Transformeer een afbeelding in een deuvelstaafsculptuur - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

In dit project heb ik een afbeelding van een heteluchtballon omgezet in een deuvelstaafsculptuur. De uiteindelijke structuur is een transformatie van digitale informatie die is opgeslagen in een foto naar een fysiek 3D-object. Ik heb de sculptuur geconstrueerd om te visualiseren hoe afbeeldingen worden opgeslagen op computers, en om de enorme hoeveelheid informatie te demonstreren in slechts één enkele afbeelding die je op een computer ziet. Het ziet er ook gaaf uit! Deze instructable zal doornemen hoe u een op afbeeldingen gebaseerde deuvelstaafsculptuur van uw eigen kunt maken.

Hier is het basisidee. Elk digitaal beeld bestaat uit vele kleine vierkantjes (pixels) waarbij aan elk vierkant een bepaalde intensiteitswaarde is toegewezen. Zeer donkere gebieden in de foto hebben pixels met lage intensiteitswaarden, terwijl gebieden die helder zijn (bijvoorbeeld de ballon) hoge intensiteitswaarden hebben. In de sculptuur worden de intensiteitswaarden bij elke pixel in het beeld omgezet naar een deuvelstaafhoogte. De lichte gebieden hebben een hoge hoogte en de donkere gebieden hebben een lage hoogte.

De sculptuur die ik maakte had afmetingen van 82,5 x 123 x 60 cm en er waren 4230 deuvelstaven (53 rijen bij 80 kolommen) uitgesneden. Uiteindelijk heb ik bijna 1/2 mijl aan deuvelstaven gebruikt, maar je kunt je sculptuur schalen naar elke gewenste maat. Dit project vereist enige vaardigheden op het gebied van beeldverwerking en timmerwerk. Een beschrijving ervan staat ook op mijn website: jrbums.com. Bedankt voor het controleren!

Stap 1: Bevoorradingslijst

Materialen:

1. 5/16" x 48" berken deuvels - het bepalen van het aantal dat u nodig heeft, wordt uitgelegd in stap 3, het zullen waarschijnlijk meer deuvelstangen zijn dan u in uw hele leven hebt besteld (ik heb hier besteld: https://www. cincinnatidowel.com/)

2. ¾ dik multiplex (ik denk dat ik berken heb gebruikt: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -berken-multiplex-165921/100077837)

3. Schilderstape

4. Elmer's houtlijm

5. Houtplamuur

6. Metalen buizen met een diameter van 5/16” (voor 90 graden boorgeleider).

7. Ritssluitingen (voor 90 graden boorgeleider).

8. Goedkoop triplex (voor cirkelzaaggids)

9. 2 inch x 4 inch. x 96 inch Prime In de oven gedroogd vurenhout Stud (voor cirkelzaaggeleider)

10. Fijn schuurpapier (ongeveer 200 - 300 grit)

11. Verf (optioneel)

Gereedschap:

1. Boormachine en 5/16 boor voor hout

2. Cirkelzaag

3. Krachtschuurmachine

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

5. MATLAB of een andere beeldverwerkingssoftware

Gebruik veilige houtbewerkingspraktijken tijdens dit project! Er zijn een heleboel deuvelstangen die moeten worden gesneden, dus je moet erg gefocust zijn en veel pauzes nemen

Stap 2: Een 2D-afbeelding omzetten in een 3D-model

Om de lengtes van de deuvelstangen in het beeld te bepalen, zul je enige beeldbewerking moeten doen. Ik gebruikte Matlab en plaatste de code in stap 3 van deze instructable. U kunt ook een ander softwareprogramma voor beeldverwerking gebruiken.

Om de transformatie van RGB naar intensiteit te visualiseren, heb ik hierboven een video getoond. Er wordt een valse kleurenkaart gebruikt om de intensiteit van het beeld weer te geven (rood is een hoge intensiteit en blauw is een lage intensiteit). De andere video die hierboven is gepost, toont de transformatie van een 2D-intensiteitsbeeld naar een 3D-object.

