Преобразование изображения в скульптуру из дюбеля: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

В этом проекте я преобразовал изображение воздушного шара в скульптуру из дюбеля. Окончательная структура - это преобразование цифровой информации, хранящейся на фотографии, в физический трехмерный объект. Я сконструировал скульптуру, чтобы помочь визуализировать, как изображения хранятся на компьютерах, а также продемонстрировать огромный объем информации всего на одной картинке, которую вы видите на компьютере. Смотрится тоже круто! В этом руководстве будет рассказано, как создать собственную скульптуру из дюбеля на основе изображения.

Вот основная идея. Каждое цифровое изображение состоит из множества крошечных квадратов (пикселей), каждому квадрату присвоено определенное значение интенсивности. Очень темные области на фотографии имеют пиксели с низкими значениями интенсивности, в то время как яркие области (например, воздушный шар) имеют высокие значения интенсивности. В скульптуре значения интенсивности в каждом пикселе изображения преобразуются в высоту стержня дюбеля. Яркие области имеют большую высоту, а темные области - низкую.

Скульптура, которую я построил, имела размеры 82,5 х 123 х 60 см, и было вырезано 4230 дюбелей (53 ряда на 80 столбцов). В конце концов, я использовал дюбели на полмили, но вы можете масштабировать свою скульптуру до любого размера. Этот проект потребует некоторых навыков обработки изображений и столярных работ. Его описание также есть на моем сайте: jrbums.com. Спасибо за проверку его!

Шаг 1: Список материалов

Материалы:

1. Березовые дюбели 5/16 "x 48" - определение количества, которое вам понадобится, объясняется в шаге 3, вероятно, это будет больше дюбелей, чем вы заказали за всю свою жизнь (я заказал здесь: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. Толстая фанера ¾ дюйма (кажется, я использовал березу: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Береза-Фанера-165921/100077837)

3. Малярная лента.

4. Столярный клей Элмера.

5. Шпаклевка для дерева.

6. Металлическая трубка диаметром 5/16 дюйма (для направляющей сверла на 90 градусов).

7. Застежки-молнии (для направляющей сверла на 90 градусов).

8. Дешевая фанера (для направляющей циркулярной пилы)

9. 2 дюйма x 4 дюйма x 96 дюймов. Сушеный в печи гвоздь из белого дерева (для направляющей циркулярной пилы)

10. Мелкая наждачная бумага (зернистость около 200 - 300).

11. Краска (по желанию)

Инструменты:

1. Электродрель и сверло 5/16 дюйма по дереву.

2. Циркулярная пила

3. Шлифовальная машинка.

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

5. MATLAB или другое программное обеспечение для обработки изображений.

Пожалуйста, используйте безопасные методы деревообработки во время этого проекта! Предстоит разрезать тонну дюбелей, поэтому вы должны быть очень сосредоточены и делать много перерывов

Шаг 2: преобразование 2D-изображения в 3D-модель

Чтобы определить длину дюбелей в скульптуре, вам нужно будет обработать изображение. Я использовал Matlab и разместил код на шаге 3 этой инструкции. Вы также можете использовать другую программу для обработки изображений.

Чтобы наглядно представить переход от RGB к интенсивности, у меня есть видео, показанное выше. Для отображения интенсивности изображения используется ложная палитра (красный - высокая интенсивность, синий - низкая интенсивность). Другое видео, размещенное выше, показывает преобразование 2D-изображения интенсивности в 3D-объект.

Загрузка изображения

Изображение воздушного шара было загружено в Matlab и преобразовано в изображение в градациях серого. Вот код для этого в Matlab:

A = imread ('ball.jpg'); % загрузить изображение в Matlab

А = rgb2gray (А); % преобразовать RGB в оттенки серого

A = двойной (A) / макс (двойной (A (:))); % нормализовать изображение в оттенках серого и преобразовать в двойное

Понижение разрешения изображения

Исходный размер изображения был 2572 x 3873, много дюбелей нужно вырезать вручную (если вы не хотите сходить с ума!). Таким образом, изображение подвергается субдискретизации, поэтому в нем гораздо меньше пикселей и, следовательно, гораздо меньше дюбелей, которые нужно вырезать. Я также использовал пространственный фильтр, чтобы сгладить изображение, чтобы структура выглядела более непрерывной. Наконец, изображение нормализуется так, чтобы максимальная интенсивность была равна 1.

