Transform et bilde til en dyvelstangskulptur: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

I dette prosjektet konverterte jeg et bilde av en varmluftsballong til en skulptur av stavstang. Den endelige strukturen er en transformasjon av digital informasjon lagret på et foto til et fysisk 3D -objekt. Jeg konstruerte skulpturen for å visualisere hvordan bilder lagres på datamaskiner, i tillegg til å demonstrere den enorme omfanget av informasjon i bare et enkelt bilde som du ser på en datamaskin. Det ser kult ut også! Denne instruktive vil gå igjennom hvordan du konstruerer en bildebasert dowel rod skulptur av din egen.

Her er den grunnleggende ideen. Hvert digitalt bilde består av mange små firkanter (piksler) med hvert kvadrat tildelt en viss intensitetsverdi. Svært mørke områder på bildet har piksler med lave intensitetsverdier, mens områder som er lyse (f.eks. Ballongen) har høye intensitetsverdier. I skulpturen konverteres intensitetsverdiene for hver piksel i bildet til en dyvelstanghøyde. De lyse områdene har høy høyde, og de mørke områdene har lav høyde.

Skulpturen jeg konstruerte hadde dimensjoner på 82,5 x 123 x 60 cm, og 4230 dyvelstenger (53 rader med 80 kolonner) ble kuttet. Til slutt brukte jeg nesten en halv kilometer med dyvelstenger, men du kan skalere skulpturen din til hvilken størrelse du vil. Dette prosjektet vil kreve litt bildebehandling og snekringskunnskaper. En beskrivelse av den er også oppført på nettstedet mitt: jrbums.com. Takk for at du sjekket det!

Trinn 1: Forsyningsliste

Materialer:

1. 5/16 "x 48" Birch Dowels - å bestemme antallet du trenger er forklart i trinn 3, det vil trolig være flere plugger enn du har bestilt i hele ditt liv (jeg bestilte her: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. ¾”tykk kryssfiner (jeg tror jeg brukte bjørk: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Bjørk-kryssfiner-165921/100077837)

3. Malers tape

4. Elmers trelim

5. Tre kitt

6. Metallrør med 5/16”diameter (for 90 graders boreguide).

7. Glidelåser (For 90 graders boreguide).

8. Billig kryssfiner (for sirkelsagguide)

9,2 x 4 tommer x 96 tommer. Prime Kiln-Tried Whitewood Stud (For sirkelsagguide)

10. Fint sandpapir (rundt 200 - 300 korn)

11. Maling (valgfritt)

Verktøy:

1. Motorbor og 5/16”bor for tre

2. Sirkelsag

3. Kraftsliper

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

5. MATLAB, eller annen programvare for bildebehandling

Bruk sikker trearbeidspraksis under dette prosjektet! Det er massevis av dyvelstenger som skal kuttes, så du må være veldig fokusert og ta mange pauser

Trinn 2: Transformere et 2D -bilde til en 3D -modell

For å bestemme lengden på dyvelstengene i skulpturen, må du gjøre litt bildebehandling. Jeg brukte Matlab og postet koden i trinn 3 i denne instruksen. Du kan også bruke et annet bildebehandlingsprogram.

For å visualisere transformasjonen fra RGB til intensitet, har jeg en video vist ovenfor. En falsk fargekart brukes for å vise bildets intensitet (rødt er høy intensitet og blått er lav intensitet). Den andre videoen som er lagt ut ovenfor, viser transformasjonen fra et 2D -intensitetsbilde til et 3D -objekt.

Laster inn bildet

Bildet av varmluftsballongen ble lastet inn i Matlab og konvertert til et gråtonebilde. Her er koden for å gjøre dette i Matlab:

A = imread ('ball.jpg'); % last inn bildet i matlab

A = rgb2gray (A); % konverter RGB til gråtoner

A = dobbel (A)/maks (dobbel (A (:))); % normalisere gråtonebildet og konvertere til dobbelt

Nedsampling av bildet

Den opprinnelige dimensjonen til bildet var 2572 x 3873, mange til mange dyvler for å kutte for hånd (med mindre du vil bli gal!). Derfor blir bildet nedsamplet, så det er mye færre piksler, og derfor mye færre pluggstang å kutte. Jeg brukte også et romlig filter for å jevne ut bildet slik at strukturen skulle virke mer kontinuerlig. Til slutt normaliseres bildet slik at maksimal intensitet er 1.

A = størrelse (A, 0,0205); % resample bildet til 2,05% av størrelsen på det opprinnelige bildet

A = medfilt2 (A); % glatt bilde

A = dobbel (A)/maks (dobbel (A (:))); % normalisere gråtonebildet og konvertere til dobbelt

Konvertering til dyvelstanglengde

På dette tidspunktet er bildet lagret som en 53 x 80 matrise med verdier fra 0 til 1. For å konvertere denne matrisen til en som består av dyvelstanglengder, multipliserer du den med maksimal høyde du vil ha dowel -skulpturen din. Jeg valgte 60 cm for min. Du må deretter legge til litt ekstra lengde på dyvelen for å skyve dyvelstangen inn i brettet. Dette sikrer også at kappestangskuttene ikke var for små. Jeg satte dette til 2,5 cm.

