Skanowanie 3D – prostsze, niż myślisz
Mnóstwo zdjęć, inspiracji, pytań, które ostatnimi czasy przewijają się przez grupy nauczycieli w mediach społecznościowych, pokazują, jak duże zainteresowanie wzbudza druk i projektowanie 3D.
Niesamowite jest to, w jaki sposób wiele z osób, które jeszcze pod koniec zeszłego roku szkolnego narzekały i ubolewały nad tym, że ten druk i drukarki 3D są niepotrzebne; że w sumie to dodatkowa praca; że efekt, na który trzeba czekać godzinami, jest niewarty tego czekania, dziś są pierwszymi orędownikami druku 3D w edukacji. Obecnie dumnie pokazują efekty swoich prac, mniej lub bardzie zaawansowanych, od standardowych modeli sówek, po prace indywidualne, wymagające umiejętności.
To jest piękne w edukacji, to jest fantastyczne wśród polskich nauczycieli, którzy potrafią w momentach kryzysu wziąć się w garść i na barkach swojego zaangażowania i pracy po godzinach sprawić, że dzieje się coś z niczego. Przecież program „Laboratoria Przyszłości” nie zakłada dodatkowego uposażenia dla koordynatorów czy nauczycieli, tylko wymusza nabycie nowych umiejętności. Szczególnie budujące jest to, iż te edukacyjne barki zostały mocno nadwyrężone po czasie pandemii i lekcjach zdalnych/hybrydowych, a teraz znów są gotowe do niesienia edukacyjnego światła. Przez słowo „nadwyrężone” mam na myśli pozostawienie nas, jako nauczycieli, z informacją „nasi nauczyciele udowadniają umiejętności posługiwania się technologiami TIK podczas uzyskiwania awansu zawodowego, więc poradzą sobie z lekcjami zdalnymi”, zrzucając odpowiedzialność za realizację zajęć na barki dyrektorów i nauczycieli, w momencie gdy połowa szkół nigdy nie słyszała o platformie Microsoft Teams, Google Meet czy innych.
Szeroka baza materiałów do druku 3D
Dziś dzięki pomocy zaangażowanych nauczycieli tworzone są webinaria dotyczące podstawowych czynności związanych z obsługą drukarki 3D, przeszukiwania bibliotek modeli w sieci internetowej, podstaw projektowania w jednym z najpopularniejszych i najprostszych programów do tworzenia modeli 3D, jakim jest Tinkercad, czy projektowania zaawansowanego lub jak kto woli – precyzyjnego, z wykorzystaniem programu Fusion 360 [Materiały dostępne tylko dla członków grupy fb Banach 3D].
Wyszukiwanie projektów w darmowych bazach internetowych może sprawiać problem, bo chociaż są ich dziesiątki tysięcy, niestety nie zostały one w żaden sposób posegregowane tematycznie. Dziś, jeżeli wpiszemy słowo chemistry (z ang. chemia), chcąc wyszukać wszystkie pliki związane z tym przedmiotem lekcyjnym, niestety nie dostaniemy dużej ilości wyników wyszukiwania. Po prostu autorzy modeli, tworząc dla przykładu model atomu lub szablonu układu okresowego pierwiastków, niekoniecznie w tytule czy opisie słownym projektu użyją przywołanego przeze mnie wcześniej słowa.
O ile atom czy tabliczki z układowym okresem pierwiastków jesteśmy w stanie w dosyć łatwy sposób odtworzyć, o tyle problem zacznie się wtedy, gdy zamarzymy sobie popiersie Stefana Żeromskiego, Tadeusza Kościuszki czy Jana Kochanowskiego, bo to patroni szkół, w których pracujemy. Te modele są praktycznie nieosiągalne w internecie, a szkoły, których rolę patronów pełnią wymienione osoby, zostają skazane na wydruki breloków z napisem z nazwiskiem patrona szkoły, a nie wydrukowanym jego popiersiem. Drugim przykładem jest przypadek z zaplecza pracowni biologicznej lub fizycznej, gdzie niektóre z zestawów pomocy dydaktycznych są wybrakowane przez uszkodzenie lub zagubienie jednego z elementów kompletu.
Odtwórz model trójwymiarowy
W obydwu przypadkach z pomocą przychodzą nam dwie techniki odtwarzania modeli trójwymiarowych. Pierwsza z nich nazywa się tajemniczo fotogrametrią, druga skaningiem 3D. O ile ta druga nazwa kojarzy nam się bezpośrednio z trójwymiarowym procesem pozyskiwania obiektu do komputera, o tyle ta pierwsza dla większości czytelników będzie brzmiała obco.
