность соответствия для пар (наборов) не является обязательной, так как они используются лишь для предварительного приближения перед точной регистрацией. При расстановке точек в режимах ≪Жесткая сборка≫ и ≪Нежесткая сборка≫ пары создаются автоматически: указав одну пару точек, вы можете сразу создавать следующую. В режиме ≪Сборка с ограничениями≫ создание набора требуется подтверждать нажатием клавиши Пробел или кнопки Новый набор на левой панели, так как набор может состоять из нескольких точек (см. рис. 5.17b и рис. 5.19b). Переключаться между парами (наборами) точек можно с помощью клавиш Пробел и Backspace или посредством выбора соответствующих пунктов контекстного меню, вызываемого ПКМ в окне 3D вида. Можно изменять положение точек любой созданной пары (набора). Необходимо навести и задержать курсор мыши над точкой, пока пара (набор) целиком не будет подсвечена белым цветом, затем с помощью ЛКМ перетащить точку в нужное положение или выбрать пару (набор) и указать с помощью ЛКМ новое положение для точки на скане. Для подтверждения выполненных действий и снятия выделения с пары (набора) следует нажать клавишу Пробел . Можно также удалить пару (набор) целиком или одну из ее точек. Для этого необходимо нажать ПКМ на точке и выбрать необходимую команду из открывшегося меню. Для удаления выбранной пары также можно использовать клавишу Del .

5.2.5

Ручная жесткая сборка с указанием пар точек

Данный режим целесообразно использовать, когда сканы находятся на удалении друг относительно друга.

(a) Панель Сборка: вкладка Жесткая

(b) Создание пары точек

Рис. 5.17: Создание пары точек и результаты совмещения Выполните следующие шаги: 1. Убедитесь, что выбрана вкладка Жесткая (см. рис. 5.17a). 2. Выделите скан для совмещения, как указано в начале Раздела 5.2. 3. Создайте несколько пар точек (рис. 5.17b), следуя рекомендациям, приведенным в параграфе 5.2.4. 4. Нажмите кнопку Собрать по точкам. В этом режиме в расчет принимаются только координаты указанных точек и алгоритм пытается сократить дистанцию между точками каждой пары. 5. Выполните шаги 3-5 последовательности действий, приведенной в параграфе 5.2.3.

5.2.6

Нежесткая сборка

В то время как жесткая сборка выполняет такие преобразования, как перемещение и вращение, нежесткий алгоритм позволяет деформировать 3D-данные. Данный алгоритм предназначен для обработки сканов т.н. ”нежестких”объектов, т.е. объектов, которые во время сканирования изменяли свою форму (например, сканов людей или животных). Следует иметь в виду, что полученная при деформировании поверхность может отличаться от поверхности реального объекта. Важно! Нежесткая сборка работает только на моделях, поэтому до ее запуска следует подготовить модели из исходных сканов с помощью одного из методов склейки. Также необходимо, чтобы модели были предварительно совмещены с помощью жесткой сборки (см. параграф 5.2.3, параграф 5.2.2 или параграф 5.2.5). Для запуска нежесткой сборки выполните следующие шаги: 1. Убедитесь, что выбрана вкладка Нежесткая (см. рис. 5.18a). 2. Выделите модель для совмещения, как указано в начале Раздела 5.2. 69

(a) Панель Сборка: вкладка ≪Нежесткая≫ ≪

(b) Два скана после жесткого≫ совмещения

≪

Рис. 5.18: Нежесткие данные и результаты сборки 3. Если одна из совмещаемых моделей значительно отличается по форме от другой, то желательно создать несколько пар точек на их поверхностях, следуя рекомендациям, приведенным в параграфе 5.2.4. 4. Нажмите кнопку Собрать.... Алгоритм совместит модели с применением деформаций (рис. 5.18c). Если вы не удовлетворены результатами сборки, нажмите кнопку и укажите дополнительные пары соответствующих точек на моделях, а также проверьте правильно ли указаны существующие пары. 5. Выберите другую модель из списка незарегистрированных сканов и повторите шаги, перечисленные выше. 6. Нажмите кнопку Применить, чтобы подтвердить результаты сборки. Для сброса результатов нажмите кнопку Отмена.

Важно! Текстурирование деформированных моделей не поддерживается данной версией приложения Artec Studio.

5.2.7

Совмещение с ограничениями

Совмещение с ограничениями позволяет совмещать не только скан со сканом, но и поверхность с поверхностью в рамках одного скана (см. сравнение методов в Приложение C). По сравнению с другими методами, данный метод позволяет создавать т.н. многоточечные наборы, связывающие между собой более двух точек. Режим полезен при совмещении сканов, полученных в результате сканирования круговыми движениями, в случае если алгоритм точного совмещения с включенной опцией loop_closure не дал положительных результатов. Для запуска совмещения в данном режиме выполните следующие шаги: 70

(a) Панель Сборка: вкладка ≪С ограничениями≫

(b) Перед совмещением: добавлено два набора точек

Рис. 5.19: Создание наборов точек и результаты совмещения 1. Убедитесь, что выбрана вкладка С ограничениями (см. рис. 5.19a). 2. Выделите скан (сканы) для совмещения, как указано в начале Раздела 5.2. В данном режиме можно работать даже с одним зарегистрированным (l)сканом. 3. Создайте один или несколько наборов точек на поверхности скана (сканов) (рис. 5.19b), следуя рекомендациям, приведенным в параграфе 5.2.4. 4. Нажмите кнопку Собрать... для запуска совмещения с ограничениями (результаты сборки показаны на рис. 5.19c). Если вас не устраивают результаты сборки, нажмите кнопку и создайте новые наборы точек или проверьте, правильно ли указаны существующие наборы. Для повторения ранее отмененной операции нажмите кнопку

(Повторить).

5. Нажмите кнопку Применить, чтобы подтвердить результаты сборки. Для сброса результатов нажмите кнопку Отмена.

5.3

Глобальная регистрация

После того, как все сканы совмещены, необходимо перейти к следующему этапу – глобальной регистрации. Алгоритм глобальной регистрации переводит все однокадровые поверхности в единую систему координат, используя для этого информацию о взаимном положении каждой пары поверхностей. Для этого он выделяет из каждой поверхности набор геометрически особых точек и ищет попарное соответствие между этими точками на разных поверхностях. Для корректной работы алгоритма необходимо начальное приближение, которое обеспечивается в процессе работы инструмента Сборка. Важно! Глобальная регистрация –- ресурсоемкая операция, при большом количестве входных данных вычисления могут занимать значительное время и требовать большого объема оперативной памяти.

Для запуска алгоритма в Рабочей области выберите все сканы. Откройте панель Команды. В открывшемся окне найдите раздел Регистрация и нажмите кнопку Глобальная регистрация.

5.3.1

Параметры глобальной регистрации

• registration_algorithm –- тип алгоритма, используемого для регистрации сканов. В случае, если объект обладает богатой текстурой и бедной геометрией, рассмотрите вариант использования опции Texture_and_Geometry. Для объектов с богатой геометрией выбор опции Geometry может помочь значительно ускорить процесс регистрации. • minimal_distance –- минимальное расстояние (в миллиметрах) между соседними особыми точками на поверхности. • iterations –– количество итераций алгоритма.

5.3.2

Возможные ошибки глобальной регистрации

• После окончания работы поверхности находятся в беспорядке (см. рис. 5.20a) или положение поверхностей не изменилось. Обычно это связано с тем, что в приложение загружен набор настроек не для того типа сканеров, которым снимались данные. Поменяйте тип устройства в настройках (см. параграф 7.3.1).

(a) Некорректные настройки

(b) Разрыв между сканами

Рис. 5.20: Ошибки глобальной регистрации • Алгоритм отработал нормально, но между двумя или большим количеством сканов наблюдается разрыв (см. рис. 5.20b) –- выберите в Рабочей области только эти сканы и запустите алгоритм глобальной регистрации для них. Если после отработки алгоритма сканы приблизились друг к другу, но не сошлись, запустите алгоритм снова, увеличив количество итераций, и повторяйте это до полной сходимости, после чего снова запустите глобальную регистрацию для всех данных. Если проблемных сканов несколько, и свести их вместе не удается, попробуйте совместить два из них. Затем постепенно увеличивайте количество данных, пока все сканы не окажутся совмещенными.

5.4

Удаление выбросов

При сканировании на сцене могут возникать т.н. выбросы. Они представляют собой небольшие поверхности, не связанные с основными поверхностями и отстоящие от них. Они подлежат удалению, так как могут испортить модель и образовать ненужные фрагменты. Существует два 72

способа их удаления: удаление перед склейкой (т.н. превентивный подход) и после склейки (см. параграф 5.6.2). Превентивный подход более предпочтителен, так как позволяет избавиться от ненужных элементов еще до создания модели, таким образом, уменьшает вероятность порчи модели в результате приклеивания этих элементов. В основе данного подхода лежит статистический алгоритм, который вычисляет для каждой точки на поверхности средние расстояния от нее до ее нескольких ближайших соседних точек, а также среднеквадратическое отклонение этих расстояний. Затем все точки, средние расстояния которых превышают значение дистанции, определяемой глобальным средним расстоянием (для всех точек) и среднеквадратическим отклонением, считаются выбросами и удаляются со сцены. Чтобы получить хорошие результаты, необходимо до запуска алгоритма запустить глобальную регистрацию. Если вы этого не сделаете, то при попытке выполнить команду Удаление выбросов на экране отобразится диалоговое окно с предложением запустить глобальную регистрацию.

(a) Скан с выбросами

(b) Результаты удаления выбросов

Рис. 5.21: Удаление выбросов: до и после В большинстве случаев параметры, доступные в раскрывающемся кнопкой списке, не нуждаются в редактировании. Но при необходимости их значения могут быть скорректированы: • std_dev_mul_threshold – множитель среднеквадратического отклонения. Значения данного параметра следует выбирать из следующих соображений: – 2 – для более шумных поверхностей – 3 – для менее шумных поверхностей • resolution - должен быть установлен равным аналогичному параметру команды Склейка, которую планируется запустить позже. Нажмите кнопку Применить для запуска команды Удаление выбросов.

5.5

Склейка модели

После успешного завершения глобальной регистрации все обработанные данные можно соединить в единую полигональную 3D-модель. Для запуска алгоритма склейки нужно открыть панель Команды и запустить либо Быструю склейку, либо Гладкую склейку, либо Точную склейку. В результате работы алгоритма получается полигональная 3D-модель, для которой в проекте создается новый скан. По умолчанию сканы с моделями, создаваемыми алгоритмом склейки, имеют названия Fast Fusion1, Fast Fusion2 и т.д. или Smooth Fusion1, Smooth Fusion2 и т.д. в зависимости от использованного алгоритма. 73

Хотя все алгоритмы склейки дают в результате единую полигональную модель, они имеют некоторые различия: • Быстрая склейка – самый быстрый алгоритм склейки, потребляет относительно небольшой объем памяти и способен работать с большими наборами данных; – может выдавать шумные результаты. Как правило, требует пост-обработки полученных моделей. • Гладкая склейка – не такой быстрый алгоритм, может потребовать значительного объема памяти и времени; – результаты, как правило, более сглаженные, менее шумные и, таким образом, требуют меньше времени для пост-обработки; – выдает полигональную модель, по детализации близкую к модели, получаемой алгоритмом Быстрой склейки с вдвое большим числовым значением параметра resolution – с помощью этого метода можно создать замкнутую модель, в которой отсутствуют дырки в полигональной структуре; – очень удобен для склейки шумных поверхностей и поверхностей с частично отсутствующими 3D-данными. – идеально подходит для создания моделей человеческого тела, хорошо восстанавливает форму головы. • Точная склейка – особенно подходит для реконструкции мелких деталей и тонких краев модели; – детализация геометрических элементов, как правило, выше, чем в случае применения Быстрой склейки или Гладкой склейки. – на слишком шумных поверхностях алгоритм может еще больше усиливать шум. – с помощью метода можно создать замкнутую модель, в которой отсутствуют дырки в полигональной структуре; – алгоритм работает быстрее, чем алгоритм Гладкой склейки Если вы забыли запустить глобальную регистрацию (см. параграф 5.3) перед склейкой 3Dмодели, программа напомнит вам об этом всплывающим окном, в котором предложит пройти пропущенный этап (рис. 5.22).

