ABSTRAKT KLÍČOVÁ SLOVA

Abstrakt, Klíčová slova, Abstract, Keywords

ABSTRAKT

1

Tato bakalářská práce je zaměřena na design ručního 3D skeneru vyšší cenové kategorie. Řeší problémy jako je dlouhá doba práce, pozorování monitoru při skenování, univerzálnost přístroje a bezpečnost přístroje před mechanickým poškozením. Velmi důležité je také správné ergonomické zpracování. Návrh usiluje o jednoduché a funkční tvarování. Tvarové i barevné řešení odpovídá faktu, že skener je převážně určen pro průmyslové využití. Skener je možné používat i v jiných odvětvích (např. lékařství, design, archeologie, atd.).

KLÍČOVÁ SLOVA

1

3D, bezdrátový, externí, displej, digitalizace, laserový, optický, přenosný, PURE, reverzní inženýrství, ruční, skener, skenování, triangulace, trojrozměrný, USB.

ABSTRACT

1

The topic of this bachelor‘s thesis is design of handheld 3D scanner. This scanner belongs in the higher price category. This thesis deals with problems like long working time, watching monitor during scanning, versatility and safety measures from mechanical damage. Ergonomic solution is also very important. This design is based on a simple and functional shaping. Shaping and color solution corresponds with its use in industry. This scanner also can be used in other fields (for example: medical sector, design, archeology, etc.).

KEYWORDS

1

3D, external, display, digitisation, handheld, laser, optical, portable, PURE, reverse engineering, scanner, scanning, three-dimensional, triangulation, USB, wireless.

strana

5

Bibliografická citace

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

1

ŠTIGLER, J. Design ručního 3D skeneru. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2016. 63 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Richard Sovják.

strana

7

Prohlášení o původnosti 1

PROHLÁŠENÍ O PŮVODNOSTI Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci na téma Design ručního 3D skeneru, pod vedením pana Ing. Richarda Sovjáka, zpracoval samostatně a všechny informační prameny jsou uvedeny v seznamu použitých zdrojů.

....................................... V Brně dne

....................................... podpis

strana

9

Poděkování

PODĚKOVÁNÍ

1

Na prvním místě děkuji svému vedoucímu práce panu Ing. Richardu Sovjákovi za trpělivost, cenné podněty a za pozitivní přístup během celé doby vzniku této práce. Dále děkuji paní Iloně Župkové a panu Martinu Hlavoňovi za odborné konzultace v oblasti 3d skenování a slečně Bc. Elišce Petrilákové za korekturu práce. Velmi děkuji své rodině a přátelům za trpělivost a podporu během celého studia.

strana

11

Obsah

OBSAH 1 ÚVOD 2 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ 2.1 Designérská analýza 2.1.1 Historický vývoj 2.1.2 Příklady stávajících produktů 2.2 Marketingová analýza 2.2.1 Přehled významných výrobců a jejich produktů 2.2.2 Cílová skupina 2.2.3 Marketingová strategie 2.2.4 SWOT analýza 2.3 Technická analýza 2.3.1 Ruční 3D skener 2.3.2 Laserová triangulace 2.3.3 Laserové skenery 2.3.4 Skenery na bázi strukturovaného světla 2.3.5 Konstrukce ručních 3D skenerů na trhu 2.3.6 Základní technické parametry 3 ANALÝZA PROBLÉMU A CÍL PRÁCE 3.1 Analýza problému 3.2 Cíl práce 4 VARIANTNÍ STUDIE DESIGNU 4.1 Varianta č. 1 4.2 Varianta č. 2 4.3 Varianta č. 3 5 TVAROVÉ ŘEŠENÍ 5.1 Inspirační zdroje 5.2 Vývoj tvarování 5.3 Výsledné tvarování 5.4 Příslušenství 6 KONSTRUKČNĚ TECHNOLOGICKÉ A ERGONOMICKÉ ŘEŠENÍ 6.1 Schéma 6.2 Rozměry 6.3 Ergonomické řešení 6.3.1 Úchop 6.3.2 Ovládání prvky 6.3.3 Displej a metody použití skeneru 6.3.4 Zapojení kabelu 6.4 Materiály produktu a konstrukce 6.5 Bezdrátový přenos dat mezi skenerem a počítačem 6.5.1 Přenos pomocí USB 6.5.2 Přenos pomocí Wi-fi 6.6 Baterie

15 16 16 16 16 19 19 21 21 22 23 23 23 24 25 25 25 26 26 27 28 28 29 30 31 31 32 33 36 38 38 39 41 41 42 42 45 45 46 46 47 47

strana

13

Obsah

7 BAREVNÉ A GRAFICKÉ ŘEŠENÍ 7.1 Barevné řešení 7.2 Grafické řešení 7.2.1 Název, písmo a logo 8 DISKUZE 8.1 Psychologická funkce 8.2 Ekonomická funkce 8.3 Sociální fuknce 9 ZÁVĚR 10 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 11 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN 12 SEZNAM OBRÁZKŮ 13 SEZNAM PŘÍLOH

strana

14

49 49 50 51 53 53 53 53 54 55 57 58 60

Úvod

1

1

ÚVOD

„Ani v nejdivočejších snech jsem si nepředstavoval, jakých věcí bude možné dosáhnout s 3D ručními laserovými skenery.“ Charles Mony, předseda Creaform [1] Na pozadí populární technologie 3D tisku vznikla nová, možná ještě významnější, technologie 3D skenování. 3D skenery jsou třídimenzionální měřící zařízení využívané k vytváření digitálních modelů dle reálných předloh. Tato technologie je základním pracovním postupem dynamicky se rozvíjejícího oboru reverzního inženýrství. Ruční 3D skener je přirozeným vývojem 3D skenovacích systémů. Výhodami ručního skenování jsou především mobilita, pohodlí práce, měření v reálném čase a v neposlední řadě nižší náklady. Tato technologie dochází uplatnění v mnoha odvětvích. V lékařství se využívá například pro vytváření umělých orgánů přímo na míru konkrétním pacientům. Značnou výhodou je rychlost, vyšší přesnost a nižší náklady. Díky tomu, že nepředstavuje žádná zdravotní rizika, je velmi dobře využitelná při diagnostice všeho druhu. V průmyslu dochází uplatnění v reverzním inženýrství, kde je zapotřebí vytvářet plnohodnotné kopie výrobků, nebo například při kontrole součástí ve výrobním procesu. Značně také usnadňuje práci v oblasti designu, grafiky, filmových efektů, animací, ergonomie, apod. Tato práce je zaměřena na návrh designu ručního 3D skeneru. Hlavním cílem této práce je optimalizovat pracovní podmínky a to především ergonomické aspekty a jimi podmíněné aspekty technické, a to vše v příjemném a moderním designu.

strana

15

Přehled současného stavu poznání

2

PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ

2.1 Designérská analýza 2.1.1 Historický vývoj Technologie 3D skenování se začala vyvíjet už v 60. letech 20. století. První komerčně využitelné skenery se však objevily až na začátku 80. let. Byly vyvinuty kontaktní 3D skenery, které umožňovaly vytvoření vysoce přesných modelů, ale skenování bylo velmi časově náročné. Po roce 1985 byly nahrazeny skenery, které využívaly k definování povrchu promítání bílého světla a laserových paprsků. Tato metoda vykazovala shodnou přesnost, ale mnohonásobně kratší dobu skenování a také možnost skenování měkkých objektů, které by mohly být kontaktními metodami porušeny. Na přelomu 20. a 21. století se začaly objevovat první ruční 3D skenery (Obr. 2-1). Ty se od té doby do současnosti vyvíjeli především v kvalitě skenování, snižování velikosti a hmotnosti skeneru a také v designovém řešení. [1][2][4][5]

