Przekształć obraz w rzeźbę z kołka: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

W tym projekcie przekształciłem obraz balonu na ogrzane powietrze w rzeźbę z pręta. Ostateczna struktura to przekształcenie informacji cyfrowych zapisanych na zdjęciu w fizyczny obiekt 3D. Skonstruowałem rzeźbę, aby pomóc zwizualizować sposób przechowywania obrazów na komputerach, a także zademonstrować ogromną skalę informacji w jednym obrazie, który widzisz na komputerze. Wygląda też fajnie! Ten instruktaż wyjaśni, jak zbudować własną rzeźbę pręta do kołków opartą na obrazie.

Oto podstawowa idea. Każdy obraz cyfrowy składa się z wielu maleńkich kwadratów (pikseli), przy czym każdemu kwadratowi przypisana jest pewna wartość intensywności. Bardzo ciemne obszary na zdjęciu mają piksele o niskich wartościach natężenia, podczas gdy obszary jasne (np. balon) mają wysokie wartości natężenia. W rzeźbie wartości intensywności w każdym pikselu obrazu są konwertowane na wysokość pręta. Jasne regiony mają wysoką wysokość, a ciemne regiony mają niską wysokość.

Skonstruowana przeze mnie rzeźba miała wymiary 82,5 x 123 x 60 cm, a wycięto 4230 kołków (53 rzędy na 80 kolumn). W końcu użyłem prętów do kołków o wartości prawie pół mili, ale możesz przeskalować swoją rzeźbę do dowolnego rozmiaru. Ten projekt będzie wymagał pewnych umiejętności obróbki obrazu i stolarstwa. Jej opis znajduje się również na mojej stronie internetowej: jrbums.com. Dzięki za sprawdzenie!

Krok 1: Lista dostaw

Materiały:

1. Kołki brzozowe 5/16" x 48" – określanie potrzebnej liczby jest wyjaśnione w kroku 3, prawdopodobnie będzie to więcej prętów do kołków niż zamówiłeś w całym swoim życiu (zamówiłem tutaj: https://www. cincinnatiwel.com/)

2. Gruba sklejka” (chyba użyłam brzozowej: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -sklejka brzozowa-165921/100077837)

3. Taśma malarska

4. Klej do drewna Elmer

5. Szpachlówka do drewna

6. Rury metalowe o średnicy 5/16” (do prowadnicy wiertła 90 stopni).

7. Opaski na suwak (do prowadnicy wiertła 90 stopni).

8. Tania sklejka (do prowadnicy piły tarczowej)

9. 2 cale x 4 cale x 96 cali Prime Suszony w piecu kołek z białego drewna (do prowadnicy piły tarczowej)

10. Drobny papier ścierny (o ziarnistości około 200 - 300)

11. Farba (opcjonalnie)

Narzędzia:

1. Wiertarka i wiertło 5/16” do drewna

2. Piła tarczowa

3. Szlifierka elektryczna

4. Regulowany T-Square (https://www.homedepot.com/p/Empire-48-in-Adjustable-T-Square-419-48/100653520)

5. MATLAB lub inne oprogramowanie do przetwarzania obrazu

Prosimy o stosowanie bezpiecznej praktyki obróbki drewna podczas tego projektu! Do wycięcia jest mnóstwo kołków, więc musisz być bardzo skoncentrowany i robić dużo przerw

Krok 2: Przekształcenie obrazu 2D w model 3D

Aby określić długość prętów w rzeźbie, będziesz musiał przeprowadzić obróbkę obrazu. Użyłem Matlaba i opublikowałem kod w kroku 3 tej instrukcji. Możesz również użyć innego programu do przetwarzania obrazu.

Aby zwizualizować transformację z RGB na intensywność, mam wideo pokazane powyżej. Fałszywa mapa kolorów jest używana do wyświetlania intensywności obrazu (czerwony to wysoka intensywność, a niebieski to niska intensywność). Drugie wideo zamieszczone powyżej pokazuje transformację z obrazu intensywności 2D do obiektu 3D.