Рис. 5.22: Диалоговое окно, предлагающее запустить глобальную регистрацию Алгоритм Быстрой склейки имеет несколько настраиваемых параметров: • resolution –– размер шага сетки триангуляции в миллиметрах. Для различных сканеров его значение рекомендуется устанавливать, согласно следующим правилам: 74

– для сканеров типа S и Spider рекомендуемое значение 0.3, но не должно быть меньше 0.1 – для сканеров типа M рекомендуемое значение 1, но не должно быть меньше 0.4 – для сканеров типа L рекомендуемые значения лежат в диапазоне 1–2, но следует выбирать resolution не меньше 0.5 • radius –– множитель, задающий размер области пространства, данные из которой используются при определении положения каждой вершины результирующей модели. Алгоритмы Точной склейки или Гладкой склейки имеют следующие настраиваемые параметры: • resolution — параметр, аналогичный описанному выше. Для получения более четких результатов Гладкой склейки следует выбирать значения, в два раза меньшие тех, которые вы бы выбрали для Быстрой склейки; • Fill_holes — способ заполнения дырок, в зависимости от выбранных значений, может либо производить полностью замкнутую модель (Watertight), либо модель с заполненными дырками, радиус которых меньше указанного в поле (By_radius), либо открывать панель Края, предлагая заполнить каждую дырку вручную (Manually), после того как модель будет склеена; • max_hole_radius — максимальный радиус дырки (в мм), которая будет заполнена; • remove_targets — опция (может принимать значение либо ”yes”или ”no”) позволяет удалить небольшие выпуклости с поверхности в тех местах, где были приклеены метки (см. параграф 2.2.8). Сравнение результатов обработки одного и того же объекта разными способами: Быстрой склейкой и Гладкой склейкой показано на рис. 5.23.

(a) Результат работы алгоритма Быстрой склейки

(b) Результат работы алгоритма Гладкой склейки с параметром Watertight

Рис. 5.23: Сравнение результатов обработки Быстрой склейкой и Гладкой склейкой

5.5.1

Возможные ошибки алгоритма склейки

Иногда на получившейся в результате склейки 3D-модели возникают различные дефекты, часть из которых можно исправить съемкой дополнительных сканов, другие –- с помощью инструментов обработки модели, описание которых дано в следующем разделе. К ошибкам, которые можно исправить съемкой дополнительных сканов, относится шум небольшой амплитуды на поверхности (см. рис. 5.24a). Данный эффект обычно указывает на то, что проблемная область попала на малое количество кадров. Количество кадров, необходимых для устранения подобного шума, зависит от отражающих свойств снимаемой поверхности. Исправить ошибку можно, сняв еще один скан, покрывающий шумную область (см. рис. 5.24b). Иногда наличие шума вызвано недостаточным количеством ракурсов, с которых сканировался объект. Области, снятые под большим углом, получаются более шумными, чем снятые под прямым углом. В таком случае ошибка исправляется съемкой дополнительного скана под нужным ракурсом. Если условия съемки или свойства объекта не позволяют снять достаточное количество данных, модель можно исправить, воспользовавшись инструментами Края (параграф 5.6.3) или Сглаживание (параграф 5.6.5). Если подобные проблемы возникают часто, следует уменьшить скорость движения сканера вокруг объекта при сканировании, либо увеличить частоту кадров при съемке (см. параграф 2.1.3).

(a) Шум на поверхности из-за недостаточного количества данных

(b) Улучшенная модель после добавления еще одного скана

Рис. 5.24: Недостаточное количество данных

5.6

Обработка модели

Получившаяся в результате склейки модель может содержать изъяны поверхности, связанные с ошибками, возникающими в процессе сканирования или регистрации. Для исправления подобных ошибок в Artec Studio предусмотрен ряд инструментов: • инструмент Дефекты позволяет исправить ошибки триангуляции модели. • алгоритм Фильтр мелких объектов предназначен для фильтрации мелких объектов возле поверхности модели, вызванных шумом на краях объекта. • инструмент Края, позволяющий в полуавтоматическом режиме заполнить дырки и выровнять края модели. 76

• алгоритм Заполнение дырок, заполняющий дырки в модели автоматически. • алгоритм Сглаживание, предназначенный для фильтрации шума небольшой амплитуды на всей модели. • инструмент Сглаживающая кисть, позволяющий пользователю вручную сгладить наиболее шумные участки поверхности. • алгоритм Оптимизация сетки, уменьшающий число полигонов в модели с минимальными потерями точности. • алгоритм Ретриангуляции используется для создания модели с равномерной сеткой треугольников и геометрией, максимально приближенной к исходной. Каждый из этих алгоритмов обрабатывает все сканы, выделенные в Рабочей области, и в случае успешного завершения работы замещает исходные данные полученными результатами. Если результат работы алгоритма неудовлетворителен, исходные данные можно вернуть, воспользовавшись кнопкой Отменить в Рабочей области.

5.6.1

Исправление ошибок триангуляции

Модель, получающаяся в результате работы некоторых алгоритмов, может содержать ошибки триангуляции. В их число входят: • Изолированные вершины – точки, не являющиеся вершинами ни для какого треугольника. • Вершины с совпадающими координатами. • Грани с невалидными вершинами – треугольники, указывающие на несуществующие вершины. • Вырожденные грани – треугольники, у которых как минимум две вершины из трех совпадают. • Грани с одинаковыми ссылками – грани, у которых набор вершин полностью совпадает. • Ребра, инцидентные для трех и более граней – ребра, принадлежащие трем или более граням. • Грани с неверной ориентацией – грани, направление нормали которых противоположно направлению нормалей соседних граней. Для того, чтобы исправить эти ошибки, выберите модель в Рабочей области и нажмите кнопку Дефекты на боковой панели. Если алгоритм не обнаружит ошибок триангуляции, то приложение сообщит пользователю, что поверхность не содержит дефектов. В противном случае, в открывшейся панели Дефекты появится список исправляемых дефектов, приведенный выше. В колонке рядом с названиями дефектов будет указано количество дефектов соответствующего типа, обнаруженных в модели. Вы можете отметить все типы дефектов, нажав кнопку Вкл. все. При этом на модели цветными точками будут отображены дефектные вершины и треугольники. Вы можете отключить отображение дефектов какого-либо типа, сняв значок выделения рядом с соответствующим названием, или выключить отображение всех дефектов кнопкой Выкл. все. Для того, чтобы исправить дефекты, нажмите кнопку Исправить все. Нажмите кнопку Применить, чтобы принять изменения.

5.6.2

Фильтр мелких объектов

Если вы не удалили выбросы перед склейкой (см. параграф 5.4), то они могут остаться на сцене после склейки в виде небольших отдельных полигональных фрагментов. Их можно эффективно удалять, используя алгоритм фильтрации по размеру объекта. В Рабочей области выделите только редактируемую модель и откройте панель Команды. Для того, чтобы запустить алгоритм фильтрации, нажмите кнопку Применить на закладке Фильтр мелких объектов (см. рис. 5.25). При нажатии на стрелке рядом с кнопкой открывается закладка настроек алгоритма. На этой закладке можно выбрать один из двух режимов работы алгоритма (параметр mode): • mode –- при выборе из выпадающего меню варианта leave biggest objects из сцены будут удалены все объекты кроме самого большого; при выборе варианта ﬁlter by threshold будут удалены объекты, число полигонов в которых ниже числа, указанного в параметре threshold. • threshold –- пороговое значение фильтра, равное количеству полигонов и используемое в случае выбора режима работы ﬁlter by threshold.

(a) до удаления

(b) результат удаления

Рис. 5.25: Удаление мелких объектов

5.6.3

Заполнение дырок и сглаживание границ

Иногда поверхность сканируемого объекта, его форма или условия съемки не позволяют достаточно хорошо отсканировать все детали, так что на модели, полученной в результате склейки, остаются дыры, соответствующие тем областям реального объекта, которые не попали в поле зрения сканера. Для таких случаев в Artec Studio предусмотрен инструмент, позволяющий интерполировать поверхность в подобных областях. Для того, чтобы начать анализ и исправление модели, выделите ее и нажмите на кнопку Края боковой панели. Открывшаяся панель состоит из двух вкладок: Края и Дырки, в каждой из которых представлен список замкнутых границ, обнаруженных на поверхности, отсортированный по длине. Работа в обеих вкладках осуществляется идентичным образом. При выделении элемента списка соответствующая граница подсвечивается в окне 3D вида. Если в панели выбрана опция Перемещать камеру к выделенному элементу, то модель автоматически развернется таким образом, чтобы выбранная граница была видна в окне 3D вида. По умолчанию, при переключении между границами камера плавно перемещается от одной границы к другой. В 78

случае, если рассматриваемая модель имеет слишком большой размер, данное перемещение может занимать много времени. Для быстрого переключения необходимо выключить опцию Анимировать камеру. Пользователь должен выбрать те границы, которые нуждаются в исправлении, поставив возле их номера галочку. Такие границы будут подсвечены красным цветом в окне 3D вида (рис. 5.26a). Для выделения/снятия выделения со всех границ на панели предусмотрены кнопки Выделить все и Снять выделение. Также, границы можно выделять непосредственно на поверхности. Для этого нужно развернуть модель таким образом, чтобы интересующая граница оказалась видимой в окне 3D вида. После этого ее можно выделить нажатием ЛКМ .

(a) Две дырки отмечены для заполнения

(b) Результат работы алгоритма

Рис. 5.26: Исправление дырок На вкладке Дырки у вас есть возможность запустить автоматическое сглаживание дырок после их заполнения, для этого достаточно поставить галочку в опции Сглаживать дырки после заполнения (см. также параграф 5.6.5). На вкладке Края интенсивность сглаживания границ настраивается ползунком Интенсивность. Кроме того, в этой вкладке можно сглаживать не всю границу, а только ее часть. Для этого разверните модель так, чтобы интересующая вас граница была видна и пометьте ее в списке как требующую обработки. После этого зажав ЛКМ и ведя курсор по границе, разведите концы профиля, который вы хотите сгладить, в нужные точки (рис. 5.27).

(a) выделение границ

(b) результат сглаживания

Рис. 5.27: Сглаживание краев После того, как все границы, которые необходимо исправить, будут отмечены – нажмите кнопку Сгладить края или Заполнить дырки. Модель будет исправлена. Если результат вас 79

устраивает, нажмите на кнопку Применить для окончательного подтверждения операции. В противном случае можно воспользоваться кнопкой для отмены изменений. Если вы попытаетесь выйти из режима Края, не приняв изменения, программа известит вас об этом и попросит подтверждения этого действия.

5.6.4

Автоматическое заполнение дырок

Для быстрого автоматического затягивания дырок на поверхности воспользуйтесь алгоритмом Заполнение дырок на панели Команды. Алгоритм работает с теми же границами, что и инструмент Края, обрабатывая только те дырки, параметры которых соответствуют единственной настройке алгоритма, открывающейся по нажатию кнопки (см. рис. 5.28):

(a) до заполнения

(b) после заполнения

Рис. 5.28: Автоматический алгоритм заполнения дырок • max_hole_len — максимальная длина периметра дырки в миллиметрах. Будут обработаны дырки, периметр которых не превышает этот параметр.

5.6.5

Сглаживание

Алгоритм сглаживания позволяет сгладить шумные области на 3D-модели. В приложении Artec Studio существует два инструмента: автоматическое сглаживание всей модели и ручное сглаживание кисточкой отдельных областей (см. параграф 5.1.3). Для запуска автоматического сглаживания откройте панель Команды и выберите команду Сглаживание. Единственный параметр steps определяет количество итераций алгоритма сглаживания.

