三维扫描仪[11]——总结并展望基于Kinect的三维扫描仪

到这里，我相信绝大多数大一的相关专业学生都可以完成这样一台扫描仪了。
让我们全局看一下这个小项目。

机械方面
可以参考三维扫描仪[8]——如何设计一台云台式扫描仪（机械结构）

我们需要一个支架，支起Kinect和云台，同时我们也需要一套齿轮组，获得精确的角度变化。

开发环境方面
可以参考：
三维扫描仪[6]——常用软件及开发环境
三维扫描仪[7]——认识Processing和Arduino开发环境
其中

Meshlab

Arduino

Processing
和其他的中间件是必须的

项目代码方面
可以参考：
三维扫描仪[9]——如何设计一台云台式扫描仪（初步软件设计）
三维扫描仪[10]——如何设计一台云台式扫描仪（代码详解）
这里也附上全套代码
Arduino
步进电机代码

int xdir = 13;
int Step = 12;
int xen = 9;void setup() {// put your setup code here, to run once:pinMode(xen, OUTPUT);pinMode(xdir, OUTPUT);pinMode(Step, OUTPUT);digitalWrite(xen, LOW);digitalWrite(xdir, LOW);
}void loop() {// put your main code here, to run repeatedly:digitalWrite(Step, LOW);delay(10);digitalWrite(Step, HIGH);delay(10);
}

角度传感器代码

int potPin = A0;
int Pos = 0;void setup() {// put your setup code here, to run once:pinMode(potPin, INPUT);Serial.begin(9600);
}void loop() {// put your main code here, to run repeatedly:Pos = analogRead(potPin);delay(250);Serial.println(Pos);
}