Ładowanie obrazu

Obraz balonu na ogrzane powietrze został załadowany do Matlaba i przekonwertowany na obraz w skali szarości. Oto kod, który to zrobi w Matlab:

A = imread('piłka.jpg'); % załaduj obraz do programu Matlab

A = rgb2szary(A); % konwersji RGB na skalę szarości

A = podwójne(A)/max(podwójne(A(:))); % znormalizuj obraz w skali szarości i przekonwertuj na podwójną

Próbkowanie obrazu w dół

Pierwotny wymiar obrazu to 2572 x 3873, droga do wielu kołków do wycinania ręcznie (chyba, że chcesz zwariować!). W związku z tym obraz jest próbkowany w dół, więc jest znacznie mniej pikseli, a zatem znacznie mniej prętów do przycinania. Użyłem również filtra przestrzennego, aby wygładzić obraz, aby struktura wyglądała na bardziej ciągłą. Na koniec obraz zostaje znormalizowany tak, aby maksymalna intensywność wynosiła 1.

A = imresize(A, 0,0205); % ponownie próbkuj obraz do 2,05% rozmiaru oryginalnego obrazu

A = medfilt2(A); % gładki obraz

A = podwójne(A)/max(podwójne(A(:))); % znormalizuj obraz w skali szarości i przekonwertuj na podwójną

Konwersja na długość pręta na kołki

W tym momencie obraz jest przechowywany jako macierz 53 x 80 z wartościami od 0 do 1. Aby przekonwertować tę macierz na macierz składającą się z długości pręta, mnożysz ją przez maksymalną wysokość, jaką chcesz mieć rzeźba z kołkami. Na moje wybrałem 60 cm. Następnie należy dodać trochę dodatkowej długości do kołka, aby wcisnąć pręt do kołka w deskę. Zapewnia to również, że nacięcia na kołki nie były zbyt małe. Ustawiłem to na 2,5 cm (1 cal).

AmaksH=60; % Maksymalna wysokość rzeźby (w cm)

głębokość wiercenia=2,54; % Dodatkowa długość dodana do kołków, aby można je było wcisnąć w deskę (1 cal)

Adługość=A.*AmaxH; % Matryca wielu obrazów według maksymalnej wysokości, aby przekonwertować macierz obrazu na długość pręta na kołki

Adługość=Długość+głębokość wiercenia; % Dodaj głębokość wiercenia

W tej części projektu zdecydujesz, jak duża ma być rzeźba. Możesz dostosować skalę próbkowania (dostosuj skalę w imresize) i maksymalną wysokość kołka. Przy wyborze skalowania należy wziąć pod uwagę koszt i czas realizacji projektu. Nawet skonstruowana przeze mnie rzeźba o wymiarach 53 x 80 pikseli wymagała wycięcia 4240 prętów! Ten projekt trwał znacznie dłużej, niż się spodziewałem, i żałowałem, że nie poświęciłem więcej czasu na rozważenie, jak bardzo zmniejszyć próbkowanie obrazu.

Krok 3: Określanie liczby potrzebnych prętów ustalających

W tym projekcie istnieje wiele cięć prętów kołkowych o różnej długości. Dlatego wymyśliłem algorytm, który minimalizuje liczbę kołków, które trzeba zamówić. Po przetworzeniu obrazu poznasz długości cięć, które musisz wykonać. Znasz również długość pręta na kołek, który można zamówić (w moim przypadku były to pręty o długości 4 stóp). Do rozwiązania tego problemu użyłem metody numerycznej.

Mój algorytm przechodzi przez kolumny na obrazie i sumuje wysokości. Jeśli następna wysokość na obrazku przekracza długość kołków, które można zamówić (nieco mniej niż 4 stopy, aby uwzględnić przycięcie), jest ona pomijana. Ten proces jest kontynuowany aż do osiągnięcia 4 stóp lub gdy przejdziesz przez cały obraz. Następnie tworzona jest struktura danych, która określa długość nacięć wykonywanych dla każdego zamówionego pręta, a także położenie tego elementu na obrazie. Takie podejście pomaga utrzymać blisko siebie nacięcia jednego pręta, aby ich nie pomylić. Nie jest to najskuteczniejsze i nie dokładne rozwiązanie, ale działa.