5.6.6

Оптимизация сетки

Сетка, которая получается после алгоритма склейки, может не быть оптимальной для некоторых приложений, так как содержит довольно большое количество полигонов малого размера. Это увеличивает объем памяти, занимаемый получившейся моделью, и затрудняет ее дальнейшую обработку. Для того, чтобы оптимизировать размер модели с минимально возможной потерей точности, воспользуйтесь алгоритмом оптимизации сетки. Выделите модель и откройте панель Команды. Откройте выпадающее окно настроек алгоритма, нажав на стрелку рядом с кнопкой Оптимизация сетки. Выберите подходящий для вас способ обработки (определяется значением параметра ≪критерий остановки≫ stop_condition): 80

Рис. 5.29: Исходная сетка слева, оптимизированная – справа • Accuracy — оптимизация модели с сохранением заданной точности. Параметр error задает максимальное допустимое отклонение в миллиметрах оптимизированной модели от исходной, по достижении которого процесс оптимизации прекращается. Количество треугольников в оптимизированной модели минимально для сеток с заданной точностью. • Remesh — простая оптимизация сетки, удаление треугольников, длина ребер которых не превышает значение параметра remesh_edge_thr (мм). • Triangle quantity — упрощение модели до заданного количества треугольников, определяемого параметром tri_num. Алгоритм минимизирует отклонение получаемой модели от исходной, но финальное значение этого отклонения заранее неизвестно. Данный метод упрощения модели целесообразно применять, когда требуется, чтобы модель имела строго определенное количество треугольников. Важно! Количество треугольников в модели можно посмотреть на панели Рабочая область, два раза щелкнув на модели в списке (см. рис. 5.3). • UV_Triangle_quantity — алгоритм аналогичен предыдущему и предназначен для использования на моделях, текстурированных методом ≪Атлас≫ (см. параграф 5.8.2). Метод не только упрощает полигональную сетку, уменьшая количество треугольников, но и сохраняет текстуру модели. • UV_Vertex_quantity — упрощение текстурированной модели до заданного количества вершин, определяемого параметром vrt_num. Первые три метода имеют ряд дополнительных параметров: • keep_boundary — упрощение сетки на границах скана может вызвать искажение их геометрии. Так, если сохранение геометрии границ имеет более важно, чем упрощение сетки, то выберите из списка значение On. В противном случае выберите Off и сетка на границе будет подвергнута оптимизации. • max_neighb_normals_angle — угол между нормалями двух соседних граней. Вы можете указать угол (120° по умолчанию) для предотвращения появления вырожденных треугольников. Если величина угла в некоторых областях превосходит указанную величину, то алгоритм не выполняет оптимизацию сетки в этой области. Важно отметить, что стандартное значение пригодно для большинства случаев. 81

(a) keep_boundary включена

(b) keep_boundary отключена

Рис. 5.30: Вид границ После окончания настройки алгоритма нажмите кнопку Оптимизация сетки, чтобы начать обработку. Важно! Оптимизация сетки может быть достаточно длительной операцией в случае, если параметры исходной и оптимизированной моделей сильно отличаются (например, если в режиме Accuracy задано большое значение отклонения, или если в режиме Triangle quantity требуемое количество полигонов намного меньше числа полигонов в исходной модели). Операция может окончиться неудачей из-за недостатка оперативной памяти, в случае если исходная модель содержит очень большое количество полигонов. Освободите память, закрыв неиспользуемые приложения и оптимизировав использование памяти в Artec Studio, следуя рекомендациям, приведенным в параграфе 7.2.2, параграфе 7.2.3 и Разделе 4.7.

5.7

Автоматическая обработка

Автоматическая обработка — специальный режим панели Команды, позволяющий сократить время и упростить обработку. Нажатием одной кнопки можно запустить все алгоритмы постобработки из панели Команды (грубую, точную, глобальную регистрацию; быструю, гладкую, точную склейку, фильтр мелких объектов или удаление выбросов, заполнение дырок, оптимизацию сетки, ретриангуляцию и сглаживание). Для переключения из ручного режима в автоматический откройте панель Команды и выберите из выпадающего списка опцию Автоматический. Для того, чтобы раскрыть список доступных опций, нажмите кнопку рядом с кнопкой Пуск!. Обратите внимание, что глобальная регистрация, быстрая склейка и фильтр мелких объектов включены по умолчанию. Чтобы выполнить и другие действия автоматически, выберите опцию Вкл напротив требуемой команды, либо Выкл, чтобы исключить команду из списка автоматического выполнения. Для запуска автоматического режима нажмите кнопку Пуск! или комбинацию клавиш Ctrl + G . Все настройки и параметры алгоритмов принимают значения, заданные на странице ручного режима. Для их изменения необходимо, переключиться в Ручной режим, произвести корректировки, вернуться и запустить автоматический режим — все настройки будут применены. Важно отметить, что алгоритмы выполняются именно в той последовательности, в которой они расположены в списке: начиная с грубой последовательной регистрации и заканчивая сглаживанием. Это означает, что если вы хотите запустить, например, фильтр мелких объектов перед быстрой склейкой или глобальной регистрацией, то вам необходимо сделать это вручную. В отличие от ручной обработки, автоматическая не требует постоянного внимания пользователя, поэтому более удобна при обработке больших объектов: достаточно настроить необходимые алгоритмы, запустить обработку и оставить систему на некоторое время. Автоматический режим также может успешно использоваться для обработки объектов любого размера, уменьшая количество необходимых действий для получения готового результата. 82

Рис. 5.31: Раскрывающееся меню автоматического режима

5.8

Текстурирование

Для сканеров Artec, оборудованных дополнительной цветной камерой, доступна возможность съемки трехмерных поверхностей с текстурой. Текстурированием называется процесс проецирования текстуры отдельных отснятых кадров на ≪склеенную≫ модель.

5.8.1

Подготовительные шаги

Для получения 3D-модели с текстурой необходимо выполнить следующие шаги: 1. Перед съемкой убедиться, что флажок Не снимать текстуру снят. 2. При необходимости настроить частоту съемки текстурных кадров (см. параграф 7.2.5). 3. Желательно не отключать вспышку сканера. 4. В режиме Предпросмотр отрегулировать яркость текстуры, используя ползунок на панели Съемка. 5. Отсканировать объект, используя любой метод позиционирования. Отснятые текстурные кадры обозначаются буквой ≪T≫ в окне просмотра поверхностей (рис. 5.2b). 6. Обработать данные и создать 3D-модель (общая последовательность приведена в начале Главы ≪Обработка данных≫. Важно! Полученную 3D-модель, а также исходные сканы ни в коем случае нельзя смещать друг относительно друга, т.к. информация о взаимном расположении используется алгоритмом текстурирования для проекции исходных текстур на результирующую модель. Также следует избегать такого редактирования модели, которое вносит значительные 83

искажения по отношению к реальной форме объекта (например, удаления части объекта или избыточного сглаживания поверхности.)

7. Запустить алгоритм оптимизации сетки для полученной модели (см. параграф 5.6.6). Это позволит ускорить операцию текстурирования. 8. Воспользоваться панелью Текстура для текстурирования полученной модели.

5.8.2

Процесс текстурирования

После склейки и оптимизации полученная трехмерная модель не содержит информации о текстуре. Для наложения текстуры на модель следует открыть панель Текстура и выбрать в поле Выберите модель модель, на которую планируется наложить текстуру (см. рис. 5.32). После выбора модели укажите во втором поле сканы, из которых была построена модель (т.е. сканы, которые содержат текстурную информацию) .

Рис. 5.32: Выбор исходных данных и параметров для текстурирования

Рис. 5.33: Упрощенная иллюстрация процесса наложения текстуры: текстура как один файл

Важно! Не рекомендуется накладывать текстуру на модели, подвергавшиеся нежесткой сборке ввиду наличия деформаций (см. параграф 5.2.6). Следующим этапом вам необходимо выбрать метод текстурирования. Доступно два метода: • Развернуть карту треугольников; • Создать текстурный атлас; При построении карты треугольников все текстурированные треугольники переносятся на квадратное изображение текстуры (или серию изображений). Размер треугольников¹ (см. рис. 5.34c) на текстуре задается с помощью ползунка, Размер результирующих текстур можно выбрать из выпадающего списка (максимальный размер текстуры ограничен возможностями установленной видеокарты). При изменении размеров треугольников/текстур в поле Оценка будет отображаться ожидаемое количество результирующих текстур, реальное же их количество может быть меньше, т.к. некоторые треугольники на исходной модели могут остаться незатекстурированными. При построении текстурного атласа алгоритм разрезает поверхность модели на фрагменты, разворачивает их на плоскость и размещает на изображении указанного размера (см. рис. 5.34b). Этот метод требует больше времени, чем метод построения развернутой карты треугольников, но получаемая текстура более удобна для последующего ручного редактирования. И наконец, для запуска процесса текстурирования выберите размер текстуры и нажмите кнопку Применить. Если вы хотите изменить разрешение изображения текстуры (Размер результирующей текстуры) модели, вы можете текстурировать ее повторно гораздо быстрее, благодаря опции Перетекстурировать с использованием текущих UV-координат. Режим

Искажения текстуры

Скорость

Кол-во текстур

Карта треугольников

Пропорции треугольников искажаются

Быстрый

1 и более

Текстурный атлас

Пропорции треугольников сохраняются

–

Всегда 1

Управление разрешением текстуры Посредством настройки размера треугольников и разрешения изображения текстуры Посредством настройки разрешения изображения текстуры

Таблица 5.1: Сравнение методов наложения текстур ¹Размер треугольника задается числом пикселей на сторону треугольника.

(a) Полигональная модель с наложенной тектурой

(b) Пример текстурного атласа

Рис. 5.34: Методы наложения текстуры Для оптимизации использования ресурсов компьютера перед текстурированием из оперативной памяти выгружаются все поверхности, кроме необходимых для текстурирования. Более подробно выборочная загрузка данных проекта в оперативную память описывается в Разделе 4.7.

5.8.3

Корректировка текстуры

Полученную текстуру можно скорректировать (рис. 5.36). Важно! К корректировке текстуры всегда можно вернуться, воспользовавшись пунктом Корректировка текстуры в контекстном меню для модели на панели Рабочей области. Следующие параметры текстуры могут быть скорректированы с помощью соответствующих ползунков (см. рис. 5.35 для наглядной иллюстрации):

Рис. 5.35: Наглядное представление оттенка, насыщенности и яркости • Яркость; • Насыщенность; 86

• Оттенок; • Контраст; • Гамма-коррекция. Исходное положение ползунка Оттенок соответствует текущему оттенку текстуры. При перетаскивании ползунка влево или вправо придаваемый модели оттенок на круговой палитре перемещается по часовой стрелке или против.

Рис. 5.36: Корректировка текстуры По окончании редактирования следует нажать кнопку Применить, чтобы перенести полученную текстурированную модель на панель Рабочая область.

Глава 6

Дополнительные режимы В данной главе раскрываются другие режимы работы Artec Studio, такие как • Публикация на Viewshape (см. Раздел 6.1) • Многокамерная съемка (см. Раздел 6.2), • Измерения (см. Раздел 6.3).