Obr. 2-1 Ruční 3D skener EXA Scan od firmy Creaform z roku 2007

2.1.2 Příklady stávajících produktů Artec Eva – Artec 3D Firma Artec 3D nabízí profesionální ruční 3D skenery vyšší cenové kategorie. S prvním skenerem přišla v roce 2009 a z hlediska designu dnes nabízí již několikátou generaci těchto produktů. [6] Jejím nejúspěšnějším modelem je Artec Eva (Obr. 2-2) z roku 2012. Jedná se o skener na bázi struktorovaného světla. Tělo skeneru je rozděleno na dvě základní části. V přední části se nachází zdroj promítaného světla a senzory, včetně LED světel pro eliminaci stínu při snímání textury povrchu. V zadní části se nachází prvky, se kterými přichází uživatel do přímého kontaktu (ovládací prvky, úchop a připojení kabelu). Skener má pouze dva ovládací prvky, kterými je manipulováno palcem ruky.

strana

16


Toto dělení je podpořeno barevným odlišením. Barvy v tónech světlé šedé a krémové bílé jsou neutrální a nevýrazné. Vhodně řešený vstup pro datový kabel disponuje mechanickým zajištěním, které zabraňuje nechtěnému odpojení kabelu při manipulaci s přístrojem. Na spodní straně se nachází vstupy pro kompletaci s dalšími skenery. Hmotnost skeneru je 0,85 kg. Celkově působí skener Artec Eva jednotně a elegantně a to především díky jednoduchému tvarovému i barevnému řešení. [6][7]

Obr. 2-2 Ruční 3D skener Artec Eva

HandyScan 3D - Creaform Společnost Creaform svůj první ruční 3D skener představila v roce 2004. Creaform nabízí jedny z nejdražších ručních 3D skenerů na trhu. [1] Model HandyScan 3D (Obr. 2-3) je dostupný ve dvou verzích (HandyScan 300 a HandyScan 700), které se liší pouze technickými parametry. Jedná se o laserový skener. Tvarové řešení vychází z funkce přístroje. V horní a spodní části se nachází senzory. Prostor mezi nimi tvoří ergonomicky vytvarovaný úchop a ovládání, které je prováděno palcem ruky. Oproti konkurenčním přístrojům disponuje ovládacími prvky pro zvětšování a zmenšování obrazu v počítači. Ergonomie úchopu je kvalitně zpracována. Barevné řešení je voleno v odstínech šedé s modrými detaily. Hmotnost přístroje je 0,85 kg. Model HandyScan získal v roce 2015 ocenění Red Dot za design. [1][2][8]

strana

17


Obr. 2-3 Ruční 3D skener HandyScan 3D

Sense 3D scanner – 3D systems Model Sense (Obr. 2-4) je jedním ze dvou model modelů, které společnost 3D Systems nabízí. Jedná se o jeden z nejlevnějších ručních skenerů na trhu. Tvarování je plošné. Je založeno na kvádru a různě výrazných zaobleních. Jednoduchému a přesto modernímu tvarování odpovídá i minimalistické barevné řešení ve dvou odstínech šedé. Barevně i materiálově je oddělena pouze část úchopu. Se skenerem se pracuje velmi dobře, protože se pohodlně drží a má velmi nízkou hmotnost. Při práci se skenerem znatelné, že při výrobě došlo k použití levných materiálů. [9]

Obr. 2-4 Ruční 3D skener Sense 3D scanner

strana

18


FARO Freestyle 3D scanner - FARO technologies Firma FARO technologies se zabývá 3D měřícími systémy. Zatím však nabízí pouze jeden model ručního 3D laserového skeneru. [10] Skener FARO Freestyle (Obr. 2-5) přichází s odlišným přístupem řešení, než je možno pozorovat u většiny ostatních produktů na trhu. Vychází z trojúhelníkového uspořádání senzorů. Značnou nevýhodou je, že nelze skener postavit, jelikož nemá žádnou podstavu. Díky tomu, že je kryt skeneru vyroben z uhlíkových vláken, má velmi nízkou hmotnost. Barevné řešení je jednoduché a odpovídá oblasti použití produktu. Celý skener je černý se stříbrnými detaily. Model FARO Freestyle 3D scanner získal v roce 2015 ocenění Red Dot za design. [10]

Obr. 2-5 Ruční 3D skener FARO Freestyle 3D scanner [1]

2.2 Marketingová analýza

2.2

Ruční 3D skenery mohou být dle ceny a výkonu rozděleny na dvě základní kategorie. Profesionální skenery pro průmyslové využití mají vysokou přesnost a jejich cena se pohybuje od několika set tisíc až po několik milionů CZK. U jednodušších skenerů pro osobní použití nebo pro práce, které nevyžadují větší přesnost, se cena pohybuje v desítkách tisíc korun českých. [11] 2.2.1 Přehled významných výrobců a jejich produktů

2.2.1

Artec 3D Firma Artec 3D se zabývá pouze ručními 3D skenery. Pro zákazníka tak vytváří přehlednější prostředí a zlepšuje orientaci ve své nabídce. Firma si zakládá na jednoduchém, kvalitním a moderním vizuálním stylu. Produkty Artec náleží do vyšší cenové kategorie. [6]

strana

19


Model Artec Eva se umístil na prvním místě v hodnocení serveru iReviews v kategorii skenerů do 50 000 USD (cca 1 200 000 CZK). Do porovnání byly vybrány všechny skenery nabízené v roce 2015. Toto ocenění je značným úspěchem především z toho důvodu, že tento skener stojí pouze cca 20 000 USD (cca 500 000 CZK). [12] Největší předností firmy Artec 3D v porovnání s konkurencí je nabídka špičkových přístrojů za velmi dobré ceny. Creaform Firma Creaform se taktéž zabývá pouze ručními 3D skenery. Vznikla v roce 2002 a s prvním ručním 3D skenerem přišla v roce 2005. Jejím hlavním cílem je vývoj a výkon. Produkty této firmy patří k nejdražším na trhu. Na svých webových stránkách nabízí firma zákazníkům značné množství materiálů a informací nejen o firmě jako takové ale také o 3D skenování obecně. [1] Model HandyScan 3D je předním produktem firmy. V hodnocení skenerů serveru iReviews se model HandyScan 300 umístil na čtvrtém místě v kategorii do 50 000 USD (1 200 000 CZK) a model HandyScan 700 se umístil na prvním místě v kategorii nad 50 000 USD, přičemž jeho cena tuto částku jen těsně překračuje. [12] Největší předností firmy Creaform v porovnání s konkurencí je vysoká technická i technologická kvalita produktů. Faro Firma FARO technologies patří mezi nejvyhledávanější firmy v oblasti 3D měřících systémů na světě. Ručními 3D skenery se zabývá jen okrajově. Jejich jediný ruční 3D skener FARO Freestyle je z roku 2015. Jeho výhodou může být mimo jiné odlišný přístup k tvarovému řešení. [10] Díky své velikosti je firma schopna poskytovat širokou nabídku podpory. Na celém světě má firma 23 vlastních poboček. V porovnání s konkurencí využívá především dobrého jména z oblasti 3D měřících systémů. [10] Další významné produkty  3D scanner od firmy XYZprinting (cca 5000 CZK)  Structure Sensor pro iPad od firmy Occipital (cca 10 000 CZK)  Sense 3D scanner od firmy 3D Systems (cca 14 000 CZK)  EinScan Pro (Obr. 2-6) od firmy Firma Shining 3D (cca 100 000 CZK) [11]

strana

20


Obr. 2-6 Ruční 3D skener EinScan Pro

2.2.2 Cílová skupina Konkrétní osoby budou tvořit minimální podíl kupců. Hlavní cílovou skupinou budou firmy. Ty lze dle použití skenerů rozdělit na dvě kategorie. První skupinu tvoří firmy, které budou využívat skenery pro vlastní potřebu. Mnoha firmám se ovšem nevyplatí kupovat vlastní skener, jelikož ho potřebují jen příležitostně. Druhou skupinou jsou firmy, které se zaměřují na poskytování 3D skenování. [7][8]

2.2.2

2.2.3 Marketingová strategie Tato strategie je zaměřena na profesionální ruční 3D skener vyšší cenové kategorie (jako jsou např. Artec Eva, HandyScan, atd.).

