Marker Net สำหรับ 3D Scanner ช่วยให้ง่ายและรวดเร็วต่อการสแกน

ตาข่าย marker เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์มากในการสแกน 3 มิติ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อสแกนวัตถุที่มีพื้นผิวเรียบ ไม่มีลักษณะเด่น หรือมีรูปทรงซ้ำๆ กัน ผมว่าผู้ใช้งานหลายๆ คนน่าจะเคยเจอปัญหาที่เกิดจากการใช้สแกนเนอร์อย่างเช่น เลเซยอร์สแกนเนอร์ที่ต้องต้องใช้ marker เป็นจุดอ้างอิงให้สแกนเนอร์ทำงานได้ราบลื่นชึ้นและเพิ่มความแม่นยำ โดยจะขออธิบายว่าทำไมถึงจะต้องใช้ marker ตามรายละเอียดด้านล่าง

• การจัดตำแหน่งข้อมูล (Data Alignment) ; เครื่องสแกนเนอร์ จะเก็บข้อมูลเป็นจุดหรือเส้น ทำให้การสร้างโมเดล 3 มิติ ที่สมบูรณ์ต้องอาศัยการรวมข้อมูลจากหลายมุมมอง ซึ่ง Marker จะทำหน้าที่เป็นจุดอ้างอิง ทำให้ซอฟต์แวร์สามารถจัดตำแหน่งข้อมูลที่สแกนมาได้อย่างแม่นยำ ป้องกันการเกิดข้อผิดพลาดในการรวมข้อมูล

  

• การระบุตำแหน่งและทิศทาง (Position and Orientation) ; Marker ช่วยให้ซอฟต์แวร์ทราบถึงตำแหน่ง และทิศทางของวัตถุที่สแกน ทำให้สามารถสร้างโมเดล 3 มิติที่มีขนาดและรูปร่างที่ถูกต้องได้

  

• การสแกนวัตถุที่มีพื้นผิวเรียบหรือซ้ำๆ ; วัตถุที่มีพื้นผิวเรียบ หรือมีลวดลายซ้ำๆ จะทำให้เครื่องสแกนเลเซอร์จับจุดอ้างอิงได้ยาก อย่างเช่น เฟอร์นิเจอร์ รถยนต์ โต๊ะ เป็นต้น ดังนั้น Marker จะช่วยเพิ่มจุดอ้างอิงให้กับวัตถุ ทำให้การสแกนมีความแม่นยำมากขึ้น

  

• การเพิ่มความแม่นยำในการวัด (Measurement Accuracy) ; จะเห็นได้มากในเครืื่องสแกนเนอร์ที่มีความแม่นยำสูงมากๆ ที่ใช้กันในอุตสาหกรรมการผลิดต่าง เพื่อวัดหรือตรวจสอบคุณภาพของวัถตุที่ได้จาการผลิตนั้นๆ ให้ได้คุณภาพตามที่กำหนดไว้ และ Marker จะช่วยลดข้อผิดพลาดในการวัดขนาด และระยะทางของวัตถุ ทำให้โมเดล 3 มิติ ที่ได้มีความแม่นยำสูงมาก

  

ด้วยเหตุผลจากด้านบนทางผมก็คิดว่าเราน่าจะทำเครื่องมือสักชื้นที่มาเป็นตัวช่วยในการสแกนให้มีความรวดเร็วมากขึ้น เนื่องจากบางทีถ้าเราติด marker นั้นจะต้องใช้เวลาค่อนข้างมากบางเครื่องอาจจะติด marker ได้ห่างแตกต่างกัน marker ที่มีใช้กันทั่วไปนั้นจะเป็นแบบสติกเกอร์ที่เมื่อติดแล้วจะต้องแกะทิ้งเลย ทำให้เกิดเป็นวัสดุสิ้นเปลืองเช่นกัน ดังนั้นผมจะทำ ตาข่าย marker ขึ้นมาอาจจะดหมาะสมกับชิ้นงานบางลักษณะนะครับ เพราะขนาดที่ผมทำขึ้นมานั้นอยู่ที่ 120 x 150 cm. เนื่องจากถ้าขนาดใหญ่มากๆ จะใช้งานยากก็น่าจะมีเห็นอยู่แล้วว่าตาข่ายก็มีโอกาสที่จะพันกันได้ตอนที่เราเก็บหลังจากการใช้งาน อาจจะไม่สะดวกตอนที่จะแกะออกมาใช้งานดังนั้นจึงไม่ควรทำขนาดใหญ่มากๆ และลองค้นหาตามเว็ปต่างประเทศนั้นมีขายนะครับแต่ราคาก็แพงอยู่เหมือนกัน ประมาณ 20,000 บาท เดี๋ยวเราของมาทำความรู้จักตาข่าย marker กันก่อนดีกว่าครับ ว่าคืออะไรทำงานยังไง

ทำไมถึงต้องใช้ตาข่าย marker?