Żeby wytłumaczyć obrazowo działanie tych dwóch przypadków, należy zastanowić się, co nazywamy obiektem trójwymiarowym. Z technicznego punktu widzenia obiekt trójwymiarowy jest to przedmiot, którego każdy wierzchołek/narożnik da się określić w układzie trzech osi XYZ. Mówimy w tym wypadku o tzw. chmurze punktów, czyli maleńkich kropeczek ułożonych w przestrzeni trzech osi tworzących wynikowy obiekt.
Sposób pozyskiwania tych punktów może być dwojaki:
· fotogrametryczny − na podstawie zestawu zdjęć wykonanych na specjalnym statywie, który obraca nam model co jeden stopień, lub na podstawie zestawu zdjęć dookoła fotografowanego obiektu wykonanych na kilku płaszczyznach;
· skaningu 3D, w którym, w dużym skrócie, wiązka laserowa odbija się od obiektu badanego, a wracając mierzony zostaje dystans odległości pomiędzy urządzeniem a modelem.
W przypadku fotogrametrii możemy ją zrealizować dosyć niskim kosztem, drukując samodzielnie obrotową platformę do skanowania, a potem obrabiając wykonane zdjęcia w jednym z programów do tego przeznaczonych (np. Agisoft Metashape). Alternatywą dla samodzielnie wydrukowanej platformy będzie aplikacja Qlone, dostępna na smartfony. W aplikacji drukujemy na drukarce laserowej lub atramentowej specjalny wzorzec maty, na którym stawiamy wybrany do zeskanowania obiekt i postępujemy zgodnie z kreatorem skanowania wyświetlanym w aplikacji.
Ze skanerem 3D możesz więcej!
Mając bardziej profesjonalne urządzenie służące do przechwytywania chmury punktów, jakim jest skaner 3D, mówimy o procesie dokładniejszej jakości wykonania skanów. Co widać na poniższym zdjęciu, które przedstawia przekrój połówkowy skanu z nałożoną teksturą oraz chmury punktów, powstałej w procesie skanowania skanerem LiDAR. Na zdjęciu widoczny jest grób kloszowy kultury pomorskiej datowany na 4 wiek p.n.e., znaleziony na stanowisku archeologicznym Gulin-Młyn niedaleko mojego rodzinnego Radomia. Stanowi on własność muzeum im. Jacka Malczewskiego w Radomiu, obiektu, na zaproszenie którego miałem okazję przeprowadzać również kilka innych skanów, m.in. instrumentów muzycznych wykonanych z kośćca drobiowego.
W jednym i drugim przypadku wielką zaletą tego procesu jest bezinwazyjność, obecna technologia umożliwia nam bowiem skanowanie bez dotykania lub fizycznej ingerencji w skanowane obiekty, a przełożenie tego na edukację daje nowe możliwości jej rozwoju i tworzenia kreatywnych oraz angażujących zajęć.
Skanowanie 3D i chmury punktów mogą być ratunkiem dla zabytków, a przykładem jest spalona katedra Notre Dame w Paryżu. W 2015 roku historyk i pasjonat nowoczesnych technologii dokonał skanowania wnętrza świątyni. Pomiary zostały dokonane z dokładnością do kilku centymetrów, uzupełnione są o zdjęcia sferyczne, które umożliwiły nałożenie tekstur. Dzięki temu mamy unikalną na skalę światową archiwizację cyfrową tego wyjątkowego budynku.
Jest jednak pewien problem związany z wykorzystaniem druku 3D w tym projekcie, problem natury technicznej. W przypadku tego obiektu, jak i innych budynków, możemy powiedzieć o zjawisku archiwizacji wieczystej. Ponieważ stworzona chmura punktów posiada wiele miliardów wierzchołków, nie ma obecnie na świecie komputerów zdolnych do odtworzenia i przetworzenia ich w formie przygotowania do cyfrowego druku. Dlatego też mówimy o procesie cyfrowej archiwizacji wieczystej i odczekaniu na taki rozwój technologii druku 3D, aby realizacja zadania była możliwa. Osobom, które pesymistycznie myślą – „Kurczę, to się nigdy nie uda”, chciałbym przypomnieć „relikt przeszłości”, jakim była płyta CD. Osobiście pamiętam pierwsze nagrywarki CD, które nagrywały z prędkością x2, a ich koszt był porównywalny do kosztu zakupu ½ ówczesnego komputera. W ciągu kilku lat w naszych domowych komputerach pojawiły się nagrywarki CD/DVD/BlueRay nagrywające kilkadziesiąt razy szybciej, a w ciągu następnych kilku lat od ich pojawienia się wspomniane nośniki zostały wyparte przez pendrive’y, które to są wypierane przez dyski w chmurze… Ale tę historię pewnie Państwo już znają.
_________________________
Autor: Łukasz Gierek