6.1

Публикация моделей на сайте

Опубликовать свои 3D-модели на специальном сайте www.viewshape.com можно непосредственно из программы Artec Studio. Viewshape это сервис, использующий WebGL для рендеринга 3D-моделей в окне браузера и упрощающий процесс взаимодействия пользователей. Опубликованную модель можно просмотреть на сайте www.viewshape.com или во встроенном окне на любом другом сайте, в блоге или в социальной сети. Модель может быть опубликована в закрытом режиме, в этом случае просматривать модель, добавлять комментарии и выполнять другие действия смогут только те пользователи, которым известна уникальная ссылка. В настоящее время большинство браузеров поддерживают WebGL. Если WebGL отключен или не поддерживается каким-то определенным браузером, то www.viewshape.com покажет 3D-геометрию как пререндеренный набор изображений (скриншотов), который можно вращать с помощью мыши. Для того, чтобы опубликовать модель, вам необходимо открыть панель Опубликовать. Она откроется только в случае, если на панели Рабочая область отмечена только одна модель. Во всех других случаях система выдаст сообщение об ошибке. Для аутентификации на www.viewshape.com используйте данные своего аккаунта на my.artec3d.com. Если процесс аутентификации завершится ошибкой, окно ввода логина и пароля может быть открыто вновь с помощью ссылки в верхней части панели (см. рис. 6.1). В случае успешной аутентификации откроется окно, как на рис. 6.2. Чтобы загрузить модель, выполните следующие шаги: • отрегулируйте положение модели в окне 3D вида, чтобы получить представление о том, как она будет отображаться на веб-сайте; • при желании сделайте предпросмотр вращения модели; • установите видимость модели: Общедоступная или Личная; 88

Рис. 6.1: Окно ввода логина и пароля для viewshape.com • выберите, использовать или нет WebGL на сайте: Показывать для отображения и свободного вращения полноценной 3D-модели или Не показывать (только скриншоты ) для отображения скриншотов модели с разных углов и вращения только вокруг вертикальной оси; • выберите тип лицензии для вашей модели; • укажите или создайте новую коллекцию (Collection) в вашей галерее (Gallery), в которую будет помещена загружаемая модель. Кроме перечисленного потребуется задать Название модели и, по желанию, Описание. По завершении нажмите кнопку Опубликовать и ваша модель появится на сайте. Требования к модели WebGL — это прогрессивный программный интерфейс, но при этом не слишком мощный. Если ваша модель состоит из нескольких миллионов полигонов и нескольких единиц текстур высокого разрешения, вам вряд ли удастся добиться ее рендеринга в браузере. Это означает, что для успешного отображения модели в браузере ее необходимо оптимизировать. Рекомендуемые параметры модели приведены ниже: • Менее 300 000 полигонов • Текстура размером 1024x1024 (512x512 предпочтительнее) • Наложение текстуры методом ≪Атлас≫ (обязательное требование) 89

Рис. 6.2: Панель Опубликовать • Модель будет вращаться вокруг оси Y, следовательно, она должна быть корректно расположена С помощью ЛКМ вы можете вращать модель вокруг ее центра масс. Поскольку никакие перемещения в данном режиме не разрешаются, модель должна быть повернута в то положение, в котором вы хотите видеть ее на сайте. Если параметры модели не удовлетворяют требованиям и рекомендациям приведенным выше, в нижней части окна появится сообщение желтого цвета, призывающее исправить ошибку, и соответствующая кнопка. Исправление ошибок Если были найдены некоторые проблемы (например, как на рис. 6.2), нажмите кнопку Исправить проблемы и откроется новая панель, как на рис. 6.3. В реальном времени можно обнаружить два типа ошибок: слишком плотная 3D-сетка и некорректное наложение текстуры. Если структура модели слишком плотная, то следует ее исправить с помощью инструмента упрощения модели на панели Исправления проблем. Если текстура наложена с помощью метода развернутой карты треугольников, то ее можно наложить заново, нажав на кнопку Исправить текстуру, как показано на рис. 6.3. По нажатию кнопки Исправить текстуру откроется панель Текстура. На этой панели следует выбрать метод Создать текстурный атлас и рекомендованное выше разрешение.

Рис. 6.3: Исправление найденных ошибок Как только все проблемы будут исправлены, нажмите кнопку Назад к Публикации для возврата к панели Опубликовать и для продолжения процесса загрузки модели на cайте www.viewshape.com.

6.2

Многокамерная съемка

Приложение Artec Studio поддерживает синхронную съемку несколькими сканерами. Такой режим может быть полезен, например, в случае съемки большого объекта с нескольких ракурсов одновременно. Одновременная съемка с нескольких устройств подразумевает, что положение этих устройств заранее известно системе. Это позволяет существенно облегчить и ускорить обработку данных. Поэтому, перед съемкой необходимо откалибровать взаимное расположение устройств. Получаемая калибровочная информация, включающая в себя номера устройств и их ориентацию в пространстве, далее будет называться связкой или бандлом, от английского слова ”bundle”(связка). Для того, чтобы начать снимать трехмерный видеопоток одновременно с нескольких камер, необходимо выполнить следующую последовательность действий: 1. Откалибровать взаимное расположение устройств (то есть создать бандл); 2. Воспользоваться панелью Мульти для записи сканов. Создание бандла в свою очередь включает в себя следующие этапы: • Съемка калибровочного объекта всеми входящими в связку камерами, (требования к объекту смотрите ниже, в параграфе 6.2.1); • Совмещение полученных сканов вручную с помощью панели Сборка для вычисления взаимного расположения камер; 91

• Установка бандла в системе с помощью панели создания бандлов.

Важно! После того, как бандл создан, перемещение входящих в него устройств друг относительно друга недопустимо. В случае изменения взаимного расположения устройств бандл необходимо будет создать заново!

6.2.1

Создание бандла

Перед созданием бандла для набора сканеров необходимо выполнить несколько действий: 1. Выбрать позиции устройств. Взаимное расположение сканеров должно быть таким, чтобы поле зрения покрывало всю требуемую область. 2. Закрепить сканеры в выбранных положениях. Если вы планируете использовать аппаратную синхронизацию, закрепите сканеры на штативах, давая возможность соединительному кабелю свободно висеть, а сканерам быть надежно закрепленными с помощью винтов. 3. Выбрать и установить калибровочный объект. В качесте калибровочного может выступать любой объект с достаточно богатым рельефом поверхности для того, чтобы алгоритм совмещения мог однозначно определить расположение камер. В качестве калибровочного не следует выбирать объекты простой геометрической формы: плоскость, сферу, цилиндр. Для создания связки устройств можно использовать композицию из нескольких объектов. Рекомендуется устанавливать объект на расстоянии, соответствующем центру рабочего диапазона для данного типа устройств. Для съемки скана можно воспользоваться панелями Съемка или Мульти. Последний вариант удобнее, т.к. в этом случае можно снимать поток одновременно с нескольких камер. Подробнее об этом режиме смотрите в параграфе 6.2.2. Если камеры расположены под небольшим углом друг относительно друга (то есть могут одновременно видеть одну и ту же область объекта), то снимаемый объект может оставаться неподвижным. В этом случае снимать сканы для калибровки можно как последовательно один за другим, так и одновременно. Важно! При этом крайне важно, чтобы во всех кадрах все камеры захватили достаточно большую часть объекта (не обязательно одну и ту же), т.к. впоследствии положение всех кадров скана будет определяться относительно предыдущих, а взаимная ориентация сканов будет определять взаимную калибровку устройств. Если камеры расположены далеко друг от друга и объект двигался, то после того, как сканы сделаны, необходимо выполнить регистрацию с помощью алгоритмов Точная последовательная регистрация и Глобальная регистрация. Далее необходимо совместить сканы с помощью панели Сборка как описано в параграф 5.2. Теперь все готово для создания бандла. Выберите пункт меню Файл Þ Создать бандл. В случае если Вы забыли предварительно совместить сканы, будет выдано предупреждение. Если все сделано правильно, появится панель создания бандлов (рис. 6.4). В окне 3D вида отобразятся

Рис. 6.4: Окно создания бандлов выбранные сканы, положение и направление взгляда камер (отображаются пирамидками соответствующего цвета), серийный номер устройства и координаты камеры. В панели показывается список подключенных устройств и соответствующая им информация. Удаление/добавление в крайнем левом устройства в бандл производится путем инвертирования изображения столбце списка. Порядок устройств в бандле соответствует порядку сканов в панели Рабочая область. В поле наверху панели создания бандлов отображается имя бандла. По умолчанию оно составляется из серийных номеров сканеров, входящих в связку. Перед созданием имя можно изменить, введя в это поле другой текст. Для создания и установки бандла следует нажать кнопку Применить в нижней части панели.

6.2.2

Многокамерная съемка

Для одновременной съемки видео-потоков с нескольких устройств в приложении есть режим Мульти. При выборе режима появляется соответствующая панель (рис. 6.5a), на которой можно выбрать конфигурацию устройств: либо использовать один из существующих бандлов, либо задать список сканеров вручную. При выборе опции Использовать бандл активируется выпадающий список бандлов. В нем перечислены все установленные в системе бандлы. Активные бандлы выделены черным цветом, неактивные - серым. Бандл считается активным, если все входящие в него устройства установлены в системе и подключены к компьютеру. Нельзя использовать такой бандл, число устройств в котором превосходит число ядер процессора (так, на четырехъядерном компьютере можно запустить до четырех сканеров в бандле).

(a) Вкладка Настройки

(b) Вкладка устройства

Рис. 6.5: Панель многокамерной съемки

Важно! При съемке в режиме бандла система обладает информацией о взаимном расположении камер. Таким образом, сканы, сделанные бандлом, отличаются от сканов, сделанных в ручном режиме, тем, что соответствующие друг другу поверхности с разных сканеров после съемки уже находятся в одной системе координат. Выберите Тип синхронизации на вкладке Настройки панели Мульти. В режиме Программная сканеры синхронизируются через USB-кабель, ОС Windows и Artec Studio, и время запуска ведомого сканера варьируется (~10 миллисекунд) ввиду большого количества звеньев цепи синхронизации. При Аппаратной синхронизации сканеры синхронизируются с помощью кабелей (для детальной информации см. Приложение B). Аппаратная синхронизация обеспечивает высокую точность и повторяемость величины времени запуска сканера (равна примерно 1 миллисекунде при погрешности менее 10 микросекунд, благодаря микроэлектронным процессам). Важно! Аппаратная синхронизация рекомендуется для использования в большинстве случаев и является обязательной при сканировании подвижных объектов. 94

Данные мультисъемки могут сохраняться либо в виде отдельных сканов (кнопка Отдельные сканы), либо в виде одного скана, в котором каждая поверхность представляет собой объединение соответствующих поверхностей со всех устройств бандла (кнопка Объединенный скан). В случае, если необходимо снимать кадры со всех камер не одновременно, а с некоторой задержкой, то величина задержки должна быть введена в поле Задержка между кадрами. В отличие от режима Съемка в режиме Мульти программа снимает каждый кадр независимо, не пытаясь совместить каждый последующий кадр с предыдущим. Иногда требуется ограничить поле зрения камер, например, чтобы отсечь ненужные объекты на дальней границе. Для этой цели предназначена пара ползунков в поле Границы рабочей зоны, которые задают соответственно ближнюю и дальнюю границы сканирования в миллиметрах. Границы рабочей зоны задаются для каждого устройства независимо на вкладке данного устройства (рис. 6.5b). По умолчанию в качестве минимального и максимального значений границ устанавливается рекомендованный диапазон для данного типа устройства. Если вы используете сканер L или 3D-сенсор, то вы можете вручную переопределить данные границы, установив флажок Переопределить диапазон глубин на вкладке Съемка диалога настроек приложения. Важно! Сканирование за пределами рекомендованых диапазонов глубины рабочей зоны может привести к потере точности получаемых 3D поверхностей. Если критична скорость съемки, следует воспользоваться режимом Режим быстрой съемки, поставив галочку в соответствующем поле и введя требуемое время съемки в секундах. Данный режим характеризуется тем, что время процессора не тратится на построение поверхностей и отображение, сырые данные сохраняются в оперативной памяти, и поверхности отстраиваются уже после завершения съемки. При изменении времени ускоренной съемки приложение автоматически пересчитывает и отображает количество требуемой памяти. Параметры мультисъемки сохраняются при выходе из приложения и устанавливаются заново при запуске.

6.3

Инструменты измерений и аннотирования

Программа Artec Studio включает в себя несколько инструментов для измерения геометрических параметров получаемых моделей и для их аннотирования. К ним относятся: • Измерение линейных размеров; • Измерение геодезических расстояний; • Построение сечений объекта; • Построение карт расстояний между двумя поверхностями; • Аннотации. Соответствующие кнопки вы найдете в верхней части панели Измерения (рис. 6.6). Ниже в панели приведен список сделанных ранее измерений. Выбрав нужный инструмент для измерений, вы переходите в следующую вкладку, где программа предлагает выделить сканы, с которыми вы будете работать. Выбранный скан отображается в окне 3D вида. Выбрав все необходимые сканы, нажмите кнопку Далее, для возврата к выбору инструментов – кнопку Назад. Вернуться к первой вкладке панели Измерения можно также щелчком по ссылке Измерения в верхней части окна. После нажатия на кнопку Далее вы попадете в окно выбранного инструмента измерения. Рассмотрим более подробно особенности работы различных измерительных инструментов программы Artec Studio. 95

Рис. 6.6: Панель Измерений

6.3.1

Измерение линейных размеров

Инструмент для измерения линейных размеров (рис. 6.7) позволяет измерять расстояния между выбранными точками и вычислять суммарную длину последовательного ряда линейных размеров. Нажав на кнопку и выбрав нужные сканы, вы перейдете в окно Измерения > Линейное. В верхней части окна можно задать название создаваемого измерения в поле Имя. По умолчанию программа создает новые измерения с названиями Линейное 1, Линейное 2 и т.д. Для проведения измерений необходимо нажатиями ЛКМ последовательно указывать в окне 3D вида точки, расстояния между которыми Вы хотите измерить. Выбранные точки будут добавляться в список текущего измерения, где будут отображаться линейные размеры и координаты отметок. При наведении курсора мыши на одну из точек в окне 3D вида она подсвечивается красным цветом – после этого ее можно перемещать вдоль поверхности объекта с нажатой ЛКМ . После отпускания кнопки мыши точка будет установлена в новой позиции. Установить точку за пределами поверхности объекта невозможно, в этом случае при отпускании кнопки мыши точка автоматически вернется в исходное положение. В левой панели у Вас есть возможность отслеживать количество точек и общую длину измерений. Можно включать и выключать отображение исходных данных – Не показывать исходные данные, отображение номеров точек – Показывать метки, отображение значений линейных размеров – Показывать числа в окне 3D вида. Задать цвет для данного измерения можно, нажав на кнопку с образцом цвета в поле Цвет метки (может отображаться как Цвет при недостаточно раскрытой левой панели). Если Вы хотите начать новую размерную цепь на тех же исходных данных, следует нажать на кнопку Сделать другое в нижней части окна. Artec Studio очистит окно 3D вида от пометок и выведет новую панель для вновь создаваемого измерения. Текущее измерение можно экспортировать в формате .csv, нажав на кнопку Экспорт. 96

Рис. 6.7: Линейное измерение По нажатию кнопки Применить приложение вернет Вас к первой вкладке панели Измерения, где будет выведен список всех сохраненных измерений с возможностью просмотра, редактирования и удаления сделанных измерений.

