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用智能手机进行3D扫描

经过Rob Matheson,麻省理工学院新闻办公室|2014年1月31日

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3D扫描创业公司Viztu Technologies在出售给一家科技巨头之前开发了一款商业软件,可以从2d照片生成3d模型。

传统上,3-D扫描需要昂贵的激光扫描仪设备,复杂的软件和技术专长。

但麻省理工学院的衍生公司Viztu Technologies帮助改变了这一状况:2011年,Viztu发布了一款在线免费软件,基本上用个人相机取代了昂贵的扫描硬件。这一创新催生了一个迅速崛起的商业企业,Viztu最终被一家科技巨头收购,如今该公司正将这项技术推向全球公众。

Viztu’s flagship web service, Hypr3D, could rapidly generate digital 3-D models of an object (human or inanimate) or scene from a series of user-uploaded 2-D digital photos or videos, usually captured by digital cameras, smartphones, or webcams.

Viztu的首席技术官,13岁博士Thomas Milnes说:“我们给了人们可用的最简单的扫描仪:他们已经拥有的相机。”他开发了Hypr3D的软件,作为他在麻省理工学院的论文的一部分。“现在,智能手机或数码相机只需在网上花几分钟就能建立一个3d模型,再花几分钟就能打印出来。”

推出Hypr3D后不到一年,Viztu——由米尔恩斯和首席执行官迈克尔·“阿什”·马丁(Michael Ash Martin)共同创立的MBA ' 10——就拥有了数千名用户,数万次的模型观看和下载。

但是,虽然HyPr3D自由地提供,但该公司正在取得重大收入:大型客户正在缔约国签订viztu,以从3-d电影制作到3-D映射到三维映射来定制其技术的技术。

在Southwest(SXSW)加速器竞赛的“创新网络”轨道上追捕了大奖,2012年的“创新网络”轨道追踪,Viztu销往全球三维印刷公司之一。自收购以来,3-D系统将VIZTU的软件集成到其全局搭配消费平台。

在帮助3-D系统集成VIZTU技术后,MILNES返回麻省理工学院在机械工程中完成他的博士学位。他现在正在使用另外两个MIT校友,在另一个启动,开发电力,开发一种用于水下车辆的新颖和无毒的燃料电池,这些车辆可以比传统的锂离子电池更长。Martin仍然拥有三维系统,运营其消费品部门 - 包括搭配覆盖大部分VizTu的原创工作的软件平台。

一个简单的管道

使用Hypr3D时,用户通常会将一个物体放置在具有视觉纹理的材料上,比如新闻纸——这样软件就可以利用背景来确定相机的方向——然后捕捉5到30张图像,通常是围绕物体的一个圆圈,从各个角度捕捉它。上传照片到Hypr3D大约15分钟后,用户就可以在一个单独的网页上查看模型,所有模型文件都可以免费下载。用户可以分享和评论模型,从Viztu要求3d打印版本,或在家里打印他们的模型。

Viztu的一部分的新奇是采取现有技术,并将它们与易于使用的自动化管道相结合。众所周知,大约15个独立的软件 - 用不同的编程语言编写并在不同的操作系统上运行 - 是Hypr3d管道的一部分。

米尔恩斯把这个复杂的过程分解成几个基本步骤。首先,软件确定相机的位置。然后,它执行一种三角测量,计算每个点在每个图像的真实位置。这一步创建了一个点云-分散的点,代表被拍照的对象。

然后,通过计算曲面细分,软件在该点上创建一个实心的表面网格。最后,原始图像数据在此表面网上覆盖,使模型全彩和照片逼真。

创建点云和构建网格所需的很多技术在Viztu之前就已经存在了;其中一些来自开源社区。但是在网格上混合和分层原始图像数据是Viztu独有的。米尔恩斯说:“基本上,软件将照片以papier-mâché的方式粘贴到模型上,使模型看起来就像原始物体一样。”

这需要VIZTU开发一个无缝集成对象所拍摄的图像以创建最终的“纹理地图”图像的过程。当您使用智能手机采取同一对象的并排照片时,Milners解释,每个图像的颜色和亮度通常会不同,因为相机可以随着每个镜头自动调整曝光和白平衡。