2.2.3

Vyšší cena výrobku umožňuje investici do kvalitních doprovodných služeb jako je příslušenství, balení, grafický vizuální styl, apod. Nabízený produkt tak působí uceleně. Skener je ve většině případů dodáván v tvrdém pouzdře (Obr. 2-7). To obsahuje základní příslušenství potřebné pro přímou aplikaci. Celkové balení obsahuje příslušenství (např. kabely, baterie), technické manuály a dokumentaci. [7][8] Jedná se o profesionální přístroje, které vykazují značnou přesnost měření. Jejich ceny se pohybují přibližně v rozmezí (500 000 až 2 000 000) CZK. [11] Pro propagaci těchto zařízení jsou vhodné především webové stránky, dále pak technická periodika a v neposlední řadě technické veletrhy. Mezi zásadní doprovodné služby patří online komunikace a technická podpora. [7]

strana

21


Obr. 2-7 Pouzdro a příslušenství skeneru FARO Freestyle [1]

2.2.4 SWOT analýza Mezi hlavní silné stránky prokuktu patří výkon a vysoká přesnost skenování. Naopak hlavní nevýhodou je vyšší pořizovací cena. Výraznou příležitostí do budoucna jsou rožšiřující se možnosti využití produktu. Hrozbou je pak hlavně značná konkurence na současném trhu. Další body analýzy jsou zobrazeny na obrázku (Obr. 2-8).

Obr. 2-8 SWOT analýza

strana

22


2.3 Technická analýza

2.3

3D skenery jsou třídimenzionální měřící zařízení využívána k vytváření počítačových modelů (tj. digitalizaci) reálných objektů. Skener postupně zachycuje polohu jednotlivých bodů. Tvoří se tak tzv. mračno bodů. Z těchto bodů je následně vytvořena polygonová síť (tj. trojrozměrný model vytvořen z plynule navazujících trojúhelníků). Průběh skenování je řízen počítačovým sofwarem. Dále dochází k úpravě takto získaných dat. Úpravy není nutné provádět například při využití skenerů za účelem archivace archeologických a jiných památek, jelikož polygonová síť již splňuje vstupní požadavky. Při využití v designu se například skenují pracovní modely. [3][13][14] S vývojem 3D skenování vznikalo velké množství technologických přístupů (Obr. 2-9). To bylo způsobeno širokou škálou oborů, kde bylo vhodné 3D skenování použít. Každý přístup má své výhody a nevýhody, podle zamýšleného využití. Základní rozdělení je na kontaktní a bezkontaktní skenery. Kontaktní pak dělíme na destruktivní a nedestruktivní. Bezkontaktní 3D skenery skenují rychle a přesně. Ruční 3D skenery pak umožňují mobilitu při práci. [3][15]

Obr. 2-9 Přehled 3D skenovacích zařízení [15]

2.3.1 Ruční 3D skener Ruční 3D skener je přirozeným vývojem 3D skenovacích systémů. Výhodami ručního skenování jsou především mobilita, pohodlí práce, měření v reálném čase a v neposlední řadě nižší náklady. Parametry, které mají hlavní dopad na podmínky práce s ručními 3D skenery jsou velikost a hmotnost. Úkolem nových technologií není tedy jen zvyšovat přesnost přístroje a zlepšovat jeho funkce, ale také zmenšovat jeho velikost a především snižovat hmotnost. Ruční 3D skenery na krátkou vzdálenost (tj. maximálně několik metrů) používají převážně metodu trigonometrické triangulace. Podle druhu signálu pak dělíme skenery na laserové a na skenery na bázi strukturovaného světla. [2][7][8][15]

2.3.1

2.3.2 Laserová triangulace Hledaná pozice bodu, zdroj signálu a senzor tvoří trojúhelník. Vzdálenost mezi projektorem a senzorem je známa a taktéž je znám úhel, pod kterým je vysílán signál. Ve chvíli, kdy senzor zaznamená signál na skenovaném objektu, skener vypočítá úhel, pod kterým je tento signál pozorován. Nyní jsou známy všechny potřebné parametry daného trojúhelníku (dva úhly a strana) pro vypočítání polohy bodu. [15]

2.3.2

strana

23


2.3.3 Laserové skenery V tomto případě je vysílaným signálem laserový bod nebo laserová linie. Senzor následně zachytává odraz na skenovaném objektu (Obr. 2-10). Tento typ skenerů se vyznačuje především svou univerzálností a má minimální problémy při skenování v odlišných podmínkách. K výpočtu polohy bodů je nutné na objekt umístit reflexní poziční značky. Skener využívá značky jako základní body s pevnou a přesnou pozicí. Na tomto základě vybuduje celý tvar objektu. Ke správné funkci je před použitím skeneru nutná kalibrace pomocí kalibrační desky (Obr. 2-11). Ta je vytvořena ze skla kvůli jeho nízké tepelné roztažnosti. [1][2][8][15][16]

Obr. 2-10 Triangulace u laserových skenerů [15]

Obr. 2-11 Kalibrační deska pro skener FARO Freestyle [1]

strana

24


2.3.4 Skenery na bázi strukturovaného světla Tyto skenery promítají na skenovaný předmět bílé či modré světlo ve formě komplexního vzoru. Dle deformace vzoru pak dopočítávají pozici jednotlivých bodů (Obr. 2-12). Tato technologie vykazuje vyšší rychlost skenování než laserové skenery. U těchto skenerů nejsou nutné poziční značky, což značně snižuje dobu přípravy. V případě použití pozičních značek je výhodou vyšší přesnost. Často také disponují kamerou pro snímání textury. U tvarově jednoduchých předmětů (např. velké rovinné plochy) pomáhá textura skeneru v orientaci. Vhodné části textury používá skener jako záchytné body pro vystavění modelu. [7][8][15]

2.3.4

Obr. 2-12 Triangulace u skenerů na bázi strukturovaného světla [15]

2.3.5 Konstrukce ručních 3D skenerů na trhu Vnější kryty jsou tvořeny převážně plasty. Výhodou je především nízká hmotnost. Ruční 3D skenery na současném trhu v naprosté většině případů nedisponují vnějšími šroubovými spoji. Důvodem může být mimo jiné snaha zamezit zákazníkovi, aby nedovoleně manipuloval s přístrojem. Vnitřní schémata skenerů patří mezi nejdůvěrnější informace výrobců. [8][11]

2.3.5

2.3.6 Základní technické parametry Jak již bylo zmíněno, zásadní je především hmotnost. U ručních 3D skenerů se pohybuje do 1 kg (např. Artec Eva – 0,85 kg, HandyScan 3D – 0,85 kg). Maximální možné rozlišení rozlišení se pohubyje mezi (0,05 až 0,5) mm (např. Artec Eva – 0,5 mm, HandyScan 3D 300 – 0,1 mm, Handy Scan 3D 700 – 0,05 mm). [1][2][6][11]

2.3.6

strana

25

Analýza problému a cíl práce

3

ANALÝZA PROBLÉMU A CÍL PRÁCE

Současné ruční 3D skenery vyšší cenové kategorie jsou velmi kvalitně a detailně řešené přístroje ve všech ergonomických aspektech. Na těchto produktech nebyly nalezeny výraznější problémy. Na základě tohoto zjištění není práce zaměřena na řešení stávajících problémů, ale na hledání způsobů jak vylepšit stávající, jinak dostačující, parametry a vlastnosti ručního 3D skeneru. Obsah této kapitoly vyplývá především z osobních konzultací s konkrétními uživateli ručních 3D skenerů.