6.3.2

Измерение геодезических расстояний

Под геодезическим расстоянием понимается длина кратчайшего пути по поверхности между заданными точками. Для запуска инструмента измерения геодезических расстояний нажмите кнопку

панели Измерения и выберите один скан.

Важно! На вкладке выбора сканов инструмента измерения геодезических расстояний будут показаны только сканы, содержащие одну поверхность. Работа с геодезическими измерениями аналогична работе с линейными размерами (рис. 6.8). Следует помнить, что кратчайшего пути по геодезической линии между разными поверхностями или несвязными частями одной и той же поверхности не существует. Поэтому при установке точек на разных, не связанных между собой частях поверхности, программа выдаст ошибку и не будет соединять эти две точки геодезической линией. Вычисление кратчайшего пути занимает довольно продолжительное время, во время которого будет отображаться окно прогресса. Важно! Алгоритм поиска кратчайшего пути имеет высокую вычислительную сложность, и вычисления могут занять значительное время при большом количестве вершин поверхности. В связи с этим при выборе первой точки на поверхности, количество вершин в которой превышает 150000, приложение выдает предупреждение о том, что операция может занять

Рис. 6.8: Измерение геодезических расстояний

очень много времени. Для ускорения операции Вы можете воспользоваться алгоритмом оптимизации сетки (см. параграф 5.6.6), либо удалить не представляющую интереса часть поверхности. Левая панель в данном режиме полностью аналогична панели, появляющейся при проведении линейных измерений (см. параграф 6.3.1).

6.3.3

Сечения как инструмент для вычисления объема и площади

на панели Измерения и выбеДля построения сечений объекта (рис. 6.9) нажмите кнопку рите один или несколько сканов. В появившейся панели Вы можете задать название сечения в поле Наименование. По умолчанию программа создает новые сечения с названиями Сечение 1, Сечение 2 и т.д. Для построения сечения нужно нажатием ЛКМ указать на поверхности в окне 3D вида точку, которая будет центром секущей плоскости. По умолчанию вновь созданная плоскость будет параллельна плоскости X0Y и иметь размеры 200 х 200 миллиметров. Если Вы хотите изменить положение и ориентацию плоскости в пространстве или ее размеры, нажмите на кнопку Изменить положение. Появившаяся панель Измерения-Сечение-Преобразование содержит три вкладки, соответствующие различным режимам модификации секущей плоскости. Переход между вкладками осуществляется нажатием ЛКМ или с помощью клавиш T , R и S : • Перенос (клавиша T ): параллельное перемещение секущей плоскости. Вы можете перемещать плоскость при помощи мыши, перемещая манипуляторы (стрелки красного, зеленого и синего цвета, соответствующие параллельному переносу вдоль осей X, Y, Z) с нажатой ЛКМ в окне 3D вида. Эта же операция может быть выполнена вводом требуемых числовых значений в поля ввода на вкладке Перенос.

• Вращение (клавиша R ): вращение секущей плоскости. Вы можете вращать плоскость при помощи мыши, нажимая и удерживая ЛКМ на манипуляторах вращения (окружности красного, зеленого и синего цвета, соответствующие вращению вокруг осей X, Y, Z) в окне 3D вида, или при помощи клавиатуры – непосредственно вводя требуемые числовые значения. Важно! Числовые значения, вводимые на вкладке Вращение, задают углы поворота в мировой системе координат. • Масштабирование (клавиша S ): изменение размера секущей плоскости. Вы можете масштабировать плоскость при помощи мыши, нажимая и удерживая ЛКМ на манипуляторе масштабирования в окне 3D вида, или при помощи клавиатуры – вводом числовых значений в поле ввода Вокруг осей X, Y, Z на вкладке Масштабирование.

Рис. 6.9: Сечения Теперь вы можете указать сечения: 1. С помощью ЛКМ укажите точки на поверхностях: 99

(a) Только одну точку для плоскости, проходящей параллельно одной из координатных плоскостей (XOY, YOZ, XOZ) (b) Три точки для указания плоскости, проходящей строго через них (c) Несколько точек для определения плоскости, проходящей через их центр масс 2. До того как вы нажмете кнопку Создать сечение, можно нажать Удалить точки и переопределить их заново. 3. Нажмите кнопку Создать сечение. При необходимости переопределите положение плоскости. Нажмите кнопку Изменить позицию и выберите один из следующих инструментов: Перенос, Вращение, Масштабирование. Вы можете либо указать числовые значения (в глобальных координатах) в текстовых полях, либо перемещать манипуляторы (см. рис. 5.7) в окне 3D вида. Например, увеличивая Масштаб для плоскости, определенной как написано в пункте 1b, можно добиться, чтобы плоскость пересекла всю поверхность. Подтвердите произведенные изменения нажатием кнопки Применить. 4. Также можно создать серию сечений. Для этого укажите количество плоскостей в поле Количество плоскостей и расстояние между ними в поле Смещение сечения, мм. Затем выберите из списка Направление одно из трех возможных (Положительное, Отрицательное или Оба) направлений, в котором будут строится новые плоскости. 5. Для сохранения изменений нажмите кнопку Применить или указатель Измерения в верхней части панели. Для сохранения результата и одновременного перехода к созданию следующей плоскости нажмите кнопку Сделать новое сечение

(a) незамкнутый контур

(b) замкнутый контур

(e) выбрана одна 3D-оболочка (сетка)

(d) выбрана пара контуров

(f) выбрано несколько оболочек

Рис. 6.10: Отображение контуров и 3D-оболочек (сеток) Как только сечение будет создано, геометрическая информация отобразится на панели Сечение. К геометрической информации относятся периметр и площадь замкнутых контуров, а также площадь и объем для 3D-оболочек. Если объект ≪сечение≫ состоит из нескольких плоскостей, то эти геометрические данные группируются по плоскостям. При выделении контуров или сеток в списке они отображаются в окне 3D вида разными цветами: 100

• Синий (рис. 6.10a), если контур незамкнутый • Желтый (рис. 6.10b), если контур замкнутый • Красный (рис. 6.10c) может применяться к выбранному в данный момент контуру или к полигонам под (над) выбранной плоскостью. Для переключения между отображаемыми полигонами нажмите кнопку Инвертировать направление. • Зеленый (рис. 6.10d) соответствует второму скану в списке, в случае если выбрана пара контуров (с помощью клавиши Ctrl ). Одновременно с подсветкой Artec Studio вычисляет разность площадей и периметров этих контуров • Несколько оттенков красного обозначают полигоны, принадлежащие одному срезу (темно-красный на рис. 6.10e) и нескольким срезам (от более светлого красного до самого светло-красного на рис. 6.10f). Когда выбрана пара оболочек, расчет разности объемов и площадей также выполняется, и результаты отображаются в нижней части левой панели. Если вы хотите преобразовать мультисечение (когда количество плоскостей в объекте ≪сечение≫ больше одной) в несколько отдельных сечений, нажмите кнопку Преобразовать в несколько сечений. Система выдаст сообщение об успешном преобразовании, и в новые объекты появятся в списке на панели Измерения. Любой объект с панели Измерения может быть экспортирован в один из перечисленных форматов: .csv, .xml или .dxf. Достаточно выделить его с помощью флажка и нажать кнопку Экспорт. Можно экспортировать несколько объектов за раз. Также экспорт можно осуществить для каждого сечения отдельно непосредственно в окне его редактирования.

6.3.4

Построение карт расстояний между двумя поверхностями

Во многих задачах контроля точности требуется оценить отклонение формы объекта от исходной модели. Для этой цели в программе Artec Studio предусмотрен инструмент, позволяющий построить карту расстояний между двумя поверхностями. Чтобы начать работу с картами расстояний, следует нажать на кнопку сравнения.

на панели Измерения и выбрать две модели для

Важно! На вкладке выбора сканов инструмента построения карт расстояний будут показаны только сканы, содержащие одну поверхность. В появившейся панели (рис. 6.11) программа предложит задать наименование карты расстояний. По умолчанию программа создает новые карты расстояний с названиями Карта 1, Карта 2 и т.д. Расстояния от первого скана до второго считаются вдоль направлений нормалей к поверхности в вершинах первого скана. Если ближайшая точка второго скана будет отстоять от вершины первого скана в направлении нормали, значение расстояния будет положительным, если в противоположном –– отрицательным. Кнопка меняет местами первый и второй скан. К параметрам вычисления карты расстояний относятся следующие: • Расстояние поиска — максимальное расстояние между поверхностями в миллиметрах, отображаемое на карте. Если расстояние окажется больше по модулю этого значения, данная область на карте не будет отображать расстояний между поверхностями (будет окрашена серым либо прозрачным цветом в зависимости от того, принадлежит вершина первому или второму скану). 101

Рис. 6.11: Выбор поверхностей для сравнения • Масштаб отклонения — пороговое значение в миллиметрах, которое служит для настройки шкалы расстояний. Области карты, расстояние в которых окажется больше по модулю этого значения, будут окрашены голубым либо оранжевым цветом, в зависимости от знака расстояния. Введя параметры вычислений, следует нажать на кнопку Рассчитать. Программа выведет окно прогресса расчета расстояний, после чего в окне 3D вида отобразится карта расстояний (рис. 6.11). Важно! Карта расстояний поддерживает аннотации. Как только карта будет построена, вы сможете создавать на ее поверхности аннотации. Подробнее о функционале аннотаций см. в параграф 6.3.5 Цвет карты меняется от синего, который соответствует отрицательному расстоянию, равному по модулю пороговому значению, до красного, который соответствует положительному расстоянию, равному по модулю пороговому значению. Зеленый цвет карты говорит о близости к нулю расстояния между поверхностями в данной точке. При перемещении курсора мыши по карте в окне 3D вида значение расстояния для точки карты под курсором будет автоматически отображаться рядом с курсором и в поле Расстояние под курсором левой панели. В окне 3D вида появятся два новых объекта: цветовая шкала расстояний, позволяющая поставить цвет в соответствие с расстоянием между поверхностями, и гистограмма расстояний, показывающая распределение различных значений расстояний на построенных картах. Слева в диалоговом окне будут приведены среднеквадратичное отклонение и среднее абсолютное отклонение для данной карты расстояний. 102

Для сохранения карты расстояний и возвращения к первой вкладке панели Измерения следует нажать кнопку Применить, для сохранения и построения новой карты –– Построить новую карту.

6.3.5

Аннотации

Элементы на поверхностях или картах расстояний, заслуживающие внимания, могут быть отмечены с помощью инструмента Аннотации. Аннотация может состоять из одной или нескольких меток. Метки — прямоугольные ярлыки с соединительными линиями, указывающими на элементы поверхностей (рис. 6.12). Чтобы создать аннотацию: 1. Нажмите кнопку на панели Измерения, выберите один или несколько сканов и нажмите кнопку Далее. (a) Если вы хотите сделать аннотацию на ранее полученной карте расстояний, выберите необходимую карту из выпадающего списка Карта расстояний. 2. Также вы можете указать Название аннотации в верхней части панели или продолжить работу с автоматически созданным названием.

