1. Per iniziare...
2. Calibrazione Telecamera
3. Scansione 3D Laser
4. Shape Fusion
5. Domande frequenti (FAQ)
6. Consigli generali

Quale è il significato del nome “DAVID”?
Trattasi solamente di un nome ispirato al mito, emblematicamente scelto in quanto trattasi di un piccolo ma potente software che si fa notare tra tanti altri Golia…

Come funziona DAVID?
Il testo esplicativo del concetto alla base del software è stato pubblicato come atto del convegno del ”German Association for Pattern Recognition” (DAGM, Deutsche Arbeitsgemeinschaft für Mustererkennung) e può essere liberamente scaricato qui: Low-Cost Laser Range Scanner and Fast Surface Registration Approach (il testo è interamente in lingua inglese).

C'è un Forum di DAVID?
Si! Non esitate a porre domande, rispondere e contribuire con i vostri commenti, pareri ed esperienze: Forum

Quanto precisi sono i risultati delle scansioni?
i risultati che otterrete sono sorprendetemente buoni! Certamente questo dipende dal vostro hardware e dalle condizioni di scansione (distanza della telecamera, dimensione dell'oggetto, condizioni di illuminazione, angolo di triangolazione, qualità del sistema di calibrazione…). Nel nostro sistema di scansione abbiamo usato: una telecamera non economica a scala di grigi, un laser da 5 mW, un oggetto alto circa 50 mm, una distanza della telecamera dall'oggetto di circa 600 mm e un angolo di triangolazione di 30°. Abbiamo ottenuto errori inferiori a 0.4 mm. In generale, gli errori non sono superiori all' 1% della distanza della telecamera.
Nota bene: se si esegue correttamente la calibrazione della telecamera, non solo i dati 3D rappresenteranno correttamente la forma dell'oggetto, ma avranno lo stesso fattore di scala dell'originale! Ci sono molte cose che influenzano la qualità della scansione.

• Per quanto concerne la telecamera:
  • che abbia il minore disturbo dell'immagine possibile;
  • alta fotosensibilità;
  • telecamera in bianco e nero invece di una a colori (i pixels dei colori sono interpolati - si ottengono comunque ottimi risultati anche con telecamere a colori e si possono acquisire anche le texture);
  • alta risoluzione d'immagine (influenza principalmente la qualità di risoluzione della mesh);
  • qualità delle lenti, dell'ottica della telecamera (lenti in vetro sono migliori di quelle plastiche).
• Per quanto concerne il laser:
  • linea laser il più possibile sottile –> meglio con possibilità di regolare la messa a fuoco;
  • che sia più chiara possibile;
  • che dia una linea perfettamente dritta e continua;
  • a luce rossa e/o verde se usate una telecamera a colori (perchè DAVID puà usare i canali rosso e verde - se la telecamera è b/n la cosa importante è che la linea sia luminosa, non interessa il colore).
• Per quanto concerne l'angolo di calibrazione:
  • i due pannelli devono formare un preciso angolo di 90 gradi;
  • la carta con i simboli marcatori non deve essere ondulata ma perfettamente piana e lisca (la cosa migliore è incollare i fogli ai pannelli).

Quale risoluzione della mesh (numero di poligoni) è possibile avere con una webcam?
Otterrete un vertice della mesh per ogni pixel ripreso dalla telecamera. Se si usa, ad esempio, una webcam a 1.3 megapixel e se i dati di profondità dell'oggetto (la parte che avete scannerizzato) coprono 1/3 dell'area di ripresa video, otterrete approssimativamente 450.000 vertici. Ma ricordate: la risoluzione della mesh e la sua precisone sono due cose differenti.

Quale telecamera / laser viene raccomandato?
Prima di comprare strumentazioni costose, suggeriamo di eseguire i vostri primi esperimenti con hardware economico e valutare se questo sia già sufficiente per i vostri scopi. Se riscontrate dei problemi, prima di cambiare gli strumenti, cercate di perfezionare il più possibile il vostro sistema di scansione (parametri della telecamera, luminosità dell'ambiente in cui state scannerizzando, colore del fondale, colore dell'oggetto, precisione dell'angolo di calibrazione).

