Förvandla en bild till en spindelstångskulptur: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

I det här projektet konverterade jag en bild av en varmluftsballong till en spindelstångskulptur. Den slutliga strukturen är en omvandling av digital information som lagras i ett foto till ett fysiskt 3D -objekt. Jag konstruerade skulpturen för att hjälpa till att visualisera hur bilder lagras på datorer, samt visa den enorma omfattningen av information i bara en bild som du ser på en dator. Det ser coolt ut också! Denna instruerbara kommer att gå igenom hur man konstruerar en egen bildbaserad spindelstångskulptur.

Här är grundtanken. Varje digital bild består av många små rutor (pixlar) med varje kvadrat tilldelat ett visst intensitetsvärde. Mycket mörka områden i fotot har pixlar med låga intensitetsvärden, medan områden som är ljusa (t.ex. ballongen) har höga intensitetsvärden. I skulpturen omvandlas intensitetsvärdena för varje pixel i bilden till en spindelstångshöjd. De ljusa områdena har en hög höjd och de mörka områdena har en låg höjd.

Skulpturen jag konstruerade hade måtten 82,5 x 123 x 60 cm och 4230 pluggar (53 rader med 80 kolumner) klipptes. I slutändan använde jag nästan 1/2 mil av pluggar, men du kan skala din skulptur till vilken storlek du vill. Detta projekt kommer att kräva viss bildbehandling och snickeri. En beskrivning av den finns också på min webbplats: jrbums.com. Tack för att du kollade upp det!

Steg 1: Utbudslista

Material:

1. 5/16 "x 48" Birch Dowels - bestämma det antal du behöver förklaras i steg 3, det kommer förmodligen att vara fler pluggar än du har beställt under hela ditt liv (jag beställde här: https:// www. cincinnatidowel.com/)

2. ¾”tjock plywood (jag tror att jag använde björk: https://www.homedepot.com/p/Columbia-Forest-Products-3-4-in-x-4-ft-x-8-ft-PureBond -Björk-plywood-165921/100077837)

3. Målarens tejp

4. Elmers trälim

5. Träspackel

6. Metallrör med 5/16”diameter (för 90 graders borrstyrning).

7. Dragkedjor (för 90 graders borrguide).

8. Billig plywood (För cirkelsågguide)

9. 2 tum x 4 tum. x 96 tum. Prime Kiln-Torkad Whitewood Stud (För cirkelsågguide)

10. Fint sandpapper (cirka 200 - 300 korn)

11. Måla (valfritt)

Verktyg:

1. Kraftborr och 5/16”borr för trä

2. Cirkelsåg

3. Elslipmaskin

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

5. MATLAB, eller annan bildbehandlingsprogramvara

Använd säker träbearbetning under detta projekt! Det finns massor av pluggar som ska klippas, så du måste vara väldigt fokuserad och ta massor av pauser

Steg 2: Omvandla en 2D -bild till en 3D -modell

För att bestämma längden på pluggstängerna i skulpturen måste du göra lite bildbehandling. Jag använde Matlab och lade upp koden i steg 3 i denna instruerbara. Du kan också använda ett annat bildbehandlingsprogram.

För att visualisera transformationen från RGB till intensitet har jag en video som visas ovan. En falsk färgkarta används för att visa bildens intensitet (rött är hög intensitet och blått är låg intensitet). Den andra videon som publicerats ovan visar transformationen från en 2D -intensitetsbild till ett 3D -objekt.

Läser in bilden

Bilden av luftballongen laddades in i Matlab och konverterades till en gråskala. Här är koden för att göra detta i Matlab:

A = imread ('ball.jpg'); % ladda bilden till matlab

A = rgb2gray (A); % konvertera RGB till gråskala

A = dubbel (A)/max (dubbel (A (:))); % normalisera gråskala bilden och konvertera till dubbel

Nedprovtagning av bilden

Bildens ursprungliga dimension var 2572 x 3873, långt till många pluggar att klippa för hand (om du inte vill bli galen!). Därför är bilden nedprovad så det finns mycket färre pixlar, och därför mycket färre pluggstav att klippa. Jag använde också ett rumsligt filter för att jämna ut bilden så att strukturen skulle se mer kontinuerlig ut. Slutligen normaliseras bilden så att maximal intensitet är 1.