• ช่วยในการจัดแนว : เมื่อสแกนวัตถุจากหลายมุมมอง การใช้ marker จะช่วยให้ซอฟต์แวร์สามารถจัดแนวข้อมูลที่สแกนมาได้อย่างแม่นยำ
• เพิ่มความแม่นยำ : marker ช่วยลดข้อผิดพลาดในการสแกนและทำให้โมเดล 3 มิติที่ได้มีความแม่นยำมากขึ้น
• ทำให้การสแกนเร็วขึ้น : การใช้ตาข่าย marker ช่วยลดเวลาในการเตรียมวัตถุและการประมวลผลข้อมูล

ตาข่าย marker ทำงานอย่างไร?

ตาข่าย marker โดยทั่วไปจะเป็นแผ่นที่มีจุดหรือสัญลักษณ์ที่ชัดเจน เมื่อสแกนวัตถุ ซอฟต์แวร์จะตรวจจับ marker เหล่านี้และใช้เป็นจุดอ้างอิงในการสร้างโมเดล 3 มิติ ระยะห่างของตาข่ายแนะนำอยู่ที่ 50-250 mm. แล้วแต่เครื่องสแกนเนอร์ที่เรามีใช้งานอยู่ว่าสามารถตรวจจับ marker ได้ระยะห่างเท่าไหร่กันบ้าง ถ้าของทางที่เราจำหน่ายนั้นจะมีดังนี้

• Raptor ระยะห่างของ marker ที่เหมาะสมอยุ่ที่ =  40 mm.
• Raptor Pro/ Raptor X ระยะห่างของ marker ที่เหมาะสมอยุ่ที่ =  100 mm.
• FreeScan Combo/Combo+ ระยะห่างของ marker ที่เหมาะสมอยุ่ที่ =  200-250 mm.
• Einscan HX2 ระยะห่างของ marker ที่เหมาะสมอยุ่ที่ =  150 mm.
• Einscan Pro series ระยะห่างของ marker ที่เหมาะสมอยุ่ที่ =  100-150 mm.

คุณสมบัติที่ดีของตาข่าย marker

• ความแม่นยำ: marker ต้องมีตำแหน่งที่แม่นยำและมีขนาดที่สม่ำเสมอ
• ความทนทาน: ตาข่ายต้องทนทานต่อการใช้งานซ้ำๆ
• ความยืดหยุ่น: ตาข่ายควรมีความยืดหยุ่นเพื่อให้สามารถปรับให้เข้ากับรูปทรงของวัตถุได้

ขั้นตอนการทำตาข่าย Marker

วัสดุ และอุปกรณ์อะไรบ้าง (งบประมาณ 600 บาท)

1. สติ๊กเกอร์ Marker ;  จำนวน 120 ดวง (ราคาประมาณ 200 บาท)
2. กระดุมติดตาข่าย ;  จำนวน 120 อัน “ออกแบบและปริ้นจาก 3D Printer” (ราคาประมาณ 20 บาท)
3. กาวร้อน ;  จำนวน 1 ขวด (ราคา 20 บาท)
4. ตาข่ายเชือก/เอ็นไนลอน ; จำนวน 1 ผืน “ขนาดความห่างตาข่าย 150×150 mm.” (ราคา 60 บาท)
5. แม่เหล็ก ; ขนาด 6×2 mm. จำนวน 120 อัน (ราคา 300 บาท)

ออกแบบกระดุมติดตาข่าย

• การอออกแบบหมุดที่เอาไปล็อกที่ตาข่าย และติด marker ผมได้ทำการออกแบบจากซอฟแวร์ EXModel หรือทุกคนอาจจะใช้ซอฟแวร์ที่ตามถนัดกันได้เลยนะครับ ขนาดที่ออกแบบอยู่ที่ 11×7 mm.