• LASER: Necessiterete di un laser costoso (alta potenza) solo se non riuscite ad oscurare sufficentemente l'ambiente di scansione, o se scannerizzate oggetti molto scuri o se avete troppo disturbo nella lettura della linea luminosa (es.: Speckle effect) e non bastano i settaggi della telecamera (esposizione, apertura diaframma …). Dovrete inoltre evitare un'eccessiva differenza di illuminazione e colore tra l'oggetto e i pannelli di sfondo; se non è possibile rendere l'oggetto più chiaro, usate uno sfondo scuro. Noi usiamo un laser da 5 mW con un modulo lineare di 30° e/o 60°. Usiamo anche un laser economico da 10 €. Quest'ultimo si dimostra sufficiente in ambienti non troppo luminosi e oggetti non troppo scuri!

• TELECAMERA: L'alta risoluzione non è la cosa più importante! (l'assenza di disturbi e interferenze della telecamera e laser sono più importanti). La risoluzione della telecamera dipende dalla forma degli oggetti che volete scannerizzare. Solo i dettagli più minuti e fini richiedono alte risoluzioni di acquisizione. Ricordate come avviene la creazione di dati 3D: per ogni pixel avremo un punto 3D. Con una telecamera con risoluzione 640*480, sistemata in modo che l'oggetto copra circa 300*350 pixels, avrete, circa, 100.000 punti 3D, soltanto nel lato dell'oggetto scannerizzato! Probabilmente, nella maggior parte dei casi, questi sono valori sufficienti. Usando una telecamera Firewire a scala di grigi (bianco e nero) per i nostri tests, siamo rimasti soddisfatti con una risoluzione di 640*480. Abbiamo provato anche una webcam a 640*480, costata 20 €. Con quest'ultima i risultati sono peggiori, certamente, ma potrebbero essere considerati buoni in molti casi, a seconda di ciò che si deve fare.

• OTTICA: Nonostante la calibrazione della telecamera compensi la distorsione ottica lineare e non lineare, un buon sistema di lenti miglioreranno decisamente la precisione. Non sono ancora stati fatti tests di comparazione tra lenti, ma i risultati visibili nel forum e nella Wiki gallery dimostrano che ad hardware migliori corrispondono risultati mgliori.

• GENERALE: Non dimenticate che dovete proporzionare i vostri settaggi e componenti in relazione alle condizioni che avete. Per esempio non vi servirà una telecamera troppo precisa se avete una linea laser tropo spessa! E una buona ottica non aiuterà se il vostro angolo di calibrazione non è stato costruito precisamente!

La calibrazione và a buon fine, ma non ottengo nessun dato 3D durante la scansione. Invece, appare il messaggio “LINEA LASER NON RILEVATA”. Cosa sto sbagliando?
DAVID non riesce a leggere la linea laser nell'immagine. Ci possono essere varie ragioni per cui questo avviene:

• REGOLAZIONE DELL'IMMAGINE: i parametri di luminosità devono essere drasticamente diminuiti nella fase di scansione, rispetto alla precedente fase di calibrazione. Nella finestra di “3D Laser Scanning”, menu “1.Iniziare scansione”, è possibile visualizzare la ripresa video su cui sta operando DAVID, semplicemente selezionando “Mostra video”. Provate a confontare la vostra qualità d'immagine con quella presente in questa nostra guida online. Probabilmente dovrete diminuire il tempo di esposizione, o l'apertura del diaframma, o modificare le condizione di luce nell'ambiente in cui state lavorando.
  • La linea laser deve essere chiaramente visibile: sull'angolo di calibrazione nella parte destra e sinistra dell'immagine e sull'oggetto, al centro.
  • Il resto dell'immagine deve essere il più possibile scuro o, meglio, completamente nero. Se il buio completo non è possibile, le condizioni di luce devono essere costanti (non ci devono essere luci neon che sfarfallano, luci che si accendono e spengono, cambiamenti di luce/ombra nella ripresa video).

• GEOMETRIA:
  • La linea laser si deve estendere dal bordo sinistro a quello destro dell'immagine;
  • I pannelli del fondale devono formare un perfetto angolo di 90 gradi;
  • I fogli con i marcatori devono essere ben posizionati e attaccati ai pannelli del fondale.

