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Scan in a Box: scanner 3D ad alta precisione e basso costo

Pagina 1: Scan in a Box: scanner 3D ad alta precisione e basso costo

La digitalizzazione 3D sembra essere ormai ovunque, con scanner da usare “a mano” acquistabili su eBay per meno di 300 euro e progetti open source liberamente consultabili da chiunque.

Le scansioni 3D ad alta definizione, però, sono un’altra cosa. Chi vuole un kit professionale per digitalizzare statue, pezzi meccanici di precisione, materiali da studiare e chissà cos’altro, ha bisogno di un livello di dettaglio e, soprattutto, di precisione che è impossibile ipotizzare con prodotti che costano poche centinaia di euro.

Non è un caso che uno scanner 3D professionale abbia costi superiori ai 10.000 euro e possano arrivare agevolmente a 30.000. Per questo, uno scanner di qualità a meno di 3000 euro è sicuramente il benvenuto.

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Nella scatola dello “Scan in a box” si trovano separati tutti quegli elementi che negli scanner professionali sono di solito “inglobati” in una struttura più o meno fissa che danno allo strumento un aspetto fantascientifico. Guardando, invece, i singoli pezzi viene spontaneo, se non si è avvezzi alla tecnologia usata, la domanda “ma è tutto qui?”

Ebbene sì: uno scanner 3D può dare ottimi risultati anche se è composto solo da 2 telecamere da videosorveglianza, un videoproiettore DLP, una barra di metallo e un treppiede, a cui si aggiunge un pannello usato per la calibrazione.

La vera magia, infatti, è nel software, che in questo caso è stato sviluppato interamente dall’azienda italiana Open Technologies, partendo dalla teoria della scansione a luce strutturata. Ma procediamo con ordine e andiamo a vedere cosa si trova nella confezione:

  1. un videoproiettore DLP Asus che viene impiegato per diffondere i pattern luminosi utili per la scansione e la calibrazione del prodotto
  2. due videocamere monocromatiche da videosorveglianza con connessione USB, dotati di obiettivi a focale fissa con regolazioni manuali del fuoco e del diaframma
  3. una barra di metallo su cui montare i tre elementi già descritti
  4. alcuni pannelli con dei pattern composti da piccoli cerchi usati per la calibrazione dello scanner
  5. due astine destinate a reggere i pannelli di calibrazione durante il setup
  6. tutti i cavi necessari al collegamento di proiettore e videocamere al PC.

La procedura di setup

L’idea di Scan in a Box è quella di avere un dispositivo leggero e facilmente trasportabile. Il fatto che sia composto da più componenti "scollegati" tra loro ci porta a dover seguire una procedura di calibrazione in cui posizioniamo ogni elemento al posto giusto e ricostruire un ambiente "misurato" in cui eseguire i rilievi.

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La tecnologia alla base della scansione è detta stereoscopica a "luce strutturata" e si realizza proiettando dei pattern luminosi a strisce man mano più sottili che mettono in evidenza i dettagli dell’oggetto da digitalizzare.

I vari pattern vengono anche "mossi" lungo la superficie dell’oggetto in modo da rilevare le strutture fini, sfruttando il contrasto massimo offerto dalla linea di demarcazione tra una striscia chiara e quella scura.

Il software acquisisce continuamente delle immagini dalle videocamere e, mettendole in relazione, ricostruisce le forme 3D degli oggetti. Si capisce, quindi, che è indispensabile una certa accuratezza nella procedura iniziale, ma durante le nostre prove abbiamo scoperto che non serve una precisione maniacale: il software compensa da solo le imperfezioni.

Assemblare lo scanner

Rendere operativo lo Scan in a Box non è complicato. La prima cosa da fare, è quella di montare sull’asta di metallo il videoproiettore e le due videocamere. Il videoproiettore va posizionato al centro, mentre ai due lati si piazzano le videocamere.

L’asta è graduata perché le due unità video vanno bloccate a distanze diverse a seconda della grandezza degli oggetti da digitalizzare. Una tabella ci fornisce le distanze esatte da usare, mentre la convergenza delle due camere viene effettuata a mano, seguendo le istruzioni a video del software incluso.

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Il setup pronto per la calibrazione. Il pannello serve solo all'inizio, durante il setup, poi viene riposto

Scan in a Box può gestire volumi di scansione che partono da 10x10x10cm per arrivare fino a 50x50x50 e bisogna rifare la calibrazione ogni volta che si vuole usare un volume diverso.

Si potrebbe pensare, quindi, che convenga fare la calibrazione per il volume più ampio e usare sempre quello anche per oggetti piccoli, ma non è così.

La definizione finale del modello 3D digitalizzato, infatti, dipende dalla qualità delle riprese effettuate e dal loro dettaglio: se usiamo un’area troppo grande per un modello di dimensioni contenute, la definizione ne risentirà.

Meglio, quindi, impostare aree adatte al soggetto che andiamo a riprendere, anche perché dopo aver preso la mano alla procedura, la calibrazione si effettua in meno di 15 minuti e il beneficio val bene il tempo speso.

Si sceglie, quindi, il cartoncino di calibrazione relativo al volume di scansione desiderato per poiseguire la procedura del software che si preoccupa di verificare la collimazione delle camere e di prendere 9 immagini del cartoncino da posizioni diverse. Alla fine della nona acquisizione, siamo pronti a digitalizzare tutto quello che vogliamo.