Master in Bioingineria protezarii

• Cursul: TEHNICI CAD/CAM

• Facultatea de Bioinginerie medicala,

UMF Iasi

Anul universitar 2013 - 2014

Cursul 4 Alte metode de scanare 3D

• Scanarea 3D cu laser;

• Scanarea 3D cu lumina structurată;

• Scanarea fotogrammetrica;

Metode practice de scanare

• În prezent, scanarea suprafeţelor anatomice se poate realiza utilizând următoarele mijloace:

• Computerul tomograf (CT);

• Rezonanța magnetică (MRI);

• Scanarea 3D cu laser;

• Scanarea 3D cu lumina structurată;

• Scanarea cu camere video si foto;

Principalele aplicatii ale tehnologiilor CAD/CAM

• Industrie, transporturi, constructii, arhitectura, medicina etc

• Medicina:

stomatologie, ortopedie, (protezare, ortezare), fabricarea dispozitivelor medicale si a dispozitivelor assistive etc.

1. Scanarea 3D cu lasere

Tehnologii NextEngine (www.nextengine.com)

Tehnologii ShapeGrabber (www.shapegrabber.com)

Tehnologii Fast SCAN http://polhemus.com

Laser scanner $21,500

Prelucrarea imaginilor • Se utilizeaza programe speciale de asamblare a imaginilor 2D

OPTIONS Ordered with FastSCAN Systems

TX4 4" Transmitter (not compatible with Short Ranger)...................................................$750

RBF (Radial Basis Function) Software (automatically fills in holes, producing watertight

files, and greatly enhances functionality of the system)...............................................$1,995

Scan Through Glass (Refraction Correction)..................................................................$400

Sweep Registration.........................................................................................................$200

DeltaTM Image Comparative Analysis Software............................................... ...........$7,600

Stylus - Mechanical (requires license as priced below)...................................................$800

Stylus - Optical (requires license as priced below)..........................................................$800

Stylus License (Mechanical or Optical)............................................................................$200

AAOP - O&P File Format (requires RBF Software as priced above)...............................$400

Cast Inversion License....................................................................................................$750

FastSCAN:

CobraTM System........................................................................$21,500

Single Camera Wand (including tracker receiver)

ScorpionTM System...................................................................$27,500

Tehnologii Biosculptor (www.biosculptor.com)

Scanner cu 2 camere video (37.000) it changes the laser line into a laser

point to place landmarks as you scan.

Tehnologii Creaform (Canada) KIT SCANER Scanner 3D HANDYSCAN™ SYSTEMS 22.900,00 € Maintenance UNIscan - Standard Plan - 1.930,00 €/year TOTAL GENERAL (fara TVA) : 24.830,00 €

Tehnica de masurare/scanare cu lasere 3D;

Metoda de masurare/scanare

• Masurarea se bazeaza pe detectarea distantei pana la obiect prin tehnica triangularii

tan α = sin α / cos α ; sin(α + β) = sin α cos β + cos α sin β

Calcularea distantei CX (d) intre C si AB

Dispozitive de masurare/scanare cu lasere 3D

Alta metodă de măsurare: prin determinarea timpului de raspuns

Solutii de masurare (scanare)

Masurare prin metoda triangularii

Dispozitiv cu o camera Dispozitiv cu doua camere

Solutii practice de lucru

2. Scanarea cu lumina structurata

Tipuri de scannere: www. artec3d.com

Tehnologii Genex (www.genextech.com)

3D Face CAM and Rainbow 3D Genex Technologies

Scanning: Vertical light lines

Tehnologii Artec (www.artec3d.com)

• .

11.500-15.000 Euro

• Scanarea video permite reconstruirea unui model 3D pornind de la imaginile 2D luate .

din unghiuri diferite (stereo-fotografie).

• Scanarea produce un nor de puncte cu diferite coordonate care permite reconstructia 3D;

• Obiectul filmat trebuie sa contina puncte de reper vizibile

Dispozitive de scanare/masurare cu

camere video

IV.6 Caracteristici

Scanarea fotogrammetrica. Scanarea cu camere video

sau foto

Scanarea cu camere video poate fi : • Stereoscopica (se utilizeaza 2 camere video); prin

analiza diferentelor intre imagini este posibil sa se detecteze distanta la fiecare punct din imagini;

• Fotometrica (se utilizeaza o singura camera); se iau imagini multiple in conditii de lumina variabila;

• De conturare sau de obtinere a siluetei; utilizeaza contururi obtinute din secvente de fotografii efectuate in jurul unui obiect, cu un fundal contrastant.

Tehnologii ATOS (www.gom.com) fotogrammetrie

Aplicarea punctelor de reper

• Aplicare de repere reflectorizante pe obiect;

• Aplicarea unui sablon de repere langa obiect;

• Aplicarea cu un proiector a unui anumit sablon de repere luminoase;

• Aplicarea unei umbre liniare;

• Aplicarea unei raze laser liniare pe obiect.