Obr. 3-1 Skici 1

3.1 Analýza problému Ruční 3D skener se využívá pro skenování předmětů, které jsou značně různorodé. Skenují se malé součásti o velikosti pouze několika centimetrů až po předměty velikosti automobilu apod. Z toho vyplývají i dvě základní metody skenování. U malých předmětů je nejpohodlnější držet v jedné ruce skener a v druhé ruce skenovaný objekt a objektem dle potřeby otáčet. Velké předměty nelze skenovat jinak, než obcházet celý předmět dokola. Při skenování je nutné sledovat monitor (notebook, tablet). Na něm se zobrazuje model toho, co je již naskenováno, nebo kde naopak data chybí. V obou metodách pak dochází ke stejnému problému. Uživatel musí sledovat skenovaný objekt a většinou pod výrazně jiným úhlem také monitor. V případě skenování velkých objektů je dokonce nutné notebook (nebo jinou formu monitoru) nosit v druhé ruce. [7][8] Jelikož se jedná o přenosný 3D skener, je potřeba respektovat nutnost práce v různých prostředích. Jedná se především o rozdíl práce v interiéru a exteriéru. S tím souvisí především rozdíl světelných a povětrnostních podmínek, prostor pro pohyb při práci, dostupnost elektrické energie, apod. Z velikosti skenovaného předmětu vychází i další velmi důležitý parametr a tím je doba práce. U největších předmětů se jedná až o 6 hodin souvislé práce. Při návrhu je také nutné počítat s faktem, že jde o velmi cenově nákladný přístroj. [7][8]

strana

26

Analýza problému a cíl práce

Obr. 3-2 Skici 2

3.2 Cíl práce

3.2

Obecným cílem této práce je optimalizovat pracovní podmínky při práci s ručním 3D skenerem dle zmíněných problémů a vstupních informací. Z něj plynou konkrétní dílčí cíle. Důležité je vyřešení situace, kdy je při skenování nutné sledovat skenovaný předmět i monitor, nebo dokonce monitor přenášet. Skener by měl být navržen tak, aby se s ním dobře skenovaly malé i velké předměty a měl by respektovat různé typy pracovních prostředí. Vzhledem k vysoké maximální době práce je nutné správně navrhnout ergonomické řešení úchopu a brát ohled na veškeré formy manipulace se skenerem. Z hlediska pracovní doby je zásadním parametrem hmotnost přístroje. Jelikož se jedná o velmi drahý přístroj, je potřeba při návrhu hledět na ochranu produktu před mechanickým poškozením. U všech plánovaných řešení a možných změn je nutné rozhodnout, zda jsou vhodné vzhledem ke změně hmotnosti přístroje, kterou způsobí. [7][8]

strana

27

Variantní studie designu

4

VARIANTNÍ STUDIE DESIGNU

Všechny následující variantní studie designu vychází z upřesnění kategorie ručního 3D skeneru. Jedná se o profesionální skener vyšší cenové kategorie. Ve všech variantách se taktéž objevuje jednotný inovační prvek, kterým je displej. Použití displeje je reakcí na nutnost sledování obrazovky a skenovaného objektu najednou. V každém návrhu je použit jiným způsobem. Varianty počítají s vertikálním uspořádáním hlavních součástí. Trojúhelníkové uspořádání bylo zamítnuto hned na počátku rešerší. Tyto varianty vychází z vytyčených cílů v předchozí kapitole.

4.1 Varianta č. 1 Toto řešení (Obr. 4-1) počítá s bezpečným odkládáním na podstavu. Svou robustnější koncepcí dovoluje umístění bezdrátového modulu i baterie uvnitř zařízení. Takové řešení umožňuje dokonale volnou manipulaci. Nevýhodou je vyšší hmotnost skeneru. Obsahuje vestavěný dotekový displej, který není možno odnímat, ani s ním jinak manipulovat. Nevýhodou je zhoršené pozorování displeje. Převážně pak při složitější manipulaci se skenerem. Výhodou je hlavně nižší poruchovost a pomalejší opotřebení a také výraznější tvarová jednota produktu. Ovládání je uskutečněno jedním ovládacím prvkem pro započetí a ukončení skenování. Případné další ovládání lze uskutečnit pomocí dotekového displeje. Tato varianta je nejbezpečnějším a nejodolnějším řešením skeneru.

Obr. 4-1 Skici k variantě č. 1

strana

28


4.2

4.2 Varianta č. 2 V této variantě (Obr. 4-2) je zásadní snaha o co nejmenší velikost a tvarovou jednoduchost. Neobsahuje například podstavu a počítá s odkládáním na přední stranu. Toto odkládání je stabilnější, ale je nutné přístroj odkládat na rovný a čistý povrch, ideálně pak do pouzdra. Pro toto odkládání disponuje návrh pogumováním v místech doteku s podložím. Obsahuje naklápěcí displej (podobně jako např. videokamery nebo fotoaparáty). V uzavřené poloze je displej zakrytý. Lze ho do boku otevřít a měnit úhel kolem horizontální osy. Výhodou je především variabilita displeje a ochrana při jeho nepoužívání. Panty znamenají vyšší poruchovost a rychlejší opotřebení. Skener disponuje jedním ovládacím prvkem. Koncepce tohoto návrhu nedovoluje umístění baterie uvnitř skeneru. Pravděpodobně do něj nebude možné zakomponovat ani bezdrátové USB. Z těchto důvodů je zapotřebí výstup na dva spojené kabely. Výhodou je především nízká hmotnost. Kvůli kabelům je naopak manipulace zhoršená.


strana

29


4.3 Varianta č. 3 Třetí varianta (Obr 4-3) vychází z tvarového kompromisu předchozích dvou variant. V tomto případě je skener možno odkládat na podstavu. Jako sekundární lze použít odložení na přední stranu nebo bok. Místa doteku s podložím jsou řešena pogumováním. V zadní dolní části se nachází úkos pro vhodné zapojení kabelu. Displej je plně odnímatelný. Lze ho použít připevněný na skeneru, ale také je možné ho držet v druhé ruce. Toto řešení umožňuje značnou mobilitu a volbu metody skenování. Nevýhodou pak může být nutnost integrované baterie v displeji. Skener disponuje jedním ovládacím prvkem. Tato varianta počítá s umístěním modulu pro bezdrátový přenos dat uvnitř přístroje. Baterie je řešena jako externí. Tak dochází ke kompromisu i z hlediska hmotnosti. Dále také toto řešení umožňuje volný pohyb bez napojení na počítač.


strana

30

Tvarové řešení

5

TVAROVÉ ŘEŠENÍ

5

Od samého začátku vývoje tvaru tohoto produktu byl brán ohled na jisté vstupní parametry. Jedná se o přístroj, který je využívám především v průmyslových odvětvích. Tomuto faktu by mělo odpovídat tvarové i barevné řešení. Vhledem k dlouhé pracovní době s přístrojem je nutné, aby měl co nejnižší hmotnost a velikost. 5.1

5.1 Inspirační zdroje Základem návrhů tvarového řešení byly inspirační zdroje v podobě obrazových koláží (Obr. 5-1, obr. 5-2). Do koláží byly vybrány obrazy a fotografie přírodních úkazů, umění, produktů a jiných struktur. Na základě těchto koláží vznikaly různé postupy pro tvarování křivek.