Рис. 6.12: Аннотация на модели с нанесенной картой расстояний 3. Нажмите кнопку ЛКМ на целевой точке поверхности в окне 3D вида, метка появится рядом с ней, и курсор ввода текста начнет мигать в поле Текст аннотации на левой панели.

103

Важно! Целевую точку (точка на поверхности, на которую указывает линия метки) невозможно переопределить. Таким образом, если вы не совсем точно указали точку на поверхности, то единственный способ исправить ситуацию — добавить новую метку, заново указав эту точку (см. шаг 3), и удалить некорректную (см. приведенные ниже указания).

4. Напечатайте текст вашей аннотации, и он появится в текстовом поле на панели и на метке в окне 3D вида. 5. Для создания новой метки повторите шаги 3 и 4. Каждая новая метка, помимо появления на поверхности, добввляется в список аннотаций на левой панели (рис. 6.12). Метки в списке можно скрыть/отобразить, изменить их цвет. Для этого необходимо нажать ПКМ и выбрать соответствующую опцию из контекстного меню. Таких же результатов можно добиться при снятии/установке флага выделения для отображения и при нажатии квадратной кнопки для изменения цвета. Вы можете скорректировать расположение метки (непосредственно прямоугольного ярлыка, не целевой точки), нажав и удерживая нажатой ЛКМ в окне 3D вида и перемещая курсор мыши. Ненужные метки можно удалить одним из следующих способов: 1. Выберите метку в окне 3D вида и ее граница станет красной (см. выделенную метку на рис. 6.12). Нажмите клавишу Del на клавиатуре. 2. Выберите метку из списка, затем либо нажмите клавишу Del на клавиатуре, либо ПКМ и выберите в открывшемся меню команду Удалить. Аннотации (а точнее, координаты меток и заголовки) можно экспортировать в файл с расширением .csv или .xml. Для этого нажмите кнопку Экспорт либо на панели Аннотации, либо на панели Измерения. Система предложит имя файла, аналогичное названию аннотации. Примите его или введите другое имя. Для завершения редактирования аннотации нажмите кнопку Применить в нижней части левой панели или перейдите по ссылке Измерения в верхней части.

104

Глава 7

Настройки В данной главе описываются настройки приложения Artec Studio, которые могут быть изменены через диалог настроек. Для отображения диалога настроек в меню Файл выберите пункт Настройки... или нажмите клавишу F10 . Все настройки разбиты по группам, каждая из которых располагается на отдельной вкладке диалога. Для редактирования доступны следующие группы настроек: • Общие • Ресурсы • Съемка • Интерфейс • Язык

7.1

Общие

Вкладка Общие содержит основные настройки приложения Artec Studio и включает в себя следующие опции (рис. 7.1): • Путь к папке сохранения проектов • Настройки автосохранения • Настройки экспорта/импорта • Стандартные единицы измерения при экспорте/импорте файлов • Настройки зуммирования в 3D-окне

7.1.1 Путь к папке сохранения проектов В данной строке вы можете указать директорию по умолчанию для сохранения проекта. Вы можете ввести путь с клавиатуры или указать в диалоговом окне, появляющемся после нажатия кнопки Просмотр....

105

Рис. 7.1: Страница настроек Общие

7.1.2 Настройки автосохранения Включенный флажок Сохранять проект перед запуском алгоритмов указывает приложению всегда сохранять проект перед запуском алгоритмов. Флажок Восстанавливать состояние загрузки скана после завершения алгоритма позволяет управлять состоянием загрузки выбранных сканов после завершения работы алгоритма. Выбранные сканы всегда загружаются в память перед запуском алгоритма. Если на момент запуска алгоритма скан был в выгруженном состоянии, то после его завершения приложение автоматически выгрузит его на диск, освободив память. Подробнее об автосохранении проектов см. параграф 4.8 данного руководства.

7.1.3 Регистрация Artec Studio в качестве стандартного средства для просмотра 3Dфайлов Приложение Artec Studio поддерживает загрузку и сохранение моделей и сканов в различных форматах. Чтобы зарегистрировать приложение Artec Studio как просмотрщик по умолчанию для поддерживаемых форматов файлов следует нажать кнопку Изменить... и в появившемся окне (рис. 7.2) проставить галочки напротив подлежащих регистрации типов файлов: • *.sproj – файлы проектов приложения Artec Studio. • *.scan – формат для экспорта/импорта отдельных сканов проекта. • *.ply – формат для хранения полигональных моделей, полученных с лазерных сканеров. • *.stl – формат экспорта трехмерных моделей для оборудования быстрого прототипирования. • *.wrl – файлы миров виртуальной реальности формата VRML 1.0 и VRML 2.0.

106

• *.obj – формат для обмена текстурированными 3D-моделями Wavefront OBJ.

Рис. 7.2: Регистрация типов файлов открываемых Artec Studio Более подробно об импорте и экспорте данных в приложении Artec Studio см. параграф 4.4, параграф 4.5.

7.1.4 Режим открытия файлов Программу Artec Studio можно использовать как просмотрщик по умолчанию для файлов в форматах SPROJ, SCAN, PLY, STL, OBJ, VRML (*.wrm). Если вы желаете, чтобы каждый новый файл открывался в новом окне приложения, выберите режим Открывать новую модель в новом окне. Если установлен режим Открывать новую модель в том же окне то Artec Studio будет использовать ранее запущенный экземпляр приложения для вновь открываемых файлов.

7.1.5 Поиск дефектов поверхности во время импорта Поведение Artec Studio при проверке импортируемых поверхностей настраивается, доступны следующие варианты: • Не проверять -– автоматическая проверка поверхностей на наличие дефектов во время импорта отключена. • Обнаруживать и спрашивать –- автоматическая проверка поверхностей во время импорта включена, в случае обнаружения ошибок пользователю будет предложено запустить алгоритм исправления дефектов для выбранных поверхностей. • Обнаруживать и исправлять -– автоматическая проверка поверхностей и исправление обнаруженных ошибок.

7.1.6 Расположение модели в начале координат При выполнении операции экспорта сканы и модели могут быть автоматически размещены в начале координат. Для этого необходимо установить флажок Перемещать модель в начало координат при экспорте. Если флажок оставить снятым, то для экспортируемых поверхностей будет сохранено текущее положение модели относительно начала координат.

7.1.7 Единицы измерения В приложении Artec Studio все операции с моделями подразумевают, что единицами измерения являются миллиметры. Если требуется импортировать или экспортировать модель в других единицах измерения, следует воспользоваться блоком настроек Единицы измерения. Данные 107

настройки применяются при импорте и экспорте только отдельных моделей, единицами измерения для сканов всегда являются миллиметры. Опция Показывать диалог выбора единиц измерения при импорте определяет, всегда ли спрашивать при импорте модели спрашивать пользователя о том, в каких единицах измерения она была создана (рис. 7.3). Поддерживаются следующие единицы: миллиметры, сантиметры, дюймы, метры. Если в большинстве случаев требуется загружать данные, сохраненные в какихто одних единицах, например, в миллиметрах, но при этом возможны ситуации, когда будут импортированы модели, созданные в других единицах, например, в метрах, следует включить опцию Только если объект меньше, чем и ввести пороговое значение. В этом случае окно выбора единиц измерения будет показываться только, если размеры загружаемой модели не превышают порогового значения. Выпадающие списки Единицы измерения при импорте и Единицы измерения при экспорте указывают единицы измерения по умолчанию, в которых будет осуществляться соответственно импорт и экспорт моделей.

Рис. 7.3: Выбор единиц измерения

7.1.8 Настройки зуммирования в 3D-окне Зуммирование в окне 3D вида с помощью Колеса прокрутки может быть настроено следующим образом : • Снимите флажок Зуммирование от положения курсора (колесом прокрутки) для активации режима зуммирования от центра экрана. В этом случае вам необходимо следить за тем, чтобы целевая область находилась в центре экрана, и время от времени корректировать ее положение. • Установите флажок Зуммирование от положения курсора (колесом прокрутки) для активации интерактивного зуммирования от положения курсора мыши. В это режиме вам нужно лишь держать курсор на целевой области все время, пока вы вращаете Колесо прокрутки на себя от себя.

7.2

Ресурсы

На вкладке Ресурсы (рис. 7.4) можно настраивать такие параметры приложения, как количество потоков обработки данных, функции управления используемой оперативной памятью, сохранение истории команд, уровень сжатия данных при записи на диск, режим записи текстур, а также параметры склейки в реальном времени.

7.2.1 Многопоточность Приложение Artec Studio на компьютерах с многоядерными процессорами старается распараллелить проводимые вычисления. По умолчанию для этого используются все ядра процессора. 108

Рис. 7.4: Страница настроек производительности Если по каким-либо причинам необходимо ограничить ресурсы процессора, выделяемые приложению Artec Studio, следует сбросить флажок Все доступные процессоры и вручную ввести количество доступных ядер.

7.2.2 Память Здесь отображается количество свободной оперативной памяти. В случае нехватки оперативной памяти вы можете освободить дополнительный ее объем, нажав кнопку Очистка памяти. Программа Artec Studio выгрузит из памяти сохраненную историю команд текущего сеанса приложения и постарается осуществить оптимизацию используемой оперативной памяти. После нажатия кнопки Очистка памяти история команд не будет потеряна, а будет лишь выгружена из оперативной памяти. При необходимости отмены последних операций данные истории изменений проекта будут загружены с диска. Более подробно о сохранении истории изменений проекта см. параграф 4.6. Важно! Историю команд не удастся выгрузить из памяти, если проект не был предварительно сохранен. Сохраните проект и попробуйте еще раз.

7.2.3 История команд В данном разделе можно задать ограничения на длину истории изменений, сохраняемую в проекте. По умолчанию заданы максимальные величины для количества сохраняемых команд и объема, занимаемого на диске (в Мб). При желании вы можете убрать галочку в значении Максимальная длина истории, это будет означать, что программа будет сохранять всю историю изменений каждого проекта, начиная с его создания. Очистить историю изменений проекта 109

можно, нажав на кнопку Очистить историю команд, после чего программа попросит подтвердить данное действие. Важно! После очистки истории изменений вернуться к более раннему состоянию проекта будет невозможно.

7.2.4 Уровень сжатия данных Ползунок на линейке Уровень сжатия данных позволяет вам задать степень сжатия сканов при сохранении на диск. Более сильное сжатие файлов позволит сэкономить место на диске, но приведет к более долгим загрузке и сохранению сканов. Данная настройка распространяется как на файлы сканов проекта, так и на файлы сканов, экспортируемые из проекта в формате SCAN.

7.2.5 Режим записи текстур По умолчанию текстура снимается не в каждом кадре. Но вы можете вручную настроить частоту съемки текстурных кадров посредством счетчика Record texture every _th frame.

7.2.6 Настройки склейки в реальном времени Настройки склейки в реальном времени представлены двумя опциями: Размер вокселя (мм), другими словами, разрешение модели, получаемой склейкой, и Размеры (меньше - быстрее), величина одного измерения сканируемой зоны (зона рассматривается как куб со стороной, размер которой равен значению указанного размера). Подробности см. в параграфе 2.2.7.

7.3

Съемка

Страница настроек Съемка позволяет редактировать параметры, используемые Artec Studio как непосредственно в процессе съемки, так и при последующей обработке данных (рис. 7.5).

Рис. 7.5: Страница настроек алгоритмов

110

7.3.1 Настройки алгоритмов Перед началом новой сессии сканирования необходимо, исходя из габаритов и конфигурации сканируемого объекта или его области, определить, сканер какой модели будет удобнее использовать в данной сессии (смотрите параграф 1.2). Настройки для каждого типа сканера (S, M, L, Spider или Стороннего 3D-сенсора), соответствующие выбранной модели, выставляются путем выбора соответствующего элемента внутри выпадающего списка Текущие настройки. В процессе работы с приложением может возникнуть необходимость ручного изменения настроек алгоритмов. Для возврата к базовым установкам следует нажать на кнопку Восстановить исходные. Опция Текущие настройки позволяет пользователям сохранять значения параметров, введенные на панели Команды. Все значения можно применить за раз, выбрав сохраненные настройки из списка. Важно отметить, что Текущие настройки применяются только в рамках выбранного типа устройства.