Asamblarea imaginilor 2D

Se utilizeaza programe de reconstructie 3D specifice fiecarui

tip de scanner

3. Scanarea cu aparate foto

• Scanarea cu aparate foto se bazeaza pe principiile fotogrammetriei

• Fotogrammetria este știința tehnică având

ca obiect înregistrarea, măsurarea și

reprezentarea obiectelor și mediului lor

înconjurător pe baza imaginilor acestora

Fotogrammetria

• Fotogrammetria topografică - aeriană sau terestră ,este partea fotogrammetriei care se utilizează la întocmirea hărților și a planurilor topografice.

• Fotogrammetria industrială - se referă la aplicațiile fotogrammetriei în construcțiile de clădiri, lucrări inginerești, industria minieră, construcții de vehicule și mașini, construcții navale ș.a., cu obiectivele lor fundamentale incluzând fazele de cercetare, proiectare, producție, testare, control și reparații.

• Fotogrammetria arhitecturală - este o aplicație a fotogrammetriei cu privire la întocmirea documentațiilor, păstrarea (stocarea) de informații referitoare la mărimea, forma și detaliile arhitectonice ale clădirilor și monumentelor.

Metodologia scanarii cu

aparate foto digitale

• Principalele aspecte ale scanării cu camere foto şi cu programe de reconstructie 3D sunt reflectate în următoarele figuri:

• Poziţiile camerei foto si a fotografului în timpul fotografierii ;

• Poziţia unei suprafete anatomice la scanarea experimentală şi traiectoria camerei foto (figura 3);

• Fotografii realizate în timpul scanării.

Pozitia camerei foto

Fig. 1 Pozitia camerei foto

Pozitia fotografului

Pozitia unui segment anatomic la scanare

Fotografii realizate in timpul scanarii

Conditii de fotografiere Tipuri de aparate foto

Conditii de fotografiere

Conditii de fotografiere

Se evita miscarea si obiectele rasturnate

Conditii de fotografiere

Reconstructia 3D cu ajutorul fotografiilor

• Procedee de reconstrucţie 3D cu ajutorul fotografiilor:

1. Cu camere foto şi cu programe comerciale:

• Cu camere foto şi cu programul PhotoModeler Scanner;

• Cu camere foto şi cu programul 3DSOM;

• Alte programe: D-Sculptor, iModeller

2. Cu camere foto şi cu programul liber Insight 3D (program liber);

•

Alte procedee

3. Prelucrare gratuita (free 3D modeling from photos):

• www.hypr3d.com,

• www.123dapp.com,

• www.my3dscanner.com, etc.

• Se transfera fotografiile pe paginile de prelucrare

Principiul de reconstructie 3D

• Aceste programe creeaza propriile modele 3D din fotografii simple, bazându-se pe conceptul „cloud-computing”. Programele găsesc şi potrivesc automat caracteristicile şi trăsăturile comune fotografiilor care s-au încărcat iniţial în programul de calculator.

• Este necesar un număr mare de fotografii realizate la unghiuri de aproximativ 10-15° în jurul obiectului.

Principiul de reconstrutie 3D

• Principiul de lucru al acestor programe este analiza si asamblarea fotografiilor cu găsirea punctelor comune, transformându-le într-un model 3D, continand geometria şi textura obiectului scanat

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Programe de reconstructie 3D cu fotografii

Insight

Exemplu de model 3D vazut interactiv

Ionela Ungureanu, Andreea Neculăeş, Îndrumător științific: Prof. Dr. Ing. - - Octavian Ciobanu, SCANAREA PICIORULUI PENTRU ORTEZARE SAU PROTEZARE, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012

Exemplu de model 3D

Alexandra Maria Chiţescu, Luiza Georgiana Radu, Indrumator Prof. Octavian Ciobanu, Reconstrucţia 3D a capului cu ajutorul fotografiilor, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012

Programul de reconstructie 3DSOM

Grila de calibrare

Grila de calibrare a programului 3DSOM

Amplasarea grilei de calibrare

Programul de reconstructie PhotoModeler

Programul de reconstructie PhotoModeler

Exemple de aplicare a grilei de

calibrare

Exemple de aplicare a grilei de

calibrare

Prelucrarea imaginilor introduse in programul de reconstructie

Faza de lucru: scanarea suprafetei anatomice

Faza de lucru: eliminarea detaliilor din fundal

Modele 3D obtinute cu programul 3DSOM

Modelul 3D mesh, modelul cu umbre si modelul cu textura

Bibliografie

O. Ciobanu STATE OF ART OF CAD/CAM IN PROSTHETICS, BUL. IPI, TOM LIII (LVII), FASC.2 ,PP 273-280, 2007 Ionela Ungureanu, Andreea Neculăeş, Îndrumător științific: Prof. Dr. Ing. - - Octavian Ciobanu, SCANAREA PICIORULUI PENTRU ORTEZARE SAU PROTEZARE, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012 Alexandra Maria Chiţescu, Luiza Georgiana Radu, Indrumator Prof. Octavian Ciobanu, Reconstrucţia 3D a capului cu ajutorul fotografiilor, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină și Farmacie ”Grigore. T. Popa”, Iași, BENG Conference, editia a XV-a, 17-20 mai 2012 O. Ciobanu CAD/CAM AND RAPID PROTOTYPING TECHNOLOGIES IN MEDICAL ENGINEERING , BUL. IPI, TOM LIV, FASC.2 ,PP 123-131, 2011