Obr. 5-1 Inspirační koláž č. 1

Obr. 5-2 Inspirační koláž č. 2

strana

31

Tvarové řešení

5.2 Vývoj tvarování Základem celého tvarování je vzájemná pozice tří křivek. Jedná se o dvě osy senzorů a osu úchopu. Osy senzorů lze pro počáteční zjednodušení uvažovat jako rovnoběžné. Osa úchopu by měla být vůči vertikální ose v náklonu (10 až 20) °. Tyto výchozí křivky je nutné při konkretizaci návrhu respektovat. Prvotní návrhy respektovaly dané křivky v maximální míře. Jako kritické se ukázalo místo spojení osy úchopu a osy spodního senzoru, kde vznikal ostrý úhel. [17]

Obr. 5-3 Vývoj tvarování

Obr. 5-4 Skica finálního řešení

strana

32

Tvarové řešení

5.3 Výsledné tvarování

5.3

Finální řešení má silný základ ve vzájemné pozici základních os. Ve zmíněném problémovém místě bylo zvoleno výraznější zkosení. Z jednoho ostrého úhlu tak vznikly dva tupé. Tyto čtyři křivky (Obr. 5-3) pak tvoří základ pro tvarové postupy. Z těchto křivek vychází i základní dělící křivka, která rozděluje skener na dvě základní části. Zadní část je tvarována geometricky s přesně danými zaobleními a tvoří základní kostru produktu. Inspirací pro toto řešení byly geometrické přírodní prvky z koláží. Přední část je tvarována více organicky, především proto, že její značná část tvoří úchop. Organické tvarování této části se projevuje také v návaznosti jednotlivých ploch. Inspirací pro tuto část byly organické křivky, převážně z přírodních prvků z koláží. Tyto dvě části společně tvoří základní tvar skeneru a na koncích ústí v senzory. Celkové tvarování připomíná písmeno C.

Obr. 5-5 Výsledné tvarování – varianta bez displeje

strana

33

Tvarové řešení

Obr. 5-6 Výsledné tvarování – varianta s displejem

Čočky senzorů jsou v rámci krytu lehce zapuštěny (Obr. 5-7). Důvodem je jejich ochrana před mechanickým poškozením, ale také zabránění přesvětlení čoček přímým světlem. Směrem dovnitř na kryt navazují LED světla pro eliminaci stínů na skenovaném objektu. Ty se nacházejí pouze u spodního senzoru. V horní části je odpovídající objekt nefunkční součást.

strana

34

Tvarové řešení

Obr. 5-7 Detail spodního senzoru

Zkosení ve spodní zadní části (Obr. 5-8) nemá pouze estetické důvody. V tomto místě vzniká velmi vhodný prostor pro zavedení kabelu pro připojení k baterii. Při držení skeneru jednou rukou a zapojování kabelu druhou rukou je toto místo velmi dobře dostupné a je možno skener bezpečně držet bez nevhodné manipulace.

Obr. 5-8 Detail zapojení kabelu

strana

35

Tvarové řešení

5.4 Příslušenství Baterie (Obr. 5-9) je tvarována tak, aby se dala pohodlně nosit v kapse i na opasku. Disponuje odnímatelnou sponou. Její šířka a výška jsou kratší na úkor tloušťky. Její rozměry jsou (25 x 76 x 133) mm, se sponou pak (41 x 76 x 133) mm. Baterie je také opatřena pogumováním v okrajových oblastech. Disponuje světelnou signalizací (čtyři LED světla), díky které je možno zjistit aktuální stav jejího nabití. Při nabíjení znamenají čtyři zapnutá světla plné nabití. [19]

Obr. 5-9 Externí baterie

Obr. 5-10 Spona baterie

strana

36

Tvarové řešení

Vysílač pro bezdátový přenos dat je ukrytý přímo uvnitř skeneru, konkrétně uvnitř rukojeti. Nijak nevystupuje na povrch přístroje. Přijímač do počítače je ve formě malého USB modulu (Obr. 5-11). Jeho rozměry jsou (11 x 20 x 48) mm, délka antény je 64 mm. Tento modul disponuje světelnou signalizací. Ta svítí plynule v případě aktivního spojení se softwarem v počítači. Při samotném skenování pak bliká.

Obr. 5-11 USB modul do počítače

strana

37

Konstrukčně technologické a ergonomické řešení

6

KONSTRUKČNĚ TECHNOLOGICKÉ A ERGONOMICKÉ ŘEŠENÍ

6.1 Schéma Hlavními vnitřními komponentami skeneru jsou dva senzory, projektor, řídící jednotka, zdroj, modul pro bezdrátový přenos dat ovládací prvky a výstup pro kabeláž. Vnějšími komponentami jsou pak externí displej a krytka (při nepoužití displeje zakrývá místo pro jeho připojení). Z čelního pohledu jsou všechny součásti rozvrženy vertikálně, jak je vidět na obrázku (Obr. 6-1). Současné skenery neobsahují modul pro bezdrátový přenos dat, který je z úsporných důvodů uložen v rukojeti. Celý koncept tvarování a velikosti skeneru počítá s tím, že technologie blízké budoucnosti budou umožnovat zmenšování jednotlivých komponent.

Obr. 6-1 Schéma skeneru strana

38


6.2 Rozměry

6.2

Celkové rozměry skeneru jsou (59 x 109 x 254) mm. S připevněný dislejem potom (70 x 109 x 278) mm. Rozměr displeje je (8 x 70 x 70) mm. Věškeré rozměry jsou zaznamenány na obrázku (Obr. 6-2).

Obr. 6-2 Rozměry skeneru a jeho součástí

strana

39


Zorné úhly senzorů jsou 84 ° (Obr. 6-3). Ideální vzdálenost mezi skenerem a skenovaným objektem je 750 mm. Zorné úhly obou skenerů se začínají protínat ve vzdálenosti 96 mm od horního senzoru.

Obr. 6-3 Zorné úhly senzorů

strana

40


6.3 Ergonomické řešení

6.3

Ergonomické řešení ručního 3D skeneru je velice důležitou součástí návrhu. Při práci často dochází k náročné manipulaci. Jak již bylo zmíněno, zásadní je délka práce, která může dosahovat až 6 hodin bez výraznější přestávky. K ovládání skeneru není potřeba velké množství příkazů, a pro to je vhodné vytvořit jednoduché intuitivní řešení. Skener se zapne při připojení a zapnutí externí baterie, která je nutná k jeho provozu. Toto řešení je voleno proto, aby při nechtěném stlačení ovladače na skeneru nedošlo k jeho vypnutí. 6.3.1 Úchop Zásadním prvkem z hlediska ergonomického řešení je úchop. Důležitý je především tvar a velikost průřezu úchopu a úhel sklopení od vertikální osy. Tvar úchopu v průřezu je znázorněn na obrázku (Obr. 6-2). Velikost průřezu se pohybuje v nižších hodnotách. Při dlouhé práci je tak sníženo riziko vzniku křečí v rukách. Ideální postavení ruky je takové, že natočení hřbetu ruky je pokračováním hřbetu předloktí, jak je znázorněno na obrázku (Obr. 6-4). Správný úhel naklonění úchopu je (10 až 20) °. Úchop tohoto skeneru je 13 °. [17][18]

6.3.1

Obr. 6-4 Ergonomie úchopu

strana

41


6.3.2 Ovládání prvky Samotný skener disponuje jedním ovládacím prvkem, který se nachází za zadní straně přístroje pod displejem (Obr. 6-5). Slouží pro zahájení a ukončení samotného procesu skenování. Lze jej pohodlně ovládat palcem ruky, kterou je skener držen, případně je možno jej ovládat druhou rukou. Na tomto ovladači je také světelná signalizace. Při zapnutí skeneru světlo svítí plynule. Při samotném skenování pak bliká v intervalech jednou za sekundu. Piktogram ve tvaru mezikruží odkazuje na běžně používaný kruhový znak pro začátek natáčení či nahrávání (record). Jemně vystupuje nad povrch, aby byl ovladač lehce nalezitelný hmatem.