De afbeelding laden

Het beeld van de heteluchtballon werd in Matlab geladen en geconverteerd naar een grijsschaalbeeld. Hier is de code om dit in Matlab te doen:

A = imread('ball.jpg'); % afbeelding laden in matlab

A = rgb2gray(A); % zet RGB om in grijswaarden

A = dubbel(A)/max(dubbel(A(:))); % normaliseer de grijswaardenafbeelding en converteer naar dubbel

De afbeelding downsamplen

De oorspronkelijke afmeting van de afbeelding was 2572 x 3873, veel te veel deuvels om met de hand te snijden (tenzij je gek wilt worden!). Daarom wordt het beeld gedownsampled, zodat er veel minder pixels zijn, en dus veel minder deuvel om te snijden. Ik heb ook een ruimtelijk filter gebruikt om het beeld glad te strijken, zodat de structuur meer continu lijkt. Ten slotte wordt het beeld genormaliseerd zodat de maximale intensiteit 1 is.

A = imresize (A, 0,0205); % resample afbeelding naar 2,05% van de grootte van de originele afbeelding

A = medfilt2(A); % vloeiende afbeelding

A = dubbel(A)/max(dubbel(A(:))); % normaliseer de grijswaardenafbeelding en converteer naar dubbel

Omrekenen naar deuvelstanglengte

Op dit punt wordt de afbeelding opgeslagen als een matrix van 53 x 80 met waarden van 0 tot 1. Om deze matrix te converteren naar een matrix bestaande uit deuvelstanglengtes, vermenigvuldigt u deze met de maximale hoogte die u wilt dat uw deuvelsculptuur heeft. Ik koos 60 cm voor de mijne. U moet dan wat extra lengte aan de deuvel toevoegen om de deuvelstang in het bord te duwen. Dit zorgt er ook voor dat de inkepingen van de deuvelstang niet te klein waren. Ik heb dit ingesteld op 2,5 cm (1 inch).

AmaxH=60; % Max. hoogte sculptuur (in cm)

boordiepte = 2,54; % Extra lengte toegevoegd aan deuvelstangen zodat deze in het bord kan worden geduwd (1 inch)

Alengte=A.*AmaxH; % Meerdere afbeeldingsmatrix op maximale hoogte om afbeeldingsmatrix om te zetten in deuvelstaaflengte

Alength=Alength+boorDiepte; % Boordiepte toevoegen

In dit deel van het project bepaal je zelf hoe groot je het beeld wilt hebben. U kunt de schaal van de downsample aanpassen (schaal aanpassen in imresize), en de maximale deuvelhoogte. Bij het selecteren van de schaal moet rekening worden gehouden met de kosten en hoe lang u het project wilt uitvoeren. Zelfs de sculptuur van 53 x 80 pixels die ik maakte, vereiste het snijden van 4240 deuvelstaven! Dit project duurde veel langer dan ik had gedacht, en ik wenste dat ik meer tijd had genomen om na te denken over de hoeveelheid downsampling van de afbeelding.

Stap 3: Het aantal benodigde deuvelstangen bepalen

In dit project zijn er veel deuvelstanguitsparingen van variabele lengte. Daarom bedacht ik een algoritme dat het aantal deuvelstaven dat je moet bestellen tot een minimum beperkt. Na het verwerken van de afbeelding weet u de lengtes van de sneden die u moet maken. U weet ook de lengte van de deuvelstang die kan worden besteld (in mijn geval waren het deuvelstangen van 4 voet). Ik heb een numerieke methode gebruikt om dit probleem op te lossen.

Mijn algoritme bladert door kolommen in de afbeelding en telt de hoogten op. Als de volgende hoogte in de afbeelding groter is dan de lengte van de deuvels die kunnen worden besteld (iets minder dan 1,20 meter om rekening te houden met snijden), wordt deze overgeslagen. Dit proces wordt voortgezet tot 1,20 meter is bereikt of wanneer u door het hele beeld fietst. Vervolgens wordt een gegevensstructuur gemaakt die de lengte van de sneden specificeert die worden gemaakt voor elke deuvelstang die u bestelt, evenals de locatie van dat stuk in de afbeelding. Deze aanpak helpt om de sneden van een deuvelstaaf dicht bij elkaar te houden om ze niet door elkaar te halen. Het is niet de meest efficiënte en ook geen exacte oplossing, maar het werkt.