7.3.2 Настройки фотограмметрии Настройки фотограмметрии позволяют задать размеры меток. Внутренний диаметр метки (мм): соответствует диаметру белого круга в центре метки, Внешний диаметр метки (мм): соответствует внешнему диаметру черного кольца на метке. Самые популярные метки имеют размеры диаметров ≪6≫ и ≪12≫ мм, а размеры ≪5≫ и ≪10≫ соответствуют размерам маркеров из набора Scan Reference. Подробнее см. в параграфе 2.2.8.

7.3.3 Съемка Данной секция содержит настройки съемки, касающиеся режима работы кнопки устройства MHT, диапазона глубины сканирования и реконструкции получаемых со сканера однокадровых поверхностей. С помощью первой опции, флажка Режим триггера для кнопки на устройстве, вы можете менять поведение кнопки на корпусе сканеров MH и MHT. Подробное описание режимов работы кнопки при сканировании можно найти в параграфе 2.2.11. 3D-сканер имеет ближнюю и дальнюю плоскости отсечения, соответствующие рабочему диапазону расстояний от устройства до сканируемого объекта. Если сканировать объект, располагая сканер слишком близко к нему, то часть объекта, лежащая ближе передней границы рабочего диапазона, окажется неоцифрованной. При значительном удалении сканера от объекта точность сканирования снижается. Поэтому во время сканирования следует располагать сканер на оптимальном расстоянии до объекта, не пересекая ближней или дальней плоскости отсечения. Значения рабочего диапазона расстояний определяются по типу подключенного устройства, что позволяет гарантировать заявленную точность сканирования. Тем не менее, для некоторых устройств (сканеров L и 3D-сенсоров) положение ближней и дальней плоскостей отсечения можно переопределить в ущерб точности сканирования. Для этого надо установить флажок Переопределить диапазон глубин, после чего ввести новые границы диапазона сканирования. Важно! Переопределение значений рабочего диапазона расстояний сканера может привести к потере точности. Если опция Автоматическая сборка во время сканирования включена, то при возобновлении съемки (сканер находился в режиме Пауза) новый скан будет создаваться выровненным 111

относительно предыдущего. Для большинства случаев эта опция оказывается полезной, но если вы не хотите загружать систему (особенно на недостаточно мощных ПК) выравниванием после каждой приостановки, то ее рекомендуется отключить. Следует также отличать данную опцию от флажка Продолжить сканирование с отмеченных сканов, позволяющего возобновить съемку и после нажатия Стоп, и даже во вновь открытом проекте (см. параграф 2.2.10). Программа Artec Studio позволяет пользователю изменять характеристики получаемых со сканера однокадровых поверхностей. Для изменения параметров построения поверхностей при съемке, следует сбросить флажок Использовать стандартные настройки и изменить их вручную в появившейся панели. Для редактирования доступны следующие настройки: • Triangles Step: плотность точек однокадровой поверхности • Minimum object size: порог фильтрации сканируемых участков поверхности по числу полигонов (минимально допустимое число полигонов в объекте) • Length ﬁlter threshold: порог фильтрации треугольников по длине ребра (максимально допустимый размер в миллиметрах) • Interpolate: включить/выключить интерполяцию поверхности в тех частях, где данные отсутствуют • Max Interpolated Length: максимальный размер областей, которые будут интерполированы (в миллиметрах) • Max Angle: порог фильтрации треугольников по максимальному углу в градусах между нормалью треугольника и вектором камеры • Registration geometry quality: весовой коэффициент, определяющий степень важности геометрических особенностей поверхности по сравнению с текстурными при регистрации во время съемки. При минимальном значении (0) алгоритм полагается только на геометрию, при максимальном (100) – только на текстуру. Работает только для метода позиционирования Геометрия + Текстура.

Важно! Рекомендуется использовать настройки съемки по умолчанию. Неверные настройки параметров могут привести к неудовлетворительному качеству однокадровых поверхностей.

7.4

Интерфейс

Страница Интерфейс позволяет редактировать настройки пользовательского интерфейса (рис. 7.6) и включает в себя следующие группы настроек: • Звуковое оповещение • Цвета рабочей области • Предупреждения • Отображение поверхностей во время сканирования

112

Рис. 7.6: Страница настроек интерфейса

7.4.1 Звуковое оповещение Во время сканирования возможны ситуации, когда системе автоматического совмещения не удается совместить вновь снятый кадр с предыдущими (см. параграф 2.2.2). В таких случаях в программе Artec Studio предусмотрена возможность выдавать звуковое оповещение в виде повторяющихся звуковых сигналов, которые прекращаются, как только сканер будет перемещен, и программа сможет снова найти его положение в пространстве. Для включения звукового оповещения следует установить флажок Включить звуковое оповещение при сканировании. По умолчанию проигрывается стандартный звуковой фрагмент ≪жужжание пчелы≫, который можно заменить, указав путь к звуковому файлу в формате WAV. Важно! Звуковое оповещение при съемке возможно только если компьютер оборудован звуковой картой и системой звуковоспроизведения.

7.4.2 Цвета рабочей области Программа Artec Studio автоматически присваивает вновь создаваемым сканам цвета для отображения в окне 3D вида. При этом вы можете выбрать одну из стандартных палитр приложения: • Полная палитра • Светлые цвета • Упрощенная палитра • Случайные цвета • Монохромная палитра 113

7.4.3 Предупреждения Данная группа настроек позволяет включать/выключать вывод некоторых предупреждений в процессе работы Artec Studio. К ним относятся: • Предупреждение на выходе, если проект имеет несохраненные изменения. Предупреждать пользователя, что несохраненные данные будут потеряны при выходе из приложения. • Показывать проблемы совместимости версии OpenGL. Для своей работы Artec Studio требует OpenGL версии 2.0, а также наличия некоторых расширений OpenGL, которые могут отсутствовать в Вашей системе. Установка данного флажка включает отображение окна со списком обнаруженных проблем на старте программы.

7.4.4 Отображение в окне 3D вида Вы можете изменить параметры отображения поверхностей, получаемых со сканера во время сканирования. Для редактирования доступны следующие настройки:

Рис. 7.7: Пример фона окна 3D вида • Группа настроек ≪Display≫ – Last Scanned Surfaces: количество последних отснятых и видимых поверхностей, выводимых в окно 3D вида во время сканирования – Visible Surfaces: общее количество видимых в окне 3D вида поверхностей (равно сумме последних отсканированных поверхностей и отображаемых ключевых кадров) – Simple Rendering Mode: пороговое значение количества вершин в окне просмотра, при превышении которого, режим отрисовки модели переключается в упрощенный – Point size определяет количество пикселей для отрисовки каждой точки в режимах отображения ≪Точечная модель≫ и ≪Точки и сплошная заливка≫ • Группа настроек ≪Colors≫ – Last: цвет последних отснятых поверхностей – Registered: цвет корректно совмещенных поверхностей 114

– Preview: цвет поверхностей в режиме предварительного просмотра – Dropped: цвет сброшенных поверхностей (поверхностей, которые не были корректно совмещены с предыдущей последовательностью поверхностей) – Keyframes: цвет ключевых поверхностей • Группа настроек ≪Playing≫ (см. параграф 5.1.1) – Playing Repeat: циклический повтор воспроизведения 3D-последовательности – FPS: частота кадров воспроизведения 3D-последовательности (кадров в секунду) • Группа настроек ≪Background≫ (см. рис. 7.7). – Color – задает цвет фона окна 3D вида – Dropped Color – задает цвет фона окна 3D вида при срыве регистрации во время съемки – Texture – позволяет задать схему ≪шахматная доска≫ для фона – Gradient – позволяет отключить градиентный фон для окна 3D вида • Группа настроек ≪Welcome screen≫ – Don’t show – если флажок установлен, то Стартовый экран не отображается

7.5

Язык

Интерфейс программы Artec Studio переведен на многие языки мира: • Auto – автоматический выбор языка в соответствии с настройками системы • Chinese (Simpliﬁed) – упрощенный китайский • English – английский • French – французский • German – немецкий • Italian – итальянский • Japanese – японский • Polish – польский • Portuguese – португальский • Russian – русский • Spanish – испанский Для переключения на другой язык выберите его из списка и нажмите кнопку OK. Далее программа предложит перезапуск для немедленного применения изменений. В случае согласия приложение перезапустится автоматически с вновь выбранным языком интерфейса. При отказе от перезапуска изменения вступят в силу в начале следующего сеанса работы с приложением.

115

Рис. 7.8: Страница выбора языка приложения

Важно! Смена языка требует перезапуска приложения, что может привести к потере несохраненных данных.

116

Глава 8

Калибровка и коррекция сканера Diagnostic Tool— это специальная утилита, используемая для калибровки сканеров Artec и для коррекции существующей калибровки. Калибровка в широком смысле слова — процесс проверки и настройки сделанных сканером измерений посредством сравнения их с эталонными значениями. Каждый сканер Artec поставляется уже откалиброванным. Вследствие небрежного обращения или транспортировки (тряска, случайные падения, некоторые другие причины), сканер может перестать снимать 3D-поверхности должным образом. В этом случае сканируемые поверхности могут реконструироваться лишь частично, могут появляться дырки (на рис. 8.5 на синей поверхности заметны результаты плохой реконструкции). Эти проблемы могут быть решены с помощью коррекции или калибровки. В зависимости от модели используемого сканера, Diagnostic Tool может работать в одном из трех режимов работы: 1. коррекция для сканеров MHT, MH, L и EVA 2. коррекция для сканера Spider 3. калибровка сканера Spider

Важно! Калибровка доступна только для сканеров Spider.

8.1

Рекомендации по использованию

Коррекция отличается от калибровки тем, что она сохраняет текущую калибровку, изменяя только коэффициент коррекции для улучшения реконструкции. Точность геометрической формы и линейных измерений не гарантируется в случае применения коррекции. Режим Коррекция Калибровка

Особенности Неточный Точный ¹

Скорость Быстрый Требует приготовлений

Для Spider Да Да

Таблица 8.1: Сравнение калибровки и коррекции ¹Возвращает исходные значения, приведенные в спецификации устройства.

117

Для EVA, L, MHT Да Нет

8.2

Запуск Diagnostic Tool

Перед запуском убедитесь, что сканер, который вы собираетесь диагностировать, отображается в Artec Installation Center в статусе Арендован or Активирован. Вы можете запустить Diagnostic Tool либо через меню Пуск, выбирая последовательно Пуск Õ Все программы Õ Artec Group Õ Artec Studio 9 Õ Diagnostic Tool, либо из Artec Studio, выбрав команду Диагностика устройства в меню Файл. Если подключено несколько сканеров, выберите необходимый сканер из выпадающего списка.

Рис. 8.1: Окно Diagnostic Tool Окно рассматриваемой утилиты разделено на три зоны: окно 3D вида, правую панель и инструментальную панель (см. рис. 8.1).

8.3 8.3.1

Коррекция сканера Коррекция калибровочных данных для сканеров EVA, MHT, MH и L

Для сканеров EVA, MHT, MH и L доступна только коррекция текущих калибровочных настроек. 1. Запустите Diagnostic Tool, как написано в Раздел 8.2. 2. Выберите сканер, который собираетесь диагностировать.

118

Рис. 8.2: Результаты коррекции сканера EVA 3. Нажмите кнопку Start diagnostic или кнопку , сканер начнет работу в режиме предпросмотра, в окне 3D вида появится дальномер и откроется правая панель с окном предпросмотра 2D камеры. 4. Направьте сканер под прямым углом на плоскую светлую, но не блестящую однотонную поверхность, например, на стену или пол с расстояния 650-700 мм для сканеров MHT, MH, EVA и 850-900 мм для сканеров L scanners. Поверхность начнет отображаться в окне 3D вида синим цветом. Важно! Если отображаемая поверхность не плоская или имеет отверстия, стоит произвести коррекцию. 5. Нажмите кнопку Start corection или кнопку на корпусе сканера. В дополнение к синей поверхности в окне 3D вида появится желтая. Синяя соответствует поверхности, снятой с исходными калибровочными данными, а желтая – поверхности, снятой с корректированными данными. 6. Два индикатора на правой панели помогут вам оценить качество поверхности (зеленый соответствует хорошим результатам коррекции, желтый – удовлетворительным, а красный – неудовлетворительным). Если вы удовлетворены результатами коррекции (на корректированной (желтой) поверхности отсутствуют дырки, и она достаточно плоская), нажмите кнопку Commit или кнопку на корпусе сканера. В противном случае нажмите кнопку Rollback или кнопку на корпусе сканера. 119

8.3.2

Коррекция калибровочных данных для сканера Spider

Коррекция для сканера Spider немного отличается от коррекции для сканеров MHT и EVA.

