Если вы задумываетесь над покупкой 3D сканера, но вам не хватает знаний для правильного выбора подобных устройств, то советуем вам обязательно ознакомиться с основными видами 3D сканеров, принципом их работы и технологиями 3D-сканирования.


Рынок 3D сканеров представляет собой очень разнообразное пространство, с широким ассортиментом продуктов, которые имеют различные формы, размеров, технологии, области применения и стоимость. Каждый 3D сканер имеет свои отличительные особенности, опции, преимущества и недостатки в конкретно взятой области применения. Мы попытаемся помочь вам определиться с правильным выбором.

Технологии 3D сканирования

Прежде чем вы решите купить 3D сканер, важно чтобы вы имели понятие что это за технология и как она работает. Во-первых, 3D сканер фиксирует (захватывает) объект или человека. Затем, он передает полученные данные в специальное программное обеспечение для 3D-моделирования, где они могут редактироваться, отправится в печать, импортироваться в видео-игру и так далее. 

После сканирования объекта, полученную 3D-модель можно редактировать или изменять ее размер в CAD приложениях. После того как 3D модель будет подготовлена, она может быть экспортирована в файл с расширением .STL и напечатана на 3D принтере. Это означает, что все что мы видим в повседневной жизни, можно отсканировать и напечатать, будь то небольшой предмет, например украшение, или большой предмет, например автомобиль. 

Сейчас есть множество технологий и аспектов, которые нужно учитывать при покупке 3D сканера. Дочитайте нашу статью, если вы хотите получить дополнительную информацию о 3D-сканировании. 

Фотограмметрия

Фотограмметрия предшествует компьютерной эпохе: после изобретения фотоаппаратов, ученые быстро поняли, что принцип естественного стереозрения можно использовать в различных областях. Используя фотографии, снятые с двух разных позиций, они смогли измерить и определить местоположение точек объектов в трехмерном пространстве. Эксперты называют этот процесс - "триангуляцией"

По сей день Фотограмметрия используется геодезистами для составления карт с высокой точностью; это оказалось особенно полезным в горных районах, которые труднодоступны для геодезистов или для 3D-сканирования другими технологиями.

Современные компьютерные программы способны триангулировать целые здания или небольшие объекты, размером с мобильный телефон. В настоящее время даже телефоны можно превратить в портативные 3D-сканеры, просто установив на них специальное приложение. Точность во многом обусловлена ​​качеством получаемых изображений. Чем выше разрешение у фотографии загруженной в программу, тем точнее будут данные. Для создания полной модели необходимо сделать много снимков, перемещаясь вокруг объектов с шагом 15–30 градусов; повторяйте это на разных высотах, особенно при 3D сканировании сложных объектов, то есть имеющих много окклюзий. Имейте в виду, что для триангуляции точки, ее необходимо сфотографировать как минимум дважды, иначе у вашей сетки будут дыры.

Структурированная подсветка


Такие устройства проецируют геометрические узоры на поверхность объекта, а камеры в этот момент регистрируют искажения изображения. Основываясь на смещении изображения, можно рассчитать местоположение каждой точки. Поскольку шаблоны могут быть спроецированы только из одной точки наблюдения за один раз, необходимо объединить несколько 3D-сканов, чтобы сформировать полную сетку 360°. Некоторые производители обходят это ограничение, устанавливая объект на моторизованном поворотном столе и автоматически склеивая 3D-изображения. Эти 3D-сканеры очень точны, разрешение составляет десятки микрон. В отличие от лазерных 3D-сканеров, эта технология абсолютно безопасна для людей и животных. Диапазон 3D сканирования ограничен несколькими метрами. Технология структурированного света применяется как в стационарных, так и в портативных 3D-сканерах.

TOF-сканирование


3D сканеры Time of Flight (TOF) еще более технологичны. Они определяют расстояние до объекта, измеряя время, которое затрачивает лазерный или инфракрасный луч на отражение и возвращение в 3D сканер. Неотъемлемым компонентом этого устройства является скорость света. Время затраченное на прохождение туда и обратно, определяет расстояние, пройденное световым лучом. Но даже у мощных TOF-сканеров есть недостатки, различия в температуре, влажности и другие факторы влияют на скорость света и препятствуют способности 3D-сканера точно