在主要由Intern Ami Patel'12,MNG'13完成的工作中,VizTu创建了一个软件组件,即“全球平衡”的所有照片的颜色,以创建一个单一的无缝的“纹理地图”来粘贴在网格上。

所有这些对用户来说都是自动化的。米尔恩斯说:“我们曾经把一堆图片放到一个文件夹中,然后点击‘开始’,在另一端你就得到了这个非常漂亮的模型。”

使用“人们携带的硬件”

Milnes和Martin在麻省理工学院斯隆管理学院(MIT Sloan School of Management)项目合作后不久就推出了Viztu,该项目将麻省理工学院各地的学生聚集在一起,开发商业产品。

该团队专注于一种特殊的“光场”相机,它能够拍摄3d图像。这台相机是米尔恩斯博士工作的重点:他正在改进这项技术的早期版本,他曾在机械工程教授道格·哈特(Doug Hart)创办的初创公司Brontes Technologies做实习生。马丁和其他三名来自麻省理工学院斯隆管理学院(MIT Sloan)和哈佛商学院(Harvard Business School)的学生专注于确定相机的市场。

但最终,他们认为市场还没有为他们的相机做好准备。然而,米尔恩斯为这款相机开发的软件具有商业潜力。“吸引人的是,现在你可以做每个人都想做的3d扫描,但用的是人们已经拥有的硬件,”米尔恩斯说。

项目结束后,马丁和米尔恩斯参加了麻省理工学院10万美元的竞赛(进入半决赛),并利用麻省理工学院的创业指导服务(Venture Mentoring Service)创建了Viztu。最初,这家公司在米尔恩斯的公寓里经营,那里有一台高性能电脑和3d打印机,但很快就搬到了剑桥的办公室。

在那里,用户需求使公司的技术不断发展。例如,那些在遥控飞机上安装了摄像头的飞行器爱好者,“会给我们几百张风景照片,让我们用它们来建立一个模型,”米尔恩斯说。“这大约是我们认为能够处理的数据的10倍。”

这导致了软件的调整,可以处理更多的照片和同时处理多个模型。这些进步伴随着改进的web应用程序来处理不断增长的流量。

卖点

很快,资金将完全,快速地从几家大公司出现。A 3-D movie technology company, RealD Cinema, contracted Viztu to demonstrate how its software could be used to edit live-action 3-D video — just like computer-generated 3-D movies — by tweaking a movie’s frames in postproduction, instead of reshooting entire scenes. Viztu successfully created a working proof of concept. Another 3-D-mapping company, C3 Technologies (acquired by Apple in 2011), contracted Viztu to see how alternative methods of computation could help them recreate city-scale 3-D models.

另一家客户Geomagic希望将Viztu的软件整合到其3d扫描软件套件中。尽管Geomagic公司提出收购Viztu公司——米尔恩斯和马丁很高兴地接受了这一提议——但这笔交易最终以失败告终。

然而,这次险些被收购的交易让马丁和米尔恩斯意识到Viztu的最佳途径是收购。在德克萨斯州奥斯汀举行的SXSW音乐节上获奖后。米尔恩斯说,Viztu回到波士顿,“把公司挂牌出售”。其中,他们联系了3-D系统公司的一位联系人,他在勃朗特工作时就认识他。

几天后,米尔恩斯和马丁在洛杉矶与3-D系统公司的首席执行官阿贝•赖森塔尔敲定了最终的收购协议——2012年7月,这一收购正式生效。

Milnes表示,VIZTU的收购途径是一个不寻常的收购,因为该公司完全在客户收入上启动并在仅18个月内获得首次收购报价。此外,创始人是全日制学生的一些或全部公司的生命。

但米尔恩斯说,除了能带来丰厚的收入外,将Viztu出售给一家拥有更多资源的大公司对这项技术来说是理想的选择,因为3-D Systems可以为大众带来3-D扫描的廉价替代品。

米尔恩斯表示:“作为一名科技企业家,你真的希望看到自己的技术走向更广阔的世界。”“Viztu的一切都是为了让3d扫描大众化,而3d Systems的购买在很大程度上帮助我们做到了这一点。”


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