Processing

import processing.serial.*;
import processing.opengl.*;
import SimpleOpenNI.*;
import kinectOrbit.*;
//Init Orbit and OpenNI Class.
KinectOrbit myOrbit;
SimpleOpenNI kinect;
//Serial data.
Serial myPort;
boolean serial = true;
//!
String turnTableAngle = "0";
int turnAngle = 0;
float Angle = 0;
//!
//Init pointClouds and ArrayList with clolors.
ArrayList<PVector> scanPoints = new ArrayList<PVector>();//pointCloud
ArrayList<PVector> scanColors = new ArrayList<PVector>();//obj color
ArrayList<PVector> objectPoints = new ArrayList<PVector>();//pointCloud
ArrayList<PVector> objectColors = new ArrayList<PVector>();//obj color//Height
float baseHeight  = -180;
float modelWidth  = 1000;
float modelHeight = 1000;
PVector axis = new PVector(0, baseHeight, 1200);int scanLines = 300;
int scanRes   = 1;  //high ppx
boolean scanning = false;
boolean arrived  = false;
float[] shotNumber = new float[30];
int currentShot = 0;int dataNum = 1;public void setup()
{size(800, 600, OPENGL);//Init orbitmyOrbit = new KinectOrbit(this, 0, "kinect");myOrbit.drawCS(true);myOrbit.drawGizmo(true);myOrbit.setCSScale(200);myOrbit.drawGround(true);//Init SimpleOpenNIkinect = new SimpleOpenNI(this);kinect.setMirror(false);kinect.enableDepth();kinect.enableRGB();kinect.alternativeViewPointDepthToImage();//Serialif(serial) {String portName = Serial.list()[0];myPort = new Serial(this, portName, 9600);//!myPort.bufferUntil('\n');//!}
}public void draw()
{kinect.update();background(0);myOrbit.pushOrbit(this);  //Start OrbitdrawPointCloud(1);//!!!!!updateObject(scanLines, scanRes);//!!!!!drawObjects();drawBoundingBox();kinect.drawCamFrustum();myOrbit.popOrbit(this);
}void drawPointCloud(int steps)
{int index;PVector realWorldPoint;stroke(255);for(int y = 0; y < kinect.depthHeight(); y += steps) {for(int x = 0; x < kinect.depthWidth(); x += steps) {index = x + y * kinect.depthWidth();realWorldPoint = kinect.depthMapRealWorld()[index];stroke(150);point(realWorldPoint.x, realWorldPoint.y, realWorldPoint.z);}}
}void drawObjects()
{pushStyle();strokeWeight(1);for(int i = 1; i < objectPoints.size(); i++) {stroke(objectColors.get(i).x, objectColors.get(i).y, objectColors.get(i).z);point(objectPoints.get(i).x, objectPoints.get(i).y, objectPoints.get(i).z + axis.z);}for(int i = 1; i < scanPoints.size(); i++) {stroke(scanColors.get(i).x, scanColors.get(i).y, scanColors.get(i).z);point(scanPoints.get(i).x, scanPoints.get(i).y, scanPoints.get(i).z + axis.z);}popStyle();
}void drawBoundingBox()
{stroke(255, 0, 0);line(axis.x, axis.y, axis.z, axis.x, axis.y+100, axis.z);noFill();pushMatrix();translate(axis.x, axis.x + baseHeight + (modelHeight / 2), axis.z);box(modelWidth, modelHeight, modelWidth);popMatrix();
}void scan()
{for(PVector v : scanPoints) {objectPoints.add(v.get());int index = scanPoints.indexOf(v);objectColors.add(scanColors.get(index).get());}if(currentShot < shotNumber.length-1) {currentShot ++;println("scan angle = " + Angle);}else {scanning = false;}arrived = false;
}void updateObject(int scanWidth, int step)
{int index;PVector realWorldPoint;scanPoints.clear();scanColors.clear();serialEvent(myPort);Angle = radians(map(turnAngle, 0, 1023, 0, 360));//println("angle = " + Angle);//draw linepushMatrix();translate(axis.x, axis.y, axis.z);rotateY(Angle);line(0, 0, 100, 0);popMatrix();int xMin = (int)(kinect.depthWidth() / 2 - scanWidth / 2);int xMax = (int)(kinect.depthWidth() / 2 + scanWidth / 2);for(int y = 0; y < kinect.depthHeight(); y += step) {for(int x = xMin; x < xMax; x += step) {index = x + (y * kinect.depthWidth());realWorldPoint = kinect.depthMapRealWorld()[index];color pointCol = kinect.rgbImage().pixels[index];if(realWorldPoint.y < (modelHeight + baseHeight) && realWorldPoint.y > baseHeight) {if(abs(realWorldPoint.x - axis.x) < modelWidth / 2) {if(realWorldPoint.z < axis.z + modelWidth / 2 && realWorldPoint.z > axis.z - modelWidth / 2) {PVector rotatedPoint;realWorldPoint.z -= axis.z;realWorldPoint.x -= axis.x;rotatedPoint = vecRotY(realWorldPoint, Angle);scanPoints.add(rotatedPoint.get());scanColors.add(new PVector(red(pointCol), green(pointCol), blue(pointCol)));}}}}}
}PVector vecRotY(PVector vecIn, float phi)
{PVector rotatedVec = new PVector();rotatedVec.x = vecIn.x * cos(phi) - vecIn.z * sin(phi);rotatedVec.z = vecIn.x * sin(phi) + vecIn.z * cos(phi);rotatedVec.y = vecIn.y;return rotatedVec;
}public void keyPressed()
{switch(key) {case 'c':objectPoints.clear();objectColors.clear();currentShot = 0;break;case 'e':String stringNum = String.valueOf(dataNum);char key = stringNum.charAt(0);exportPly(key);dataNum ++;println("save success!");break;case 's':scan();break;}
}public void serialEvent(Serial myPort)
{String inString = myPort.readStringUntil('\n');if(inString != null) {//cut spaceturnTableAngle = trim(inString);turnAngle = Integer.parseInt(turnTableAngle);}
}void exportPly(char key)
{PrintWriter output;String viewPointFileName;viewPointFileName = "myPoints" + key + ".ply";output = createWriter(dataPath(viewPointFileName));//!!!!//head fileoutput.println("ply");output.println("format ascii 1.0");output.println("comment This is your Processing ply file");output.println("element vertex " + (objectPoints.size()-1));output.println("property float x");output.println("property float y");output.println("property float z");output.println("property uchar red");output.println("property uchar green");output.println("property uchar blue");output.println("end_header");//!!!!for(int i = 0; i < objectPoints.size() - 1; i++) {output.println((objectPoints.get(i).x / 1000) + " "+ (objectPoints.get(i).y / 1000) + " "+ (objectPoints.get(i).z / 1000) + " "+ (int) objectColors.get(i).x + " "+ (int) objectColors.get(i).y + " "+ (int) objectColors.get(i).z);}output.flush();output.close();
}

三维重建原理方面
可以参考：
三维扫描仪[2]——大恒、微软、还是淘宝一下双目摄像头？
三维扫描仪[3]——标定·理论

本项目并不涉及、但是接下来会用到的标定方面
可以参考：
三维扫描仪[4]——标定·Matlab单目标定
三维扫描仪[5]——标定·Matlab双目标定

展望
本来没有这个部分的
然而我昨天（2017.4.21）散步的时候突然想到：
用两个Kinect
KinectA保持不动 KinectB在A的视野下运动由KinectB扫描
我们需要确定A的空间位置获得B实时的空间位置和角度
最终！根据多个空间坐标系的转换实现手持Kinect扫描并叠加
没有实验过，也没考虑过优势。
只是作为一个二本大三的软件工程学生，感觉扫描仪再贴点，再有庞杂的机械结构，挺不好的。
希望廉价的扫描仪能服务更多的普通人吧。
希望我将来去漫展的时候，真的能把你们变成我的手办。

扫描仪这个部分并没有结束。
这只是一个小例子，用来体会逆向工程的。
接下来我们干个酷炫的
要不这几年真白读了

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