А = безразмерный (А, 0,0205); % передискретизировать изображение до 2,05% от размера исходного изображения

A = medfilt2 (A); % гладкое изображение

A = двойной (A) / макс (двойной (A (:))); % нормализовать изображение в оттенках серого и преобразовать в двойное

Преобразование в длину дюбеля

На этом этапе изображение сохраняется в виде матрицы 53 x 80 со значениями от 0 до 1. Чтобы преобразовать эту матрицу в матрицу, состоящую из длин дюбелей, вы умножаете ее на максимальную высоту, которую вы хотите, чтобы ваша скульптура дюбелей была. Для своего выбрал 60 см. Затем вам нужно увеличить длину дюбеля, чтобы вставить стержень в доску. Это также гарантирует, что прорези дюбелей не будут слишком маленькими. Я установил его на 2,5 см (1 дюйм).

AmaxH = 60; % Максимальная высота скульптуры (в см)

DrillDepth = 2,54; % Дополнительная длина добавлена к дюбелям, чтобы их можно было вставить в доску (1 дюйм)

Alength = A. * AmaxH; % Матрица нескольких изображений по максимальной высоте для преобразования матрицы изображения в длину стержня дюбеля

Alength = Alength + DrillDepth; % Добавить глубину сверления

В этой части проекта вы решите, насколько большой вы хотите, чтобы скульптура была. Вы можете отрегулировать масштаб субдискретизации (отрегулировать масштаб в безразмерном масштабе) и максимальную высоту дюбеля. При выборе масштабирования следует учитывать стоимость и продолжительность проекта. Даже для скульптуры размером 53 x 80 пикселей, которую я построил, потребовалось вырезать 4240 дюбелей! Этот проект занял намного больше времени, чем я ожидал, и мне хотелось, чтобы я потратил больше времени на то, чтобы обдумывать, насколько уменьшить разрешение изображения.

Шаг 3: Определение количества необходимых дюбелей

В этом проекте много нарезок дюбелей переменной длины. Поэтому я придумал алгоритм, который сводит к минимуму количество дюбелей, которые нужно заказывать. После обработки изображения вы будете знать длину надрезов, которую вам нужно сделать. Вам также известна длина дюбеля, который можно заказать (в моем случае это были 4-футовые дюбели). Я использовал численный метод для решения этой задачи.

Мой алгоритм перебирает столбцы на изображении и складывает высоты. Если следующая высота на изображении превышает длину заказываемых дюбелей (чуть меньше 4 футов с учетом обрезки), то она пропускается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута отметка 4 фута или пока вы не пройдете через все изображение. Затем создается структура данных, в которой указывается длина надрезов, сделанных для каждого заказанного вами дюбеля, а также расположение этой детали на изображении. Такой подход помогает держать срезы одного дюбеля близко друг к другу, чтобы не перепутать их. Это не самое эффективное и не точное решение, но оно работает.

Видео, показанное выше, объясняет, как работает алгоритм минимизации и как данные хранятся и отображаются. Код для обработки изображения, минимизации вырезания дюбелей и отображения вывода прилагается.

Вот краткое изложение моей скульптуры из дюбеля:

Размеры изображения: 53 x 80

Количество резов: 4240

Общая длина используемого дюбеля: 76847 см.

Вам необходимо купить 646 дюбелей с длиной блока 119,92 см.

Шаг 4: Создание перфорированной доски для скульптуры

Разрежьте фанеру циркулярной или настольной пилой. Размеры должны соответствовать количеству пикселей, которые у вас есть, и желаемому интервалу. Например, у меня было 53 x 80 пикселей, и мне нужно было расстояние около 1,5 см, поэтому фанера была обрезана до 82,5 на 123 см.

53 * 1,5 + 1,5 * 2 = 82,5 см (1,5 * 2 для границы)

80 * 1,5 + 1,5 * 2 = 123 см

Используя регулируемый Т-образный квадрат, я нарисовал линии для всех строк и столбцов, которые должны были быть в скульптуре. Затем я сконструировал устройство, разработанное Иззи Свон, чтобы просверлить в фанере отверстие под углом 90 градусов. Вот ссылка на опубликованное им видео. Это устройство очень хорошо справлялось с просверливанием прямых отверстий одинаковой глубины по всей плате. Любые плохие следы, оставленные на доске, были удалены с помощью шпатлевки для дерева.

Необязательный шаг - покрасить доску. Я сделал это, чтобы скрыть некоторые замазки и плохие места. Картина представляет собой контурные линии этого изображения. В финальной скульптуре эту картину сложно увидеть из-за плотности дюбелей.

Шаг 5: нарезание большого количества дюбелей

В следующей части проекта вам придется вырезать множество дюбелей и следить за их положением. Я решил вырезать по пять дюбелей за раз (назову это связкой дюбелей). Созданный мной алгоритм резки отображает длину, на которую нужно разрезать каждый дюбель в связке (см. Рисунок). Я измерил это расстояние линейкой и пометил его куском малярной ленты, полностью намотавшейся на дюбель. Это важно, потому что это предотвращает раскалывание стержня дюбеля при резке дисковой пилой. Затем связка дюбелей выравнивается для резки пилой.