In de bovenstaande video wordt uitgelegd hoe het minimalisatie-algoritme werkt en hoe de gegevens worden opgeslagen en weergegeven. Code voor het verwerken van de afbeelding, het minimaliseren van het snijden van deuvelstangen en het weergeven van de uitvoer is bijgevoegd.

Hier is een samenvatting voor mijn deuvelstaafsculptuur:

Afmetingen afbeelding: 53 x 80

Aantal sneden: 4240

Totale lengte gebruikte deuvel: 76847 cm

U moet 646 deuvelstangen kopen met een eenheidslengte van 119,92 cm

Stap 4: Het pegboard voor de sculptuur maken

Snijd het triplex met een cirkelzaag of tafelzaag. De afmetingen moeten overeenkomen met het aantal pixels dat u heeft en de gewenste afstand. Ik had bijvoorbeeld 53 x 80 pixels en wilde een afstand van ongeveer 1,5 cm, dus het triplex werd gesneden tot 82,5 bij 123 cm.

53*1.5 + 1.5*2 = 82.5 cm (de 1.5*2 is voor de rand)

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

Met behulp van het verstelbare T-vierkant tekende ik lijnen voor alle rijen en kolommen die in de sculptuur zouden komen. Vervolgens heb ik het apparaat geconstrueerd dat is ontworpen door Izzy Swan om een gat van 90 graden in het triplex te boren. Hier is een link naar de video die hij plaatste. Dit apparaat werkte heel goed voor het boren van rechte gaten van dezelfde diepte over het hele bord. Eventuele slechte sporen op het bord werden vervolgens schoongemaakt met houtplamuur.

Een optionele stap is om het bord te schilderen. Ik deed dit om enkele van de stopverf en slechte plekken te verdoezelen. Het schilderij is van de contourlijnen van dit beeld. In de uiteindelijke sculptuur is dit schilderij moeilijk te zien vanwege de dichtheid van deuvelstaven.

Stap 5: Veel deuvelstaven snijden

In het volgende deel van het project moet je veel deuvelstaven doorknippen en hun positie bijhouden. Ik besloot om vijf deuvelstangen tegelijk te snijden (ik noem dit een bundel deuvelstangen). Het snijalgoritme dat ik heb gemaakt, geeft de lengte weer die elke plug in de bundel moet worden afgesneden (zie de afbeelding). Ik heb deze afstand gemeten met een liniaal en gemarkeerd met een stuk schilderstape dat volledig om de plug is gewikkeld. Dit is belangrijk omdat het voorkomt dat de deuvelstang versplintert bij het zagen met de cirkelzaag. De bundel deuvelstaven wordt vervolgens uitgelijnd om met de zaag te worden gesneden.

Ik ontwierp een houten houder uit goedkoop multiplex en 2x4's waarmee de bundel deuvelstaven in een spleet kon rusten. Loodrecht op deze spleet was een geleider voor de cirkelzaag. Met de deuvels op hun plaats vastgezet met tape, wordt de cirkelzaag langs de geleider gedropt om alle deuvels in de bundel in één keer te zagen. De deuvels worden vervolgens gelabeld, zodat u weet waar de deuvelstangen in het pegboard worden geplaatst. Het snijnummer was alles wat nodig was omdat de werkelijke positie is opgeslagen in het programma dat ik heb gemaakt. Deze procedure wordt herhaald totdat alle sneden in de bundel zijn voltooid en vervolgens worden vijf nieuwe deuvelstangen gesneden. Omdat er zoveel bezuinigingen zijn, is het erg belangrijk om gefocust te blijven en veel pauzes te nemen. De video hierboven beschrijft ook het hele proces.

Uiteindelijk zijn er een heleboel deuvelstangen om in het bord te plaatsen, dus het is cruciaal om een gemakkelijk te onthouden labelsysteem te gebruiken. De afbeelding hierboven toont slechts de helft van de deuvels die in dit project zijn gesneden!