Obr. 6-5 Ovladač skeneru

6.3.3 Displej a metody použití skeneru Externí displej má rozlišení (1080 x 1080) px. Disponuje jedním ovládacím prvkem, který slouží pouze k jeho zapínání. Ten je umístěn na zadní straně dipleje (Obr. 5-6). Dále je displej možno ovládat dotykově. Pro účely skenování není třeba mnoho příkazů (Obr. 6-9). Zásadní je především možnost přibližovata oddalovat zobrazení a dále základní nastavení monitoru (jas, kontrast, atd.). Externí displej umožnuje tři základní metody použití skeneru. [19] Použití bez displeje Tato metoda (Obr. 6-6) umožnuje použít jiný externí monitor pomocí bezdrátového spojení. Použití s displejem připevněným na skeneru V případě skenování malých objektů je vhodné připevnit displej ke skeneru (Obr. 6-6). Druhá ruka zůstává volná, a může manipulovat se skenovaným předmětem.

strana

42


Použití s displejem v druhé ruce V případě skenování velkých či špatně dostupných objektů je vhodné umístit displej do druhé ruky (Obr. 6-7). K tomu je možné použít gumový pásek na ruku, který lze na displej připevnit (6-8).

Obr. 6-6 Použití skeneru bez displeje a s displejem

Obr. 6-7 Použití skeneru s displejem v druhé ruce

strana

43


Obr. 6-8 Pásek na ruku u displeje

Obr. 6-9 Návrh vzhledu aplikace v displeji

strana

44


6.3.4 Zapojení kabelu Skosení v zadní spodní části přístroje má svůj ergonomický význam. Díky tomuto skosení dochází k pohodlnému postavení rukou při zapojování napájecího kabelu do přístroje (Obr. 6-10). Kabelový spoj disponuje mechanickou pojistkou. Kabel je před zapojením natočen od 90 °. Po zapojení je otočen zpět do vertikální polohy vzhledem ke skeneru a v této poloze je zajištěn. Pro vyjmutí je nutné postupovat obráceným způsobem.

6.3.4

Obr. 6-10 Poloha při zapojování kabelu

6.4 Materiály produktu a konstrukce

6.4

Pro vnější kryt skeneru je zvolen materiál s názvem PURE® (Obr. 6-11). Jedná se o kompozitní plastový materiál. Je složený ze 100% polypropylenu. Vyrábí se ve formě pásků a následným tkaním a svařováním vzniká polotovar. Ten se dále tepelně zpracovává. Přesto, že se jedná o homogenní materiál, vykazuje vlastnosti kompozitních materiálů. Eliminuje ovšem řadu jejich nedostatků. Hlavní výhodou je snadná a 100% recyklace. Plně recyklovatelný je také procesní odpad při jeho výrobě. U recyklace kompozitních materiálů je jejich třídění a dělení na jednotlivé složky značně náročné a nákladné. Studie dokazují, že jednosložkové materiály mohou mít v budoucnu široké využití při výrobě ekologicky šetrných produktů všech druhů. [20][21][20]

strana

45


Mezi hlavní vlastnosti PURE® patří nízká hmotnost, odolnost vůči nárazu (i při nízkých teplotách), tepelná tvarovatelnost a již zmíněná snadná recyklovatelnost. Používá se například pro výrobu ochranných pomůcek, neprůstřelných vest, sportovních potřeb, atd. Hustota PURE® je 0,78 g/cm3 a jeho přirozená barva je bílá nebo grafitová. [20][21] Součásti, u kterých dochází ke kontaktu s podložím, jsou vyrobeny z pryže. Technologie výroby je lisování. Dochází tak k lepší ochraně přístroje při pádu, odkládání, nebo nevhodné manipulaci.

Obr. 6-11 Materiál PURE® [21]

6.5 Bezdrátový přenos dat mezi skenerem a počítačem Pro bezdrátový přenos jsou uvažovány dva technologicky odlišné způsoby. Prvním je bezdrátový USB přenos. Druhým přístupem je přenos dat pomocí Wi-fi signálu. Pro ideální funkci potřebuje jeden senzor na skeneru rychlost přenosu cca 220 Mb/s. Celková potřebná rychlost je tedy cca 440 Mb/s. [22] 6.5.1 Přenos pomocí USB USB (Universal Seriál Bus) je v současnosti nejpoužívanější sběrnicí pro přenos dat. V roce 2007 a 2008 byly vyvinuty první koncepty bezdrátového USB (Obr. 6-12). To má velmi podobné vlastnosti jako USB 2.0, a to především v oblasti rychlosti a zabezpečení. Rozdílem je pak závislost bezdrátového spojení na vzdálenosti dvou komunikujících zařízení. Hlavní předností bezdrátového USB je mobilita daného zařízení. Proto je tato technologie použita v této práci. Dále také přináší výhody jako je nízká spotřeba energie, nízké náklady a především snižuje požadavky na velikost příští generace spotřební elektroniky. S touto technologií se také do budoucna počítá v oblasti přenosu a sdílení dat v rámci počítačových sítí. [23][24]

strana

46


V současnosti je maximální rychlost je cca 480 Mbit/s. Na vzdálenost 10 metrů pak cca 110 Mbit/s. V nejbližší budoucnosti se však předpokládá výrazné zvyšování přenosové rychlosti. K používání této technologie je třeba naistalovat do počítače příslušné ovladače. V rámci tohoto projektu mohou být ovladače součástí softwaru pro skenování. [23][24]

Obr. 6-12 Příklad modulu pro bezdrátový USB přenos [27]

6.5.2 Přenos pomocí Wi-fi Wi-fi (wireless fidelity) je technologie umožňující bezdrátový přenos dat především v počítačových sítích. Tato technologie funguje na bázi rádiových vln, a to v tak zvaném bezlicenčním frekvenčním pásmu. [26]

6.5.2

V tomto případě je využito nového standardu bezdrátové komunikace IEEE 802.11ac. Jedná se již o pátou generaci technologie Wi-fi. Proti předchozímu standardu pracuje na frekvenci 5 GHz a dosahuje až trojnásobné rychlosti toku dat. Při použití tří linek se jedná až o rychlost 1 300 Mb/s. V další generaci tohoto standardu se uvažuje teoretická rychlost až 3 470 Mb/s. [26]

6.6 Baterie

6.6

Baterie je volena jako externí součást skeneru a je s ním spojena USB kabelem. Toto řešení je zvoleno proto, aby skener měl co nejnižší hmotnost, jelikož se s ním manipuluje jednou rukou a často značně dlouhou dobu. Takto je možné baterii uložit do kapsy nebo například upevnit na opasek. Nošení hmotnosti 300 gramů při použitém uložení méně namáhá uživatele. [25] Zvolená technologie baterie je Li-Pol. Jedná se o vylepšení technologie Li-Ion. Tato technologie je aktuálně nejpokročilejší široce rozšířenou technologií pro úschovu elektrické energie. Mezi hlavní výhody patří nízká hmotnost, možnost vyrábět baterie s velmi nízkým profilem ale také vyšší bezpečnost (proti přebíjení, proti úniku elektrolytu). Mezi nevýhody patří vyšší výrobní náklady nebo nižší počet dobíjecích cyklů. [25]

strana

47


Kapacita baterie je 16 000 mAh (miliampérhodina). Tato hodnota byla zvolena na základě maximální doby práce a také na hmotnosti odpovídající dané kapacitě. Baterie vydrží přibližně na 6 hodin práce a její hmotnost je cca 300 g. V případě použití záložní baterie je možno pracovat celý den. [19][25]

Obr. 6-13 Baterie pro skener Artec Eva [6]

strana

48

Barevné a grafické řešení

7

BAREVNÉ A GRAFICKÉ ŘEŠENÍ

7 7.1

7.1 Barevné řešení Jako základní barva byla zvolena tmavě šedá až černá barva. Další barvy potom vychází ze škály šedých barev. Detaily jsou řešeny doplňkovou tmavě červenou bledší barvou. Konkrétní základní barvy jsou vypsány v grafickém řešení. Toto řešení bylo zvoleno zejména proto, že se jedná o přístroj používaný zejména v průmyslu. Tmavé barvy lépe skrývají znečištění a drobná mechanická narušení. Červená barva konkretizuje a finalizuje detaily skeneru. Jejím účelem je také upozornit na přítomnost produktu v pracovním prostředí. Pro tento důvod by bylo možné použít i například žlutou nebo oranžovou barvu. Červená byla mezi těmito barvami zvolena proto, že ve svém klidném a ne příliš výrazném odstínu působí důstojně a nejlépe odpovídá koncepci návrhu i druhu přístroje. Barevné varianty jsou zobrazeny na obrázku (Obr. 7-2, obr. 7-3). Pro použití v průmyslových prostorech, kde může docházet k častému znečištění, je vhodné použít variantu s krytem, který je celý řešen tmavou barvou (Obr 7-1).