Я спроектировал деревянный держатель из дешевой фанеры и 2х4, который позволил связке дюбелей располагаться в прорези. Перпендикулярно этому пазу находилась направляющая для циркулярной пилы. Закрепив дюбели лентой, дисковую пилу опускают по направляющей, чтобы разрезать все дюбели в связке сразу. Затем дюбели маркируются, чтобы вы знали, где дюбели будут размещены в перфорированной плите. Номер разреза - это все, что требовалось, потому что фактическое положение сохраняется в программе, которую я создал. Эта процедура повторяется до тех пор, пока не будут выполнены все разрезы в связке, а затем будут разрезаны пять новых дюбелей. Поскольку сокращений так много, очень важно сохранять сосредоточенность и делать много перерывов. Видео выше также описывает весь процесс.

В конце концов, в доску нужно разместить тонну дюбелей, поэтому очень важно использовать легко запоминающуюся систему маркировки. На изображении выше показана только половина дюбелей, вырезанных в этом проекте!

Шаг 6: установка дюбелей в доску

У вас официально есть ТОННА нарезанных дюбелей. Чтобы эффективно разместить их в доске, может быть полезно сделать несколько временных удерживающих досок из дешевой фанеры. На одной из картинок вы можете увидеть временную удерживающую доску, которая соответствует примерно пяти столбцам на колышковой доске.

Нарезанные дюбели были распакованы и конец зашлифован мелкой наждачной бумагой. Замечательно поделиться этой работой с готовым другом. Это настоящее испытание дружбы. После того, как ваш друг поможет, вы должны приготовить ему ужин или помочь ему с другим проектом DIY.

После шлифовки дюбели перемещаются на временную удерживающую доску. Соглашение о маркировке и вывод программы Matlab используются для размещения каждого дюбеля в правильном положении. Нанесите немного столярного клея по краям примерно пяти отверстий вдоль колонны в перфорированной доске. Затем в доску устанавливаются соответствующие пять дюбелей. Можно использовать молоток для полного вбивания дюбелей в доску.

Причина одновременного выравнивания нескольких дюбелей заключается в том, чтобы убедиться, что дюбели «имеют смысл» в том положении, в котором они были размещены. Если дюбель кажется слишком маленьким или слишком коротким, вы можете дважды проверить программу на длину, которая должна быть в этом положении. Возможно, вам придется повторно нарезать дюбели или вы можете отрегулировать глубину вбивания дюбеля в доску.

Я повторил это размещение и выравнивание дюбелей примерно для трех столбцов за раз. Я также спроектировал и напечатал на 3D-принтере инструмент для выравнивания, который вставлялся в конец дюбелей, чтобы было легче гарантировать, что дюбели будут прямыми, когда клей для дерева высохнет. Вы можете увидеть, как этот адаптер используется на одной из фотографий. Файл STL для этого адаптера прилагается. Возможно, вам придется изменить конструкцию в зависимости от диаметра дюбеля и расстояния между ними.

Шаг 7: Готовая структура и некоторые советы

Как только вы закончите размещать и совмещать все дюбели с перфорированной доской, ваша скульптура готова! Выше показаны еще несколько фотографий скульптуры из стержня дюбеля, которую я построил. По большей части я доволен конечными результатами. Тем не менее, есть несколько советов, которые я могу дать всем, кто задумывается о подобном проекте:

1. Подумайте о том, чтобы сделать меньшие размеры, чем эта конструкция (53 x 80). Этот проект произвел фурор на стадии планирования и был довольно медитативным после того, как были устранены все нюансы. Однако ручной труд иногда становился однообразным. Это также заняло у меня очень много времени, примерно через два года после того, как я задумал идею!

2. Используйте более толстые дюбели и / или уменьшите максимальную высоту скульптуры дюбелей. Даже с помощью приспособления для выравнивания мне было трудно удерживать установочные стержни в правильном положении. Помогли бы дюбели большего диаметра или меньшей высоты.

3. Для основы скульптуры используйте кусок дерева более высокого качества, чем фанеру. Под скульптурой - трещины от забивания дюбелей слишком глубоко в доску.

4. Не тратьте много времени на покраску перфорированной доски; дюбели в любом случае покрывают большую его часть.

5. Просите друзей о помощи! Шлифовка 4000 дюбелей - непростая задача, так почему бы не поделиться ею с несколькими хорошими друзьями.

Удачи!