Durante la scannerizzazione si presenta il messaggio di errore “ANGOLO DI INTERSEZIONE TROPPO BASSO!”. Che significa?
Dovrete tenere il laser in un'altra posizione (nella maggior parte dei casi: basterà tenerlo più in alto, distante dalla telecamera). DAVID calcola le coordinate 3D valutando l'intersezione del piano laser con i “raggi visuali” che attraversano, idealmente, la telecamera (ovvero la direttrice tra punto di vista e punto dell'orizzonte). Questo spiga perchè il laser non deve essere posizionato troppo vicino alla telecamera.

La mia scansione è molto frastagliata, piena di ondulazioni. Come posso diminuire questo problemat?
Le ondulazioni e le sporcature sono generalmente causate dai riflessi del laser sulla superficie. Provate a ridurre l'esposizione della telecamera / l'apertura del diaframma / la luminosità… fino a che sia visibile soltanto una sottile e pulita linea laser (senza riflessi). E' possibile ridurre ulteriormente il “rumore” della mesh, usando il comando di smussatura, magari aumentandone il valore. Se questo non sortisce gli effetti voluti, basterà rivestire il vostro oggetto con colori opachi, ad esempio con colori ad acqua facilmente rimovibili e polvere bianca (come il talco e il borotalco).

Come posso scannerizzare oggetti molto grandi o molto piccoli?
Teoricamente, è possibile scalare l'intero assetto di scansione (marcatori e pannelli) come si vuole. Per oggetti grandi necessiterete di un grande pannello di calibrazione e grandi marcatori, oltre che ad un laser abbastanza potente e luminoso (n.d. Mattia: “Per una parete grande, ci vuole un pennello grande!”). In caso di oggetti piccoli, un piccolo sistema di pannelli ed una ridotta distanza tra telecamera e oggetto richiederà un laser che dia una linea molto sottile.
Nota: Invece di usare 2 muri come sfondo, potrete avvalervi di una sola parete e del pavimento. Pavimento e parete formano (con buona approssimazione) un angolo di 90°, creando così un buon angolo di calibrazione. Ovviamente dovrete ruotare la telecamera e il laser di 90°, in modo da avere sempre le stesse condizioni standard di scansione….

Come posso scannerizzare oggetti scuri?
Scannerizzare oggetti scuri è cosa ardua, difficile. Dovreste rivestire con colori opachi e/o polvere la superficie degli oggetti scuri. Se questo non è possibile, forse il seguente consiglio può aiutare (non per oggetti completamente scuri, ovviamente): il problema è che solo una piccola parte della luminosità del laser sarà riflessa dall'oggetto scuro. Dovreste aumentare l'apertura del diaframma della telecamera e aumentare i tempi di esposizione → adesso il laser sarà sufficientemente riflesso dall'oggetto, ma il fondale risulterà troppo chiaro! → la telecamera sarà sovrasaturata (immagine sovraesposta), la luce laser sarà troppo grossolana, non sarà rilevata e così → la scansione non funzionerà. Così noi proponiamo di sostituire il fondale con pannelli scuri (scuri circa quanto l'oggetto stesso). Ovviamente deve avere la stessa struttura del pannello di calibrazione, così potreste usare marcatori chiari su carta scura. O usare la funzione “Inverti” nella finestra di calibrazione e usare marcatori bianchi su pannelli neri.

Posso scannerizzare persone con gli occhi aperti?
Vi avvisiamo di NON tentare di scannerizzare con il laser il viso di una persona che abbia gli occhi aperti!! Troverete importanti avvisi in merito alla sicurezza nell'uso del laser nelle confezioni e precauzioni allegate al laser stesso! La cosa migliore è scannerizzare i visi con gli occhi chiusi e poi modificare la mesh con un software di editing 3D. Le differenze tra la forma degli occhi chiusi e aperti non è così eccessiva. Le maggiori differenze risiedono nella definizione della texture, ma per catturare una foto del viso non necessitate dell'uso del laser.

E' possibile scannerizzare senza i pannelli di sfondo?
Si, questo è possibile dalla versione 2.2. Comunque, in questo caso, non potrete muovere il laser a mano, ma avrete bisogno di un sistema meccanico per muovere il laser (es.: un motore passo-passo o un proiettore video); un sistema motorizzato è in grado di ripetere lo stesso movimento con precisione. This possibility is descriped in detail here.

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