AmaxH = 60; % Maksimal skulpturhøyde (i cm)

drillDepth = 2,54; % Ekstra lengde lagt til dyvelstenger slik at den kan skyves inn i brettet (1 tomme)

Lengde = A.*AmaxH; % Flere bildematriser med maks høyde for å konvertere bildematrisen til dyvelstanglengden

Alength = Lengde+drillDepth; Legg til boredybde

I denne delen av prosjektet vil du bestemme hvor stor du vil at skulpturen skal være. Du kan justere skalaen til nedprøven (justere skalaen i størrelse) og maksimal dyvelhøyde. Kostnad og hvor lang tid du vil ta på prosjektet bør vurderes når du skalerer. Selv skulpturen på 53 x 80 piksler jeg konstruerte, krevde 4240 dyvelstenger! Dette prosjektet tok lengre tid enn jeg trodde det ville, og jeg skulle ønske at jeg hadde tatt mer tid med å vurdere hvor mye jeg skulle nedprøve bildet.

Trinn 3: Bestemmelse av antall trommelstenger som trengs

I dette prosjektet er det mange dowel stang kutt av variabel lengde. Derfor fant jeg ut en algoritme som minimerer antall dyvelstenger du må bestille. Etter at du har behandlet bildet, vet du lengden på kuttene du må gjøre. Du vet også lengden på dyvelstangen som kan bestilles (i mitt tilfelle var de 4 fot dyvelstenger). Jeg brukte en numerisk metode for å løse dette problemet.

Algoritmen min går gjennom kolonner i bildet og legger til høyder. Hvis neste høyde i bildet overstiger lengden på pluggene som kan bestilles (litt mindre enn 4 fot for å ta hensyn til klippingen), hoppes det over. Denne prosessen fortsetter til 4 fot er nådd eller når du sykler gjennom hele bildet. Det opprettes deretter en datastruktur som angir lengden på kuttene som gjøres for hver dybelstang du bestiller, samt plasseringen av det stykket i bildet. Denne tilnærmingen bidrar til å holde kuttene på en dyvelstang nær hverandre for ikke å blande dem sammen. Det er ikke den mest effektive og ikke en eksakt løsning, men det fungerer.

Videoen vist ovenfor forklarer hvordan minimeringsalgoritmen fungerer og hvordan dataene lagres og vises. Kode for behandling av bildet, minimering av kappestengene og visning av utgangen er vedlagt.

Her er et sammendrag for skulderstangen min:

Bilde dimensjoner: 53 x 80

Antall kutt: 4240

Total lengde på stavstang brukt: 76847 cm

Du må kjøpe 646 dyvelstenger med enhetslengde 119,92 cm

Trinn 4: Opprette Pegboard for skulpturen

Skjær kryssfiner med en sirkelsag eller bordsag. Dimensjonene må samsvare med antall piksler du har og avstanden du ønsker. For eksempel hadde jeg 53 x 80 piksler og ønsket mellomrom på rundt 1,5 cm, så kryssfiner ble kuttet til 82,5 x 123 cm.

53*1,5 + 1,5*2 = 82,5 cm (1,5*2 er for kantlinjen)

80*1,5 + 1,5*2 = 123 cm

Ved hjelp av den justerbare T-ruten tegnet jeg linjer for alle radene og kolonnene som skulle være i skulpturen. Jeg konstruerte deretter enheten designet av Izzy Swan for å bore 90 graders hull i kryssfiner. Her er en lenke til videoen han la ut. Denne enheten fungerte veldig bra for borte rette hull med samme dybde over hele brettet. Eventuelle dårlige merker som ble igjen på brettet ble deretter ryddet opp ved hjelp av kitt.

Et valgfritt trinn er å male brettet. Jeg gjorde dette for å dekke til noen av kitt og dårlige flekker. Maleriet er av konturlinjene i dette bildet. I den siste skulpturen er det vanskelig å se dette maleriet på grunn av tettheten av dyvelstenger.

Trinn 5: Skjæring av mange dyvelstenger

I neste del av prosjektet må du kutte mange dyvelstenger og holde oversikt over posisjonen. Jeg bestemte meg for å kutte fem dyvelstenger om gangen (jeg vil referere til dette som en bunt med dyvelstenger). Skjærealgoritmen som jeg opprettet viser lengden som hver dybel i bunten må kuttes (se bildet). Jeg målte denne avstanden med en linjal og merket den med et stykke malertape som var fullstendig viklet rundt pluggen. Dette er viktig fordi det forhindrer at dyvelstangen splintrer når den kuttes med sirkelsagen. Bunten med dyvelstenger justeres deretter for å kuttes med sagen.