• นำไฟล์ที่ได้จาการออกแบบมาพปริ้นท์ด้วย 3D Printer ผมใช้เครื่อง Flashforge Adventurer 5X การปริ้นท์ต่อ 1 รอบจะได้ 50 ชิ้นใช้เวลาประมาณ 1 ชั่วโมงนิดๆ พลาสติกที่ใช้เป็น PLA

การประกอบ Marker Net (กระดุม + แม่เหล็ก + Marker)

• นำพลาสติกที่ได้ปริ้นท์ไว้มาใส่แม่เหล็กโดยการใช้กาวร้อนเป็นตัวยึดให้แน่น หรือบางคนอาจจะใช้ปืนกาวก็ได้นะครับ แล้วส่วนที่ด้านบนของกระดุม ให้นำสติ๊กเกอร์ marker มาติด

การประกอบ Marker Net + ตาข่าย

• นำกระดุมที่ได้ทำการประกอบแม่เหล็กกับสติ๊กเกอร์แล้วมาประกอบเข้ากับตาข่าย ให้ประกอบเข้ามที่ตรงปมของตาข่ายโดยที่เม็ดกระดุมจะมีล่องๆ ให้สาบของตาข่ายลงไปได้ จากนั้นนำฝาด้านบนของเม็ดกระดุมมาประกบเข้ากันแล้วให้ใช้กาวร้อนหยอดเข้าไปด้วยเพียงเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าเม็ดกระดุมด้านบนและด้านล่างติดกันแน่น ระหว่างใช้งานไม่หลุดออก

• เมื่อทำเสร็จตรงขอบอาจจะเสริมเชือกเข้าไปหน่อยเพื่อให้ง่ายต่อการแกะออกมาใช้งาน อันนี้คือหลังจากที่เราทำทุกอย่างเสร็จหมดแล้วจะได้แบบนี้

ขั้นตอนการทดสอบใช้งานกับการสแกนงานจริงด้วย Creality Raptor X

ผมได้ลองนพชิ้นงานที่มีผิวเรียบและมีรูปทรงที่ซ้ำกัน ถ้าไม่ติด marker อาจจะทำให้ซอฟต์แวร์ของสแกนเนอร์ไม่สามารถ alignment ตัว point cloud ได้ เนื่องจากไม่มีส่วนที่ตกแตกต่างกัน พอดีชิ้นงานนี้ไม่ได้เป็นโลหะเลยจะไม่ได้ใช้แม่เหล็กในการทำให้ marker net ตึง

• นำชิ้นงานมาวางและจากนั้นกษรกางตาข่ายและคลุมลงไปอาจจะจัดให้ marker อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม ส่วนที่ชิ้นงานถ้าจะต้องการสแกนทั้ง 2 ด้านอาจจะติด marker ที่บนชิ้นงานด้านข้าง 3-4 ดวงเพื่อใช้ในการ marge การสแกนทั้ง 2 ด้านเข้าหากันครับ

เริ่มทำการสแกน marker ก่อน จากนั้นแล้วค่อยสแกนเก็บผิวของชิ้นงาน 3D Scanner ที่ใช้เป็นรุ่น Creality Raptor X ค่าที่ตั้งไว้อยู่ที 0.2 การสแกนโดยใช้ marker net สามารถทำได้ดีแต่ส่วนตัวคิดว่าตาข่ายอันนี้มาตาที่ค่อนข้างห่างไปหน่อย ซึ่ง Creality Raptor X จะมีระยะห่างของ marker ที่เหมาะสมอยู่ที่ 100 mm. แต่ตาข่ายอันนี้อยู่ที่ 150 mm. ถ้าเป็นสแกนเนอร์ของ Shining FreeScan Combo จะเหมาะสมอย่างมาก

ผลลัพธ์ที่ได้จากการสแกนทำได้ดีในระดับหนังแต่ที่ผิวด้านบนอาจจะทำได้ไม่ดีมากและผิวที่อยู่ด้านในของล้อ อาจจะมาจากที่ marker ค่อนข้างหากไปหน่อยผิวที่ด้านบนเลยมี marker น้อยไปครับ

ผิวของ Mesh ที่ได้จากการสแกนและได้ merge ทั้ง 2 ด้านเรียบร้อยแล้ว ตอนนี้ก่อนจะเข้ากระบวนการนี้อาจจะต้องทำการลบส่วนเกินมาจาก marker net นิดหน่อยนะครับ แต่ส่วนที่เป็นเชือกนั้นซอฟต์แวร์จะทำการลบออกให้เอง่อนข้างดีเพราะเชือกมีผิวที่เล็กมากๆ แต่เชือกส่วนที่ติดกับวัตถุนั้นจะไม่สามารถลบออกโดยซอฟต์แวร์ได้ จะต้องลบแบบในเครื่องมือแมนนวลเองครับ

 

วีดีโอการสแกน และการทำ Marker Net