画像をSTLに変換するAIが写真を印刷可能な形状に再構築する仕組み

AIモデルが1枚の平面画像から奥行きと形状の手がかりを読み取り、その背後にある形状を推定して、スライスして印刷できるSTLを書き出します。

画像をSTLに変換する

この方法がある理由

画像をSTLに変換するAIを使うのは、手元に1枚の写真しかなく、表面より形状が重要なときです。高さマップでできるのは、平面上のピクセルを上下に動かすことだけなので、コインのレリーフには向いても、マグカップの取っ手には使えません。再構築モデルはシルエット全体を読み取り、その背後にある体積を推定し、3軸で立体になるメッシュを作ります。これは測定値ではなく推定値ですが、このページではその推定がどこまで通用するかを明確に説明します。

多くの人は、JPEGはあるものの、スキャナーもノギスもなく、CADで作り直す予定もない状態で使い始めます。フォトグラメトリには、安定した軌道で撮影した重なり合う多数の画像が必要です。構造化光スキャナーには機材と暗い部屋が必要です。1枚の画像からの再構築があるのは、代わりにモデラーで対象を手作業で描き直し、すべての半径を推測する必要があるからです。精度と速度を交換する方法であり、その割り切りも明確です。寸法を0.2 mmに正確に合わせる必要があるなら、実物を測ってください。形状を認識できるブラケットの原型を作って調整したいなら、1回のアップロードでそこまで進めます。

写真からメッシュまでの3段階

各段階には判断があり、入力が弱いとメッシュも弱くなるポイントがあります。

対象の切り抜き

まずモデルは、どのピクセルが対象で、どれが背景かを判断します。何もない均一な明るさの背景なら判断しやすいため、物が多いキッチンのカウンターより、白い壁やグレーの厚紙のほうが適しています。背景と判定された部分は、形状を作る前に破棄されます。

奥行きと法線の推定

学習済みネットワークは、対象の各ピクセルがカメラからどれだけ離れているか、またその場所の表面がどちらを向いているかを予測します。これにより、測定点の集合ではなく、密な奥行きマップが得られます。柔らかな影や光沢の反射は、実際には形状の変化でないものを形状の変化に見せるため、モデルを誤らせます。

メッシュ抽出と背面の補完

奥行きマップを表面に変換し、見えていない対象の背面をもっともらしいシェルで塞ぎます。ファイルを扱いやすいサイズに保つため、三角形を結合して簡略化します。出力されるのは1つの閉じたボディですが、薄い壁は修復作業が必要になる場合があります。

画像から印刷可能なファイルまで

再印刷をできるだけ減らせる順番で進める4ステップです。

  1. 1

    モデルが読み取れる画像を選ぶ

    対象は1つにし、フレームの大部分を占めるようにして、対象と明るさの異なる背景に置きます。拡散光源による均一な照明は、解像度を上げるより効果があります。JPG、PNG、GIF、BMP、TIFF、WebP、SVG、HEICに対応しており、最大20 MBです。

  2. 2

    対象をぎりぎりまで切り抜き、プレビューを確認する

    対象の周囲にある余計なものを切り取り、セグメンテーションが推測する範囲を減らします。硬い影が対象全体に伸びているなら、そのまま進めず別の画像を選んでください。プレビューでは、ファイルを確定する前に再構築された形状を確認できます。

  3. 3

    変換してSTLを確認する

    メッシュをダウンロードし、印刷プレビューだけでなくスライサーの3Dビューで開きます。穴、浮いたシェル、影に沿ってできた突起を探してください。修正が必要な箇所の多くは、視点を回して最初の数秒で見つかります。

  4. 4

    縮尺を設定し、底面を平らにしてテスト印刷する

    STLには単位が保存されないため、自分でサイズをミリメートルに設定し、0.4 mmノズルに対して壁の厚みを確認します。対象を置く部分を平らな底面に切り、密着しやすくします。フィラメントをフルサイズに使う前に、0.2 mmの積層で小さいサイズを印刷してください。

画像をSTLに変換するAIが向かない場面

こうした場合は、別の方法か定規を使ったほうがうまくいきます。

  • 平面のイラスト、文字、ロゴ、印章。これらを立体的に再構築すると、元画像にない奥行きを作ってしまいます。高さマップのほうが元の線画を忠実に保てます。
  • カメラから隠れている部分があるもの。対象の背面、カップの内側、遮られて見えないすべての面は推測されます。その推測は滑らかで自然でも、正しいとは限りません。
  • 細い部品、分離した部品、透けて見える部品。ワイヤー、スポーク、グリル、透明なシェルは、切り抜きと奥行き推定の両方を混乱させ、壊れたり一体化したりした状態で出力されることがあります。
  • 寸法の正確さが必要なもの。ピクセルには縮尺がないため、サイズを設定するまでは30 mmの部品も300 mmの部品も同じメッシュになります。穴径や圧入部は、必要な寸法にはなりません。
  • 写真より細かい表面ディテール。印刷用のテクスチャや細かな彫刻は平均化されて失われます。また、STLが保持するのは形状だけなので、色やテクスチャはファイルに付いてきません。

ここで画像をSTLに変換

最大20 MBのファイルをアップロードすると、同じブラウザのタブでSTLを受け取れます。Windows、macOS、Linux、iOS、Androidで動作し、インストールもアカウント登録も不要です。基本的な変換は無料です。

よくある質問

ピクセルから奥行きと表面の向きを予測する学習済みネットワークで、その予測から形状を作ります。フィルターなら明るさを高さに置き換えるだけです。ここで出力されるものには体積があるため、視点を回して対象の背面を見ることができます。ただし、その背面は実際に見たのではなく推測したものです。

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