Stap 6: De deuvelstaven in het bord plaatsen

Je hebt officieel een TON deuvelstangen gesneden. Om ze efficiënt in het bord te plaatsen, kan het handig zijn om een paar tijdelijke vasthoudborden te maken van het goedkope triplex. Op een van de foto's zie je een tijdelijk vasthoudbord dat overeenkwam met ongeveer vijf kolommen in het ophangbord.

De gesneden deuvelstaven werden uitgepakt en het uiteinde werd geschuurd met fijn schuurpapier. Deze baan is geweldig om te delen met een gewillige vriend. Het is een echte vriendschapstest. Nadat je vriend heeft geholpen, moet je een diner voor hem koken of hem helpen met een ander doe-het-zelf-project.

Na het schuren worden de deuvelstaven naar de tijdelijke houder verplaatst. De etiketteringsconventie en de output van het Matlab-programma worden gebruikt om elke plug in de juiste positie te plaatsen. Een beetje houtlijm wordt aangebracht langs de randen van ongeveer vijf gaten langs een kolom in het pegboard. De bijbehorende vijf deuvels worden vervolgens in het bord geplaatst. U kunt een hamer gebruiken om de deuvelstangen volledig in de plank te slaan.

De reden om meerdere deuvelstangen tegelijk uit te lijnen, is om ervoor te zorgen dat de deuvels "logisch" waren in de positie waarin ze werden geplaatst. Als een deuvel te klein of te kort lijkt, kunt u het programma dubbel controleren op de lengte die op die positie hoort te zijn. Mogelijk moet u deuvels opnieuw zagen of u kunt aanpassen hoe ver u de deuvelstang in het bord steekt.

Ik herhaalde deze plaatsing en uitlijning van deuvelstangen voor ongeveer drie kolommen tegelijk. Ik ontwierp en 3D-print ook een uitlijnhulpmiddel dat aan het einde van de deuvelstangen ging, zodat het gemakkelijker was om ervoor te zorgen dat de deuvelstangen recht waren als de houtlijm opdroogde. Op een van de foto's ziet u deze adapter in gebruik. Een STL-bestand voor deze adapter is bijgevoegd. Mogelijk moet u opnieuw ontwerpen, afhankelijk van de diameter en afstand van de deuvelstang.

Stap 7: Afgewerkte structuur en wat advies

Zodra u klaar bent met het plaatsen en uitlijnen van alle deuvelstangen in het pegboard, is uw sculptuur voltooid! Hierboven zijn nog een paar foto's te zien van de deuvelstaafsculptuur die ik heb gemaakt. Voor het grootste deel ben ik blij met het eindresultaat. Er zijn echter een paar adviezen die ik heb voor iedereen die erover denkt een soortgelijk project te doen:

1. Overweeg kleinere afmetingen te maken dan deze structuur (53 x 80). Dit project was een knaller in de planningsfase en was behoorlijk meditatief nadat alle knikken waren uitgewerkt. Het handenarbeid werd echter soms eentonig. Het kostte me ook veel tijd om het af te maken, ongeveer twee jaar na de dag dat ik op het idee kwam!

2. Gebruik dikkere deuvelstaven en/of maak de maximale hoogte van de deuvelstaafsculptuur korter. Zelfs met het uitlijngereedschap had ik moeite om de deuvelstangen goed uitgelijnd te houden. Deuvelstaven met een grotere diameter of kortere hoogtes zouden hebben geholpen.

3. Gebruik een stuk hout van hogere kwaliteit dan multiplex voor de pegboard-basis van het beeldhouwwerk. Onder het beeld zitten scheuren door het te ver inslaan van de deuvelstangen.

4. Neem niet veel tijd om het pegboard te schilderen; de deuvelstangen bedekken het meeste toch.

5. Vraag vrienden om hulp! Het schuren van 4000 deuvelstaven is een vreemde taak om te voltooien, dus waarom zou u het niet delen met een paar goede vrienden.

Veel geluk!