Рис. 8.3: Процесс коррекции Spider

1. Запустите Diagnostic Tool, как написано в Раздел 8.2 2. Выберите сканер Spider из выпадающего списка. 3. Нажмите кнопку Start diagnostic или кнопку на корпусе сканера, и он перейдет в режим предпросмотра, в окне 3D вида появится дальномер и откроется правая панель с окном 2D камеры. 4. Направьте сканер под прямым углом и с расстояния 190–270 мм на плоскую светлую однотонную поверхность, например, на стену. Она начнет отображаться в окне 3D View как синяя плоскость. Важно! Если поверхность, снимаемая с расстояния, соответствующего середине рабочего диапазона реконструируется не достаточно плоской или с отверстиями, то следует провести коррекцию.

120

5. Разместите сканер на столе или в штативе на расстоянии примерно 190 мм от плоской поверхности (см. дальномер в окне 3D вида) 6. Нажмите кнопку Start correction или кнопку явится красная метка.

на корпусе сканера. На дальномере по-

7. Плавно переместите сканер по направлению к плоской поверхности так, чтобы пик гистограммы совпал с красной меткой на дальномере (см. рис. 8.4). 8. Выше на дальномере появится следующая красная метка. Плавно переместите сканер в направлении от плоскости, стараясь достичь красной метки. 9. Повторите шаг 8 еще три раза. Как только вы закончите, система начнет вычисления, и в окне 3D вида появится желтая плоскость, соответствующая поверхности, снятой с корректированными калибровочными данными (см. рис. 8.5). 10. Если результаты коррекции соответствуют вашим ожиданиям (желтая поверхность не имеет отверстий и достаточно плоская), нажмите кнопку Commit или кнопку на корпусе сканера. В противном случае повторите шаги 7-9, или нажмите кнопку Rollback, или кнопку на корпусе сканера. Два индикатора на правой панели служат для оценки качества реконструкции поверхности (зеленый соответствует хорошим результатам коррекции, желтый – удовлетворительным, а красный – неудовлетворительным).

(a) Сопоставление с красной меткой

(d) Дальномер

(b) Дальномер

(e) Совпадение

Рис. 8.4: Положение сканера Spider и соответствующие дистанции на range meter

8.4

Калибровка сканера Spider

Для калибровки вам понадобятся следующие дополнительные приспособления: калибровочный стенд, подставка для сканера и калибровочный шаблон. Инструкции по сборке подставки и стенда приведены в Приложение D и Приложение E, соответственно. 121

Рис. 8.5: Результаты коррекции Spider

(a) Подставка для сканера на калибровочном шаблоне

(b) Установка на подставку сканера Spider

Рис. 8.6: Приспособления для калибровки 1. Разложите калибровочный шаблон и разместите его на столе или на любой другой плоской и твердой поверхности. 2. Установите подставку для сканера на размеченный на шаблоне участок, обращая внимание на ориентацию установочных отверстий в крышке подставки (см. рис. 8.6a). 3. Разместите сканер на подставке, следя за тем, чтобы три ножки сканера вошли в три соответствующих отверстия подставки (см. рис. 8.6b). 4. Разместите калибровочный стенд на шаблоне, повернув его стороной с нанесенными маркерами к сканеру, как показано на рис. 8.7. 5. Запустите Diagnostic Tool, как написано в Раздел 8.2. Важно! Калибровка должна выполняться после того, как сканер нагреется до оптимальной температуры. 6. Нажмите Start calibration. В открывшемся диалоге введите номер вашего калибровочного стенда (он нанесен на доске). Если температура сканера ниже оптимальной, например, 122

Рис. 8.7: Калибровочный стенд, шаблон и подставка с установленным на ней сканером Spider

Рис. 8.8: Сообщение о прогреве сканер только что подключен к USB-разъему или розетке, то на экране появится сообщение (рис. 8.8). Настоятельно рекомендуется не нажимать кнопку Skip, а подождать, пока сканер достигнет оптимальной температуры. 7. Разместите калибровочный стенд в его исходной позиции на шаблоне таким образом, чтобы передний край основания стенда совпал с линией ≪1≫ на шаблоне. В процессе совмещения следите за положением плоскостей в окне 3D вида: красной (текущее положение) и зеленой (желаемое положение) (рис. 8.9). Как только красная плоскость совпадет с зеленой, прекратите перемещение стенда и дождитесь, пока плоскость не будет снята. 123

Рис. 8.9: Перемещение калибровочного стенда в позицию 1

Рис. 8.10: Оценка результатов калибровки 8. После этого система попросит вас переместить калибровочный стенд в следующую позицию на шаблоне, номер которой будет изображен на экране. Переместите стенд и дождитесь, пока система снимет его. 9. Повторите предыдущий шаг последовательно для оставшихся позиций. 10. По завершении расчетов после съемки позиции ≪11≫ система спросит вас желаете ли вы перезаписать существующую калибровку. Чтобы оценить качество реконструируемой поверхности и проверить ее на отсутствие дырок, направьте сканер плоскую светлую небликующую поверхность с расстояния примерно 200 мм. 11. Если на поверхности нет дырок, и вы удовлетворены результатами реконструкции, нажмите кнопку Yes, apply the calibration. Чтобы сбросить новую калибровку, нажмите кнопку No, keep the old one (рис. 8.10).

124

8.5

Краткие сведения о калибровочных файлах сканера

Результаты калибровки и коррекции записываются в файлы по следующему пути: C:/Users/John/AppData/Artec/Artec Installation Center/Devices/SP.00.00000000 Где John — папка текущего пользователя и SP.00.00000000 — папка, соответствующая серийному номеру сканера. Ниже приведено несколько утверждений относительно процессов калибровки и коррекции. • Применение результатов коррекции ведет к созданию ACD файла. • В результате применения новой калибровки создаются файлы ACD и CORR. • Все созданные файлы имеют структуру имени вида YYYYMMDD_HHMMSS, соответствующую дате и времени создания файла. • Исходные файлы ADD и CORR именуются на основе серийного номера сканера следующим образом: SP.00.00000000.

Важно! Вы можете вернуть исходную калибровку, удалив файлы ACD и CORR с именами вида: 20131121_101010

Важно! Если сканер используется на нескольких компьютерах, нет необходимости повторять калибровку на каждом из них. Достаточно перенести файлы ACD и CORR в соответствующую директорию на каждом компьютере.

125

Приложение A

Кнопки и светодиоды на сканерах Artec Светодиодная индикация В сканеры Artec встроен многоцветный индикатор. Приведенный ниже список поможет понять, в каком состоянии находится сканер. • n Постоянный синий - сканер загружается • yxy Мигающий зеленый - Artec Studio не может определить 3D-сканер • n Постоянный зеленый - сканер подключен к программе и готов к использованию • yxy Мигающий красный - сканер находится в режиме Предпросмотр или отслеживание траектории в режиме Запись прервано • n Постоянный красный - сканер находится в режиме Запись и позиционирование проходит успешно. Аппаратные кнопки Сканеры EVA и Spider оснащены трехпозиционными кнопками:

Рис. A.1: Кнопки на корпусах сканеров: Spider (слева) и EVA (справа) • кнопка - первое однократное нажатие открывает панель Съемка и запускает режим Предпросмотра; второе нажатие — переводит сканер в режим Записи. Последующие нажатия переключают режимы Предпросмотр и Запись. • кнопка - однократное нажатие во время сканирования прекращает процесс съемки, двукратное нажатие, кроме остановки съемки, закрывает панель Съемка.

126

Приложение B

Сканеры EVA: Аппаратная синхронизация Сканер EVA оснащен двумя разъемами, предназначенными для коннекторов 6P6C (RJ12). При создании бандла вы можете соединить между собой несколько сканеров EVA. Ведущим (Master называется устройство, посылающее сигналы следующему за ним ведомому (Slave) устройству. Каждый следующий сканер соединяется с предыдущим последовательно, как показано на рис. B.1. Для соединения можно использовать стандартный телефонный кабель RJ12 6P6C или любой другой со схемой проводов, аналогичной изображенной на рис. B.1. Каждый сканер также должен быть подключен к компьютеру через USB-кабель. Внимание! Соединять между собой можно только сканеры EVA. Не подключайте EVA к телефонной розетке!

Рис. B.1: Схема синхронизации. Порты на корпусе сканера EVA слева и схема проводов в коннекторе 6P6C справа

127

Приложение C

Совмещение сканов: кратко Таблица, приведенная ниже, дает основную информацию по режимам сборки. • колонка Тип скана указывает, какие сканы можно использовать в том или ином режиме • Сканов за опер. — количество сканов, необходимое для работы режима • Для некоторых режимов необходимы наборы точек (маркеров): столбец Маркеров в наборе предписывает, сколько маркеров может быть в одном наборе точек –

≪

–

≪

–

≪

—≫ означает, что маркеры не нужны совсем

0 или 2≫ означает, что указывать точки необязательно, но если указывать, то мин. пару > 1≫ означает, что в наборе может быть неограниченное число точек

Режим Жесткая (точки)

Тип скана любой

Жесткая (сетки)

Жесткая (текстур.)

Жесткая (авто)

Сканов за опер. 2

Маркеров в наборе 2

любой

0 or 2

многокадр. с плохой геометрией многокадр.

0 or 2

любое кол-во

—

Ручное совмещение

любой

—

Нежесткая

модели

0 or 2

С ограничениями

любой

1 (> 2 для моделей)

Таблица C.1: Характеристики режимов сборки

128

Прим. не учитывает геометрию, только координаты учитывает геометрические особенности ресурсоемкая операция хорошая текстура обязательна интерактивный режим деформирует пов-ти и текстуру, нужна предв. сборка точный и гибкий

Приложение D

Сборка подставки для сканера Подставка для сканера поставляется вместе со сканером Spider в разобранном виде и состоит из пяти деталей (см. рис. D.1: двух боковых стенок, передней и боковой стенок (фактически двух одинаковых деталей) и крышки. Перед сборкой разложите эти детали, как показано на рис. D.1.

Рис. D.1: Составные части подставки

1. Поднимите две боковые стенки в вертикальное положение, как показано на рис. D.2a. Обращая внимание на ориентацию T-образных пазов, установите переднюю стенку на две пары крючков боковых стенок. Надавите на переднюю стенку и сдвиньте ее вниз до упора. Убедитесь, что все три стенки располагаются на одном уровне. 2. Аналогичным способом установите заднюю стенку (см. рис. D.2b). 3. Затем, обращая внимание на ориентацию пазов, установите крышку на верхние крючки боковых стенок (см. рис. D.3a).

129

(a)

(b)

Рис. D.2: Монтаж стенок 4. Надавите большими пальцами на крышку в районе T-образных отверстий и сместите ее в направлении к задней стенке до щелчка (см. рис. D.3b).

(a)

(b)

Рис. D.3: Монтаж крышки Теперь подставка для сканера готова к работе. Важно! Чтобы разобрать подставку, освободите защелки в Т-образных пазах в крышке (см. рис. D.1), используя тонкий предмет, например, шариковую ручку. Затем повторите шаги сборки в обратном порядке (с рис. D.3b до рис. D.2a) и с перемещением деталей в противоположных направлениях.

130

Приложение E

Сборка калибровочного стенда Калибровочный стенд поставляется со сканером Spider и состоит из основания и доски. Чтобы собрать стенд, выполните следующие шаги: 1. Прижмите шарнир основания к указательным пальцам. 2. Раскройте створки основания, надавив на их края большими пальцами. 3. Вставьте доску в образовавшуюся щель, как показано на рис. E.1.

Рис. E.1: Сборка калибровочного стенда

131