Film pokazany powyżej wyjaśnia, jak działa algorytm minimalizacji oraz jak dane są przechowywane i wyświetlane. W załączniku znajduje się kod do przetwarzania obrazu, minimalizacji wycinania kołków i wyświetlania wyników.

Oto podsumowanie mojej rzeźby z pręta do kołków:

Wymiary obrazu: 53 x 80

Liczba cięć: 4240

Całkowita długość użytego pręta na kołki: 76847 cm

Musisz kupić 646 prętów do kołków o długości jednostkowej 119,92 cm

Krok 4: Tworzenie Pegboard dla Rzeźby

Wytnij sklejkę piłą tarczową lub piłą stołową. Wymiary muszą pasować do liczby pikseli i pożądanego odstępu. Na przykład miałem 53 x 80 pikseli i chciałem, aby rozstaw wynosił około 1,5 cm, więc sklejka została przycięta do 82,5 na 123 cm.

53*1.5 + 1.5*2 = 82.5 cm (1.5*2 to granica)

80*1.5 + 1.5*2 = 123 cm

Używając regulowanego T-kwadratu, narysowałem linie dla wszystkich rzędów i kolumn, które będą w rzeźbie. Następnie skonstruowałem urządzenie zaprojektowane przez Izzy Swan, aby wywiercić w sklejce otwór pod kątem 90 stopni. Oto link do zamieszczonego przez niego filmu. To urządzenie sprawdziło się bardzo dobrze w przypadku wywierconych prostych otworów o tej samej głębokości na całej planszy. Wszelkie złe ślady pozostawione na desce zostały następnie wyczyszczone za pomocą szpachli do drewna.

Opcjonalnym krokiem jest pomalowanie deski. Zrobiłem to, aby ukryć niektóre kity i złe miejsca. Obraz ma kontury tego obrazu. W ostatecznej rzeźbie trudno zobaczyć ten obraz ze względu na gęstość prętów do kołków.

Krok 5: Cięcie wielu prętów do kołków

W dalszej części projektu będziesz musiał wyciąć wiele prętów do kołków i śledzić ich położenie. Zdecydowałem się wyciąć pięć prętów do kołków naraz (nazywam to wiązką prętów). Stworzony przeze mnie algorytm cięcia wyświetla długość, na jaką należy wyciąć każdy kołek w wiązce (patrz zdjęcie). Zmierzyłem tę odległość linijką i zaznaczyłem kawałkiem taśmy malarskiej, która całkowicie owinęła się wokół kołka. Jest to ważne, ponieważ zapobiega odpryskom pręta ustalającego podczas cięcia piłą tarczową. Wiązka prętów ustalających jest następnie ustawiana w celu przecięcia piłą.

Zaprojektowałem drewniany uchwyt z taniej sklejki i 2x4, który pozwalał, aby wiązka kołków spoczywała w szczelinie. Prostopadle do tej szczeliny była prowadnica piły tarczowej. Gdy kołki są zabezpieczone taśmą, piła tarczowa jest opuszczana wzdłuż prowadnicy, aby od razu przeciąć wszystkie kołki w wiązce. Kołki są następnie oznaczane, abyś wiedział, gdzie zostaną umieszczone pręty do kołków w tablicy. Numer cięcia był wszystkim, co było wymagane, ponieważ rzeczywista pozycja jest przechowywana w programie, który stworzyłem. Procedurę tę powtarza się, aż wszystkie cięcia w wiązce zostaną zakończone, a następnie wyciętych zostanie pięć nowych kołków. Ponieważ jest tak wiele cięć, bardzo ważne jest, aby pozostać skoncentrowanym i robić dużo przerw. Powyższy film opisuje również cały proces.

W końcu do umieszczenia w desce jest tona kołków, więc bardzo ważne jest stosowanie łatwego do zapamiętania systemu etykietowania. Powyższy obrazek pokazuje tylko połowę kołków wyciętych w tym projekcie!