Obr. 7-1 Tmavé barevné řešení

strana

49


Obr. 7-2 Barevná řešení 1

Obr. 7-3 Barevná řešení 2

7.2 Grafické řešení Barvy grafického řešení korespondují s barvami skeneru samotného. Jedná se tedy o červenou a černou barvu, které jsou doplněny o bílou. Základní barvy (Obr. 7-4) jsou dopněny o odstíny těchto barev. To se projevuje především u loga. Plošná doplňková grafika (Obr. 7-7) je tvořena polygonální sítí, kde jednotlivé díly využívají přechodu mezi černou, bílou a červenou barvou. Myšlenka tohoto řešení je založena na způsobu jakým skener snímá povrch. Při skenování totiž dochází k vytváření polygonové sítě.

strana

50


Obr. 7-4 Barvy pro grafické zpracování

7.2.1 Název, písmo a logo Pro tento projekt byl zvolen název VISPO. Tento název byl vytvořen z počátečních písmen dvou anglických slov: „VISion“ – vize a „POrtable“ – přenosný. Použitým písmem je písmová rodina Titillium. Pro nadpisy a zvýraznění jsou použité převážně tučné řezy (semibold, bold). Pro souvislý text potom řezy tenké (light, thin).

7.2.1

Logo produktu (Obr. 7-5) je založeno na názvu VISPO. Vychází z fontu Titillium Bold. Písmena S a P jsou tvarově upravena tak, aby působila, že na sebe navazují, ale je mezi nimi mezera. Základní barevné použití loga je varianta vyplněná již zmíněnou polygonální sítí. Logo je také možno použít v odstínech černé, dle barvy pozadí.

Obr. 7-5 Logo

strana

51


Logo může být doplněno o text: „Handheld 3D scanner“ (Obr. 7-6) napsáno fontem Titillium Thin. Ten je umístěn na pravé straně loga. Pod logo je také možno doplnit podnadpis: „safety, comfort, ease, performance“ napsáno fontem Titillium Thin (Obr. 7-6).

Obr. 7-6 Loga s popisy

Obr. 7-7 Plošná doplňková grafika

strana

52

Diskuze

8

DISKUZE

8.1 Psychologická funkce

8 8.1

Celkové působení na uživatele je dáno základním tvarem, barevností, intuitivním ovládáním a pochopením celkové koncepce na první pohled. Skener je převážně určen pro využití v průmyslu a jedná se o nákladné zařízení. Tyto fakty by měly být znatelné na vzhledu přístroje a působit tak na uživatele. Tvarování skeneru je jednoduché a jednoznačné. Tvar je naržen tak, aby žádná tvarová část nepůsobila zbytečně a aby celkově nepůsobil produkt přetvarovaně. Díky tomuto jednoduchému tvarování je jednoznačné, kde se přesně nachází úchop a jak ho použít. Na první pohled viditelné pogumované části vzbuzují pravdivý dojem, že je kladen značný důraz na bezpečnost produktu před mechanickým poškozením. Barevné zpracování také odpovídá tomu, kam je produkt určen. Odstíny šedé jsou doplněny o barevné dataily, které zachovávají základní myšlenku barevnosti, ale zároveň odstraňují anonymitu produktu.

8.2 Ekonomická funkce

8.2

Tento skener spadá jednoznačně do vyšší cenové kategorie mezi produkty tohoto typu. Je tomu tak především kvůli výkonosti a přesnosti, kterou přístroj poskytuje. Jeho přesnost je srovnatelná s nejdražšími ručními skenery na současném trhu. Cena těchto produktů se pohybuje mezi (1 000 000 až 2 000 000) CZK. Inovace v podobě externího dipleje rovněž bude znamenat růst ceny, ale procentuálně do celkové ceny zasáhne pouze minimálně. Tento fakt by mohl být rozdílovou konkurenční výhodou. Mezi další rozdílové konkurenční výhody patří celkové zpracování a kvalitní doprovodné služby (např. grafické zpracování, příslušenství, dokumentace, servis, technická podpora a komunikace s výrobcem.).

8.3 Sociální fuknce

8.3

Tento přístroj je určen pro profesionální využití. Investice do skeneru se vyplatí převážně firmám a institucím, které budou jeho funkce využívat často a vyžadují nejlepší výkon a přesnost. Hlavní využití nachází především v průmyslu (např. kontrola součástí ve výrobě i provozu). Jednotlivcům může zprostředkovaně sloužit především ve zdravotnictví kde se 3D skenování využívá především pro výrobu ortéz a náhrad přesně na míru konkrétního pacienta.

strana

53

Závěr

9

ZÁVĚR

U současných ručních 3D skenerů vyšší cenové kategorie nebyly nalezeny významější problémy, proto byla tato práce zaměřena na vylepšení současné situace a hledání nových inovací. To se projevilo především v hlavním inovačním prvku, kterým je externí diplej, který umožňuje více možností práce se sekenerem. Toto řešení reaguje na stanovený cíl práce. Dalším cílem bylo zachovat či vylepšit ergonomické parametry. Toho bylo dosaženo především vhodným nakloněním úchopu a tvaren jeho průřezu. Při řešení maximální univerzálnosti přístroje bylo nutné volit mezi možnostmi, které měli klady i zápory. Jedná se především o kombinaci technologie skenování a s tím spojenou nutnost kalibrace a servisních zásahů. Na základě těchto parametrů byla zvolena technologie založena na promítání strukturovaného světla. Tímo bylo dosaženo vhodné kombinace jednotlivých rozhodnutí vzhledem ke stanovenému cíli. Na produkty tohoto typu jsou neustále kladeny vyšší požadavky. V blízké budoucnosti se předpokládá další snižování velikosti, hmotnosti a také přesnosti ručních 3D skenerů. I s tímto předpokladem tato práce počítá.

strana

54

Seznam použitých zdrojů

10 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1]

3D Laser Scanner, Coordinate Measuring Machine and 3D Scanning | Creaform [online]. ©2002-2016 [cit. 2016-03-27]. Dostupné z: http://www.creaform3d.com

[2]

Ebook1_an_introduction_to_3d_scanning_en_26082014. 3D Laser Scanner, Coordinate Measuring Machine and 3D Scanning | Creaform [online]. ©20022016 [cit. 2016-03-24]. Dostupné z: http://www.creaform3d.com/sites/default/files/assets/technologicalfundamentals/ebook1_an_introduction_to_3d_scanning_en_26082014.pdf

[3]

ČERMÁK, Jan. Metody 3D skenování objektů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2015. 44 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Tomáš Marada, Ph.D.

[4]

3D LASER SCANNERS: HISTORY, APPLICATIONS, AND FUTURE. ResearchGate - Share and discover research [online]. 2016 [cit. 2016-03-24]. Dostupné z: https://www.researchgate.net/publication/267037683_3D_LASER_SCANNER S_HISTORY_APPLICATIONS_AND_FUTURE

[5]

Matter and Form. Matter and Form [online]. [cit. 2016-03-24]. Dostupné z: https://matterandform.net/blog/a-brief-history-of-3d-scanning

[6]

Professional 3D scanning solutions | Artec3d [online]. 2016 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: https://www.artec3d.com

[7]

Informace poskytla Ilona Župková, ze společnosti ABBAS, a.s. Brno 2. 3. 2016.

