چگونه نقشه های زمین شناسی را پرینت سه بعدی کنیم

در این آموزش روشهای تبدیل انواع فایلهای توپوگرافی،‌ توپولوژی، جغرافیایی، Terrain را به فایل فرمت STL و چاپ سه بعدی آنرا فرا خواهید گرفت. این مقاله ابتدا روشهای آسان تبدیل نقشه به فایل پرینتر سه بعدی را شرح میدهد و سپس روش سختر که مناسب کاربران حرفه ایست، توضیح داده خواهد شد.

• گام اول: روشهای آسان تبدیل نقشه به فایل پرینتر سه بعدی:

ابتدا به شرح شیوه‌های آماتوری که برای کاربران مبتدی و حرفه‌ای کارگشا بوده و سریع میباشد، میپردازیم. به جهت اهمیت پرینت سه بعدی نقشه های زمین شناسی و تقاضای بالایی که برای آن وجود آمده است، سایتهایی امکان تبدیل نقشه به فایل فرمت STL را به صورت آنلاین فراهم کرده اند. در اینجا به معرفی دو مورد از این سایتها میپردازیم. فراموش نکنید اگر سایتها درست بارگذاری نمیشوند؛ شاید بهتر است از ف.ل.ت.ر.ش.ک.ن استفاده کنید:

• وبسایت jthatch.com:

در این سایت به راحتی امکان انتخاب منطقه جغرافیایی،‌ تنظیمات دلخواه و گرفتن مدل STL فراهم شده است. ابتدا باید در صفحه اصلی، بخش Terrain to STL را کلیک کنید (این سایت ابزارهای کاربردی دیگری هم دارد که بعداً خودتان بررسی کنید). کافی با زوم و درگ به محدوده جغرافیایی مورد نظر رفته یا اگر مختصات منطقه را دارید، کمیتهای Latitude یا عرض جغرافیایی و Longitude یا طول جغرافیایی را در کادر کشویی پایین وارد کنید.

در منوهای کشویی پایین تنظیمات کادر انتخاب، سطح عمودی، مقیاس و غیره وجود دارد که بررسی آن‌ها را به خودتان واگذار میکنیم. پس از اطمینان از تنظیمات، گزینه create & download را در پایین صفحه فشار دهید، فایل STL در فرمت فشرده دانلود میشود، به همین راحتی یک نقشه توپوگرافی آماده پرینت سه بعدی برای شما محیاست! این سایت سریعتر و هوشمندتر از سایت بعدی است که توضیح میدهیم.

نکته ۱: قبل از دریافت فایل،‌حتما تنظیمات بخشهای کشویی را مرور و مقادیر را افزایش دهید، در غیر این صورت، فایل دریافتی ابعادی بسیار ریز و غیر قابل چاپ خواهد داشت.

نکته ۲: اگر هنگام دانلود دچار مشکل میشوید، چندبار عقبگرد کرده و دوباره دانلود را فشار دهید. اگرچه نمایشگر محدوده جغرافیایی تغییر کرده است ولی مختصات و فایل دانلود همچنان محدوده‌ایست که قبلاً انتخاب شده بود (البته به بخش مختصات نگاه بیندازید تا مطمئن شوید).

نکته ۳: امکان دیگر این سایت خوب،‌ پرینت سه بعدی از سطح کره ماه است! بد نیست آنرا هم امتحان کنید.

برای نمونه ما توپوگرافی خلیج همیشه پارس را از این سایت با فرمت STL دانلود کردیم. اندازه آنرا بزرگ گرفتیم (بالای ۶۰۰ میلیمتر). در نرم‌افزار Simplify3D بستر ساخت پرینتر سه بعدی با ابعاد ۶۰۰x600x900 میلیمتر را تعریف و مدل نسبت به این ابعاد کوچکتر شد.

• وبسایت terrainator.com:

این یکی هم مثل سایت قبلی است ولی تفاوتهایی دارد، که ارجحیت آنرا نسبت به سایت قبل تحت تأثیر قرار میدهد:

دریافت فایل STL آن رایگان نیست! نیاز به ثبت نام دارید (فقط یک ایمیل ساده می خواهد) و تفاوت دیگر آن در محدودیت ارتفاع نقشه است: باید در محدوده به میزان زیادتری زوم کنید (کاهش ارتفاع) تا ابزار انتخاب کادری فعال شود. طبیعتاً هر چه ارتفاع بیشتر باشد، جزییات کمتری هم خواهید داشت. در این سایت در زوم زیاد هم محدودیت دارید و خیلی زیاد به سطح جغرافیایی نزدیک نمیشوید.

کلاً این سایت نسبت به قبلی کندتر میباشد. در مناطقی مثل خاورمیانه و بخشهایی از آسیا نیز هنگام save سایت دچار خطا میشود! پس از زوم روی محدوده دلخواه، در سمت چپ یک آیکون مربع نمایش می‌یابد که برای درگ و انتخاب محدوده روی نقشه به کار می رود. سپس پردازش انجام شده و گزینه save فعال میشود.

نکته: بد نیست خودتان هم کلماتی مثل online terrain to stl format، landscape map 3d print و غیره را در گوگل جستجو کنید، راهنمایی های خوبی دریافت خواهید کرد. همچنین اگر می‌خواهید توپوگرافی مناطق مشهور را پرینت سه بعدی کنید، معمولاً فایلهای آماده چاپ آن در سایتهای ارائه دهنده فایل رایگان، همچون Thingiverse.com موجود است. پس در این سایتها نیز کمی جستجو کنید.

• گام دوم: روش پیچیده تبدیل نقشه توپوگرافیک به فرمت STL پرینتر سه بعدی:

نکته: این شیوه فقط برای مناطق آمریکای شمالی و کانادا کاربرد دارد و دیگر مناطق را شامل نمیشود. شاید در اینجا هم به ف.ل.ت.ر.ش.ک.ن نیاز پیدا کنید.

فنی که میخواهیم توضیح دهیم، برای افراد حرفه‌ای مناسب است. چون شامل مهارت کار با نرم افزارهای سه بعدی دارد. ابتدا نیاز داریم، دیتاهای نقشه در حالت DEM یا digital elevation model از محدوده کشور ایالات متحده یا کانادا دریافت شود. برای اینکار به سایت زیر مراجعه کنید:

https://viewer.nationalmap.gov/basic/

محدوده مورد نظر را انتخاب کنید؛ آیکون Draw (مربع شکل) را انتخاب و محدوده مورد نظر در آمریکای شمالی یا کانادا را درگ کنید. سپس از منوهای کشویی سمت راست، بخش Elevation Products (3DEP) یا Elevation Source Data (3DEP) را انتخاب کنید. در گزینه های مربوطه، زیر مجموعه های DEM دار را تیک بزنید.

دقت کنید که دکمه رادیویی پایینی حالت ArcGrid یا فرمت tiff داشته باشند. حالا در بالا دکمه Find Product را بزنید. در تب، result یا نتایج نمایش میابد. اگر روی گزینه zoom بزنید، پیش نمایش محدوده برای شما فعال میشود. هر کدام را که میپسندید، با زدن لینک download قابل ذخیره سازی در کامپیوتر میشود. میزان اندازه، محدوده و حجم هر فایل هم مشخص است. این امر بسته به نوع DEM و زولوشن میتواند کم یا زیاد باشد.

نکته ۱:‌ اگر به بررسی بیشتر نیاز دارید میتوانید لینک کل نتایج را در فرمت txt یا CSV دانلود کنید.

نکته ۲: در صورتی که از محدوده ها راضی نیستید، دوباره روی تب DataSet کلیک و مراحل را تکرار نمایید.

پس از دانلود فایل فشرده، با باز کردنش انبوهی از فایلها با فرمتهای مختلف را مشاهده خواهید کرد. برای پرینت سه بعدی، فقط فرمت JPG یا tif نیاز است. آنرا اکسترکت کنید.

تبدیل عکس نقشه به مدل حجم دار:

نرم‌افزار سه بعدی sculptris را دانلود کنید. در این آموزش از این نرم‌افزار به علت رایگان بودن، سرعت بالا برای احجام هندسی استفاده میکنیم. طبق عکس، موارد زیر تغییر میکند:

1. سطح کروی یا sphere باید به حالت تخت یا Flat تبدیل شود.
2. حالت symmetry خاموش شود. در این آموزش نیازی به آن نیست.
3. subdivision را بالا ببرید؛ هر چه بالاتر، جزییات بهتر چاپ
4. آیکون Upload your height map image را برای گرفتن Brush حتماً بزنید.
5. تنظیمات دیگر مثل ابعاد، strength ، detail و غیره را تبدیل کنید.
6. زوم کنید، از بالا یا top view مدل را نگاه کنید.

وقتی از درستی همه موارد مطمئن شدید، خروجی پیش‌فرض نرم‌افزار sculptris را بگیرید.

آماده کردن نقشه برای پرینت سه بعدی:

از نرم‌افزارهای مختلفی برای گرفتن خروجی فرمت STL از فایل مرحله قبل استفاده میکنیم. در این آموزش برای مثال نرم‌افزار Autodesk Mesmixer را باز کرده و فایل را وارد کرده، خروجی STL میگیریم. دقت کنید که در نرم‌افزار مش میکسر، خطاهای پنهان چاپ را پیدا کرده و اصلاح کنید. برای اینکار گزینه analysis و inspector انتخاب شود.

نقاط قرمز نشاندهنده خطای عدم یکپارچگی یا non-manifold است. نقاط صورتی بیانگر بخشهای جدا از هم است. بخشهای آبی حالت صحیح یا manifold است. (فرمت هندسی پرینتر سه بعدی باید به صورت manifold باشد) برای اصلاح خطاهای احتمالی گزینه Auto Repair All را بزنید تا کل خطاها رفع شوند. در غیر این صورت، جداگانه هر قسمت را اصلاح کنید.

نکته: معمولاً حالت تعمیر خودکار، مشکلات را برطرف میکند. ولی حتماً بررسی کنید که کلاً فایل ترکیب دیگری پیدا نکرده باشد!

پس از اطمینان از موارد بالا، خروجی STL بگیرید و آنرا در نرم‌افزار Blender باز کنید:

1. تب edit Mode: باید triangles به squares تبدیل شود (کلیدهای alt+j )
2. Edge Loop را انتخاب کنید: alt + right click
3. Extrude : کلید E کیبورد
4. Flatten out the vertices : کلیدهای S+(X,Y,orZ)+0
5. پر کردن حفره ها یا Fill in the hole : کلید F کیبورد
6. اکسپورت مدل و آماده شدن برای پرینت سه بعدی!

نکته: در این آموزش ما نرم افزارهای مختلفی را کار کردیم. اگر در یک نرم‌افزار حرفه‌ای هستید، میتوانید کل مراحل را از فرمت JPG یا Tif تا فرمت STL بهینه، کلاً در همان نرم‌افزار تکمیل کنید.

توجه کنید: حالا باید فایل را در نرم‌افزار Slicer باز کرده و به دقت مواردی مثل ساپورت، لایه raft، اندازه چاپ، دیواره داخلی، مباحث Split را به درستی تنظیم کنید. مدل نقشه ممکن است پیچیده بوده و روزها برای پرینت وقت صرف کنید. بنابراین برای کاهش زمان و هزینه و حداقل رساندن خطا، پیشنهاد میشود، آنرا چند تکه چاپ نمایید.

اگر میخواهید یک نقشه زیبای رنگی داشته باشید، فرضا دو رنگ؛ باید در نرم افزار تنظیمات بسیار پیچیده ای برای پرینت سه بعدی دورنگ انجام شود. در غیر این صورت پس از چاپ به صورت تک رنگ، میتوانید پرداخت کاری و رنگ آمیزی را انجام دهید: هایدرو دیپینگ و ترفندهای پولیشکاری پرینت سه بعدی