Krok 6: Umieszczanie kołków w desce

Oficjalnie masz TONĘ ciętych prętów do kołków. Aby sprawnie umieścić je w desce, może być przydatne stworzenie kilku tymczasowych desek z taniej sklejki. Na jednym ze zdjęć można zobaczyć tymczasową tablicę do trzymania, która odpowiadała około pięciu kolumnom na tablicy.

Wycięte pręty kołkowe zostały rozpakowane, a koniec wyszlifowany drobnym papierem ściernym. Ta praca jest świetna do dzielenia się z chętnym przyjacielem. To prawdziwy test przyjaźni. Po tym, jak twój przyjaciel pomoże, musisz ugotować mu obiad lub pomóc mu w innym projekcie DIY.

Po wyszlifowaniu pręty ustalające są przenoszone na tymczasową płytę mocującą. Konwencja etykietowania i dane wyjściowe programu Matlab służą do umieszczania każdego kołka we właściwej pozycji. Odrobina kleju do drewna jest dodawana wzdłuż krawędzi około pięciu otworów wzdłuż kolumny w tablicy. Odpowiednie pięć kołków umieszcza się następnie na planszy. Możesz użyć młotka, aby całkowicie wbić kołki w deskę.

Powodem wyrównywania kilku prętów ustalających na raz jest upewnienie się, że kołki „mają sens” w pozycji, w której zostały umieszczone. Jeśli kołek wydaje się za mały lub za krótki, możesz dwukrotnie sprawdzić program pod kątem długości, która powinna znajdować się w tej pozycji. Być może będziesz musiał ponownie dociąć kołki lub możesz dostosować, jak daleko wbijesz pręt do deski.

Powtórzyłem to umieszczenie i wyrównanie prętów ustalających dla około trzech kolumn naraz. Zaprojektowałem również i wydrukowałem w 3D narzędzie do wyrównywania, które znajdowało się na końcu prętów, dzięki czemu łatwiej było upewnić się, że pręty są proste po wyschnięciu kleju do drewna. Możesz zobaczyć ten adapter w użyciu na jednym ze zdjęć. Załączono plik STL dla tego adaptera. Może być konieczne przeprojektowanie w zależności od średnicy pręta i rozstawu.

Krok 7: Gotowa struktura i kilka porad

Gdy skończysz umieszczać i ustawiać wszystkie pręty do kołków w tablicy, twoja rzeźba jest gotowa! Powyżej pokazano jeszcze kilka zdjęć rzeźby pręta do kołków, którą zbudowałem. W większości jestem zadowolony z efektów końcowych. Mam jednak kilka rad dla każdego, kto myśli o zrobieniu podobnego projektu:

1. Rozważ wykonanie mniejszych wymiarów niż ta konstrukcja (53 x 80). Ten projekt był strzałem w dziesiątkę na etapie planowania i był dość medytacyjny po opracowaniu wszystkich załamań. Jednak praca fizyczna czasami stawała się monotonna. Zajęło mi też dużo czasu, około dwóch lat od dnia, w którym wpadłem na ten pomysł!

2. Użyj grubszych prętów i/lub skróć maksymalną wysokość rzeźby pręta. Nawet z narzędziem do wyrównywania miałem trudności z utrzymaniem dobrze wyrównanych prętów. Pomogłyby pręty do kołków o większej średnicy lub mniejsze wysokości.

3. Użyj kawałka drewna wyższej jakości niż sklejka do podstawy rzeźby z pegboardu. Pod rzeźbą są pęknięcia od zbyt głębokiego wbicia kołków w deskę.

4. Nie zabieraj dużo czasu na malowanie pegboard; pręty do kołków i tak pokrywają większość tego.

5. Poproś przyjaciół o pomoc! Szlifowanie 4000 prętów do kołków to dziwne zadanie, więc dlaczego nie podzielić się nim z kilkoma dobrymi przyjaciółmi.

Powodzenia!