Jeg designet en treholder av billig kryssfiner og 2x4 -er som gjorde at bunten med dyvelstenger kunne hvile i en spalte. Vinkelrett på denne spalten var en føring for sirkelsagen. Med dyvlene festet på plass med tape, faller sirkelsagen langs føringen for å kutte alle dyvler i bunten samtidig. Dyvlene er deretter merket slik at du vet hvor dyvelstengene skal plasseres i tappeplaten. Kuttnummeret var alt som var nødvendig fordi den faktiske posisjonen er lagret i programmet jeg opprettet. Denne prosedyren gjentas til alle kuttene er fullført i bunten, og deretter blir fem nye dyvelstenger kuttet. Fordi det er så mange kutt, er det veldig viktig å holde fokus og ta mange pauser. Videoen ovenfor beskriver også hele prosessen.

Til slutt er det massevis av dyvler som skal plasseres i brettet, så det er avgjørende å bruke et etikettsystem som er lett å huske. Bildet ovenfor viser bare halvparten av dyvlene som er kuttet i dette prosjektet!

Trinn 6: Plassering av dyvelstenger i brettet

Du har offisielt et tonnevis av dyvelstenger kuttet. For effektivt å plassere dem i brettet, kan det være nyttig å lage noen midlertidige holdeplater av den billige kryssfiner. På et av bildene kan du se et midlertidig holdebrett som tilsvarte rundt fem eller så kolonner i tappebrettet.

De kappede stavene ble pakket ut og enden ble slipt med fint sandpapir. Denne jobben er flott å dele med en villig venn. Det er en sann test av vennskap. Etter at vennen din har hjulpet, må du lage mat til dem eller hjelpe dem med et annet byggeprosjekt.

Etter sliping flyttes dyvelstavene til det midlertidige holdebordet. Merkingskonvensjonen og utdataene fra Matlab -programmet brukes til å plassere hver plugg i riktig posisjon. En klatt trelim tilsettes langs kantene på rundt fem hull langs en kolonne i tappeplaten. De tilsvarende fem pluggene plasseres deretter i brettet. Du kan bruke en hammer for å drive dyvelstengene helt inn i brettet.

Grunnen til å justere flere dyvelstenger om gangen er å sørge for at pluggene "var fornuftige" i posisjonen de ble plassert. Hvis en plugg ser for liten eller for kort ut, kan du dobbeltsjekke programmet for lengden som skal være i den posisjonen. Du må kanskje kutte dyvler på nytt, eller du kan justere hvor langt du driver dyvelstangen inn i brettet.

Jeg gjentok denne plasseringen og justeringen av dyvelstenger for rundt tre kolonner om gangen. Jeg har også designet og 3D -trykt et justeringsverktøy som gikk på enden av dyvelstengene, så det var lettere å sikre at dyvelstengene var rette når trelimet tørket. Du kan se denne adapteren brukes på et av bildene. En STL -fil for denne adapteren er vedlagt. Det kan hende du må redesigne avhengig av diameteren på spydestangen og avstanden.

Trinn 7: Ferdig struktur og noen råd

Når du er ferdig med å plassere og justere alle dyvelstengene i tappeplaten, er skulpturen din fullført! Vist ovenfor er noen flere bilder av dyvelstangskulpturen som jeg konstruerte. For det meste er jeg fornøyd med sluttresultatene. Imidlertid er det noen få råd jeg har til alle som tenker på å gjøre et lignende prosjekt:

1. Vurder å gjøre mindre dimensjoner enn denne strukturen (53 x 80). Dette prosjektet var en eksplosjon i planleggingsfasen, og var ganske meditativ etter at alle knekkene var utarbeidet. Imidlertid ble det manuelle arbeidet monotont noen ganger. Det tok meg også lang tid å fullføre, rundt to år etter dagen jeg fant ut ideen!

2. Bruk tykkere dowel stenger og/eller gjør maksimal høyde på dowel stang skulptur kortere. Selv med justeringsverktøyet hadde jeg problemer med å holde dyvelstengene godt justert. Stang med større diameter eller kortere høyder ville ha hjulpet.

3. Bruk et treverk av høyere kvalitet enn kryssfiner til pinnebordet på skulpturen. Under skulpturen er det sprekker fra hamring av dyvelstengene for langt inn i brettet.

4. Ikke bruk mye tid på å male tavlen; dyvelstenger dekker det meste av det uansett.

5. Be venner om hjelp! Sliping av 4000 dyvelstenger er en merkelig oppgave å fullføre, så hvorfor ikke dele den med noen få gode venner.

Lykke til!