[8]

Informace poskytl Martin Hlavoň, ze společnosti SolidVision, s.r.o. Brno 26. 2. 2016.

[9]

Rapid Prototyping, Advance Digital Manufacturing, 3D Printing, 3-D CAD | 3D Systems [online]. 2015 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.3dsystems.com

10

[10] 3D Measurement Technology from FARO [online]. [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.faro.com/home [11] 3D scanners comparison. Aniwaa - 3D printers and 3D scanners price comparison [online]. 2016 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.aniwaa.com/comparison/3d-scanners/ [12] 2015 Best 3D Scanners Under $50000 - iReviews. Reviews of Breakthrough Technology - iReviews[online]. 2015 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://3dscanners.ireviews.com/2015-best-3d-scanners-under-50000-review [13] 3d-skenovani.cz [online]. 2013 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.3dskenovani.cz [14] Skenování ve 3D – 3D skenery a 3D skenování objektů [online]. 2016 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.skenovanive3d.cz

strana

55

Seznam použitých zdrojů

[15] 3D Scanners - A guide to 3D scanner technology | Geomagic. 3D Systems Software for 3D scanning, design & inspection [online]. [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.rapidform.com/3d-scanners/ [16] 3D skenování. CAD - aktuálně ze světa CAD, CAM, CAE, CAQ, FEM a

PLM [online]. ©2009-2016 [cit. 2016-03-30]. Dostupné z: http://www.cad.cz/strojirenstvi/38-strojirenstvi/2851-3d-skenovani.html [17] Informace poskytla Ing. Dana Rubínová, Ph.D., z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně, Brno 6. 4. 2016. [18] Informace poskytla Bc. Eliška Petriláková, fyzioterapeutka, Brno 1. 3. 2016 [19] Alza.cz - největší obchod s počítači a elektronikou | Alza.cz [online]. ©19942016 [cit. 2016-04-21]. Dostupné z: https://www.alza.cz [20] PELCL, Jiří. Design: od myšlenky k realizaci = from idea to realization. V Praze: Vysoká škola uměleckoprůmyslová v Praze, c2012. ISBN 978-8086863-45-0. [21] Pure Composites [online]. [cit. 2016-04-21]. Dostupné z: http://www.ditweaving.com/about_pure.php [22] Informace poskytla Yaroslava Laptinskaya, Artec Support, 25. 2. 2016 [23] USB.org - Wireless USB. USB.org - Welcome [online]. [cit. 2016-04-21]. Dostupné z: http://www.usb.org/developers/wusb/ [24] All USB – News, Reviews and Info on USB Drives, Devices, Gadgets, Peripherals and Custom USB Applications. [online]. 2016 [cit. 2016-04-21]. Dostupné z: http://www.allusb.com [25] Basic to Advanced Battery Information from Battery University [online]. 2016 [cit. 2016-04-21]. Dostupné z: http://batteryuniversity.com [26] 802.11ac Definition. The Tech Terms Computer Dictionary [online]. 2016 [cit. 2016-04-21]. Dostupné z: http://techterms.com/definition/80211ac [27] LEWIS Wire - USB Implementers Forum Certifies IOGEAR’s Wireless USB to VGA Kit. LEWIS Wire - Lights, Camera, Action; ViewSonic® Brings the Internet and Netflix to your Living Room [online]. 2016 [cit. 2016-05-21]. Dostupné z: http://www.lewiswire.com/us/lewiswire/IOGEAR/USBImplementers-Forum-Certifies-IOGEARs-Wireless-USB-to-VGA-Kit/n/1814

strana

56

Seznam použitých zkratek, symbolů a veličin

11 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN 3D CZK USD Px Wi-fi Mb/s GHz mAh LED Li-Pol Li-Ion

11

třídimnezionální koruna česká americký dolar pixel wireless fidelity (bezdrátová věrnost) megabit za sekundu gigahertz miliampérhodina elektroluminiscenční dioda (Light-Emitting Diode) Lithium Polymer Lithium Iont

strana

57

Seznam obrázků

12 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2-1 Obr. 2-2 Obr. 2-3 Obr. 2-4 Obr. 2-5 Obr. 2-6 Obr. 2-7 Obr. 2-8 Obr. 2-9 Obr. 2-10 Obr. 2-11 Obr. 2-12

Ruční 3D skener EXA Scan od firmy Creaform z roku 2007 Ruční 3D skener Artec Eva Ruční 3D skener HandyScan 3D Ruční 3D skener Sense 3D scanner Ruční 3D skener FARO Freestyle 3D scanner [1] Ruční 3D skener EinScan Pro Pouzdro a příslušenství skeneru FARO Freestyle [1] SWOT analýza Přehled 3D skenovacích zařízení [15] Triangulace u laserových skenerů [15] Kalibrační deska pro skener FARO Freestyle [1] Triangulace u skenerů na bázi strukturovaného světla [15]

16 17 18 18 19 21 22 22 23 24 24 25

Obr. 3-1 Obr. 3-2

Skici 1 Skici 2

26 27

Obr. 4-1 Obr. 4-2 Obr. 4-3

Skici k variantě č. 1 Skici k variantě č. 2 Skici k variantě č. 3

28 29 30

Obr. 5-1 Obr. 5-2 Obr. 5-3 Obr. 5-4 Obr. 5-5 Obr. 5-6 Obr. 5-7 Obr. 5-8 Obr. 5-9 Obr. 5-10 Obr. 5-11

Inspirační koláž č. 1 Inspirační koláž č. 2 Vývoj tvarování Skica finálního řešení Výsledné tvarování – varianta bez displeje Výsledné tvarování – varianta s displejem Detail spodního senzoru Detail zapojení kabelu Externí baterie Spona baterie USB modul do počítače

31 31 32 32 33 34 35 35 36 36 37

Obr. 6-1 Obr. 6-2 Obr. 6-3 Obr. 6-4 Obr. 6-5 Obr. 6-6 Obr. 6-7 Obr. 6-8 Obr. 6-9 Obr. 6-10 Obr. 6-11 Obr. 6-12 Obr. 6-13

Schéma skeneru Rozměry skeneru a jeho součástí Zorné úhly senzorů Ergonomie úchopu Ovladač skeneru Použití skeneru bez displeje a s displejem Použití skeneru s displejem v druhé ruce Pásek na ruku u displeje Návrh vzhledu aplikace v displeji Poloha při zapojování kabelu Materiál PURE® [21] Příklad modulu pro bezdrátový USB přenos [27] Baterie pro skener Artec Eva [6]

38 39 40 41 42 43 43 44 44 45 46 47 48

strana

58

Seznam obrázků

Obr. 7-1 Obr. 7-2 Obr. 7-3 Obr. 7-4 Obr. 7-5 Obr. 7-6 Obr. 7-7

Tmavé barevné řešení Barevná řešení 1 Barevná řešení 2 Barvy pro grafické zpracování Logo Loga s popisy Plošná doplňková grafika

49 50 50 51 51 52 52

strana

59

Seznam příloh

13 SEZNAM PŘÍLOH 1. Fotografie modelu 2. Zmenšený poster 3. Sumarizační poster A1 (měřítko 1:1) 4. Hmotový model (měřítko 1:1) 5. CD s elekronickou verzí práce

strana

60

Fotografie modelu

FOTOGRAFIE MODELU

1

strana

61

Forografie modelu

strana

62

Zmenšený poster

ZMENŠENÝ POSTER

1

strana

63

ABSTRAKT KLÍČOVÁ SLOVA

Recommend Documents