A = storlek (A, 0,0205); % omprov bild till 2,05% av originalbildens storlek

A = medfilt2 (A); % jämn bild

A = dubbel (A)/max (dubbel (A (:))); % normalisera gråskala bilden och konvertera till dubbel

Konvertering till pluggstångslängd

Vid denna tidpunkt lagras bilden som en 53 x 80 matris med värden från 0 till 1. För att konvertera denna matris till en som består av plugglängder, multiplicerar du den med den maximala höjd du vill att din pluggskulptur ska vara. Jag valde 60 cm till min. Du måste sedan lägga till lite extra längd på pluggen för att skjuta in pluggstången i brädet. Detta säkerställer också att klackarna inte var för små. Jag ställer in detta till 2,5 cm (1 tum).

AmaxH = 60; % Max skulpturhöjd (i cm)

drillDepth = 2,54; % Ytterligare längd läggs till pluggstavar så att den kan skjutas in i brädan (1 tum)

Längd = A.*AmaxH; % Flera bildmatriser med maxhöjd för att konvertera bildmatris till pluggstångslängd

Alength = Alength+drillDepth; % Lägg till borrdjup

I denna del av projektet kommer du att bestämma hur stor du vill att skulpturen ska vara. Du kan justera skalan på nedprovet (justera skalan i storlek) och den maximala plugghöjden. Kostnad och hur lång tid du vill ta på projektet bör beaktas när du väljer skalning. Även skulpturen på 53 x 80 pixlar som jag konstruerade krävde att man klippte 4240 stavar! Det här projektet tog mycket längre tid än jag trodde, och jag önskade att jag hade tagit mer tid att överväga hur mycket jag skulle prova bilden.

Steg 3: Bestämning av antalet stavar som behövs

I det här projektet finns det många pluggstycken av varierande längd. Därför kom jag på en algoritm som minimerar antalet pluggar som du behöver beställa. Efter att ha bearbetat bilden kommer du att veta längden på snitt som du behöver göra. Du vet också längden på pluggstången som kan beställas (i mitt fall var de 4 fot pluggar). Jag använde en numerisk metod för att lösa detta problem.

Min algoritm går igenom kolumner i bilden och lägger till höjderna. Om nästa höjd i bilden överstiger längden på de pluggar som kan beställas (lite mindre än 4 fot för att ta hänsyn till klippningen), hoppas den över. Denna process fortsätter tills 4 fot nås eller när du cyklar genom hela bilden. En datastruktur skapas sedan som specificerar längden på de nedskärningar som görs för varje spindelstång du beställer, liksom platsen för den delen i bilden. Detta tillvägagångssätt hjälper till att hålla snittet på en pluggstång nära varandra för att inte blanda ihop dem. Det är inte den mest effektiva och inte en exakt lösning, men det fungerar.

Videon som visas ovan förklarar hur minimeringsalgoritmen fungerar och hur data lagras och visas. Kod för bearbetning av bilden, minimering av klämstavarna och visning av utmatningen bifogas.

Här är en sammanfattning för min spindelstångskulptur:

Bildmått: 53 x 80

Antal nedskärningar: 4240

Total längd på använt stång: 76847 cm

Du måste köpa 646 pluggar med enhetslängd 119,92 cm

Steg 4: Skapa Pegboard för skulpturen

Skär plywooden med en cirkelsåg eller bordssåg. Dimensionerna måste matcha antalet pixlar du har och det avstånd du önskar. Till exempel hade jag 53 x 80 pixlar och ville ha ett avstånd på cirka 1,5 cm så plywooden klipptes till 82,5 x 123 cm.

53*1,5 + 1,5*2 = 82,5 cm (1,5*2 är för gränsen)

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

Med den justerbara T-rutan ritade jag linjer för alla rader och kolumner som skulle finnas i skulpturen. Jag konstruerade sedan enheten designad av Izzy Swan för att borra 90 graders hål i plywooden. Här är en länk till videon han lade upp. Den här enheten fungerade mycket bra för borrade raka hål med samma djup över hela brädet. Eventuella dåliga märken kvar på brädan rensades sedan med träspackel.

Ett valfritt steg är att måla brädan. Jag gjorde detta för att täcka upp några av kitt och dåliga fläckar. Målningen är av konturlinjerna i denna bild. I den slutliga skulpturen är det svårt att se den här målningen på grund av tätheten av pluggar.

Steg 5: Skärning av många stavar

I nästa del av projektet kommer du att behöva klippa en massa pluggar och hålla reda på deras position. Jag bestämde mig för att skära fem stavar i taget (jag kommer att referera till detta som en bunt med stavar). Skäralgoritmen som jag skapade visar längden som varje plugg i bunten behöver klippas (se bilden). Jag mätte detta avstånd med en linjal och markerade det med en bit målartejp som helt lindades runt pluggen. Detta är viktigt eftersom det förhindrar att spindelstaven splittras när det skärs med cirkelsågen. Knippet med pluggstänger är sedan inriktat för att skäras med sågen.

Jag designade en trähållare av billig plywood och 2x4: or som gjorde att bunten av spindelstänger kunde vila i en slits. Vinkelrätt mot denna slits var en guide för cirkelsågen. Med pluggarna fästa på plats med tejp, tappas cirkelsågen längs guiden för att klippa alla pluggar i bunten samtidigt. Dylarna är sedan märkta så att du vet var pluggarna kommer att placeras i pegbrädan. Klippnumret var allt som krävdes eftersom den faktiska positionen lagras i det program som jag skapade. Denna procedur upprepas tills alla nedskärningar är slutförda i bunten och sedan skärs fem nya stavar. Eftersom det finns så många nedskärningar är det mycket viktigt att hålla fokus och att ta många pauser. Videon ovan beskriver också hela processen.

I slutändan finns det massor av pluggar att placera i brädan, så det är avgörande att använda ett lättläst märkningssystem. Bilden ovan visar bara hälften av pluggarna i detta projekt!

Steg 6: Placera spindelstavarna i brädet

Du har officiellt en TON av spindelstänger skurna. För att effektivt placera dem i brädan kan det vara användbart att skapa några tillfälliga hållbrädor av den billiga plywooden. På en av bilderna kan du se en tillfällig hållbräda som motsvarade cirka fem kolumner i pegbrädan.

De skurna pluggarna packades upp och slutet slipades med fint sandpapper. Det här jobbet är fantastiskt att dela med en villig vän. Det är ett sant test av vänskap. När din vän har hjälpt måste du laga dem en middag eller hjälpa dem med ett annat DIY -projekt.

Efter slipning flyttas pluggarna till det tillfälliga hållbordet. Märkningskonventionen och utmatningen från Matlab -programmet används för att placera varje plugg i rätt position. En klick trälim läggs längs kanterna på cirka fem hål längs en kolonn i pegbrädan. Motsvarande fem pluggar placeras sedan i brädet. Du kan använda en hammare för att driva in stavarna helt i brädet.

Anledningen till att rikta in flera stavar i taget är att se till att pluggarna "var vettiga" i den position de placerades. Om en plugg ser för liten eller för kort ut kan du dubbelkolla programmet för längden som ska vara vid den positionen. Du kan behöva klippa tillbaka pluggarna eller så kan du justera hur långt du driver spindeln i brädet.

Jag upprepade denna placering och inriktning av pluggstavar för cirka tre kolumner åt gången. Jag har också designat och 3D -skrivit ut ett inriktningsverktyg som gick i slutet av pluggstängerna så det var lättare att se till att pluggarna var raka när trälimet torkade. Du kan se att den här adaptern används på en av bilderna. En STL -fil för denna adapter bifogas. Du kan behöva redesigna beroende på spindeldiameter och avstånd.

Steg 7: Färdig struktur och några råd

När du är klar med att placera och justera alla pluggar i pegbrädan är din skulptur klar! Visas ovan är några fler foton av skruvstångskulpturen som jag konstruerade. För det mesta är jag nöjd med slutresultatet. Det finns dock några råd jag har för alla som funderar på att göra ett liknande projekt:

1. Överväg att göra mindre dimensioner än denna struktur (53 x 80). Det här projektet var en blast i planeringsstadierna och var ganska meditativt efter att alla knäck var utarbetade. Men det manuella arbetet blev ibland monotont. Det tog också en lång tid att slutföra, cirka två år efter dagen då jag fick idén!

2. Använd tjockare pluggar och/eller gör den maximala höjden på skruvstångskulpturen kortare. Även med justeringsverktyget hade jag svårt att hålla pluggarna väl inriktade. Stångar med större diameter eller kortare höjder skulle ha hjälpt.

3. Använd en träbit av högre kvalitet än plywood för skulpturens bottenplatta. Under skulpturen finns det sprickor från att klubba stavarna för långt in i brädet.

4. Ta inte mycket tid på att måla tavlan; pluggarna täcker det mesta ändå.

5. Be vänner om hjälp! Slipning av 4000 pluggar är en udda uppgift att slutföra, så varför inte dela den med några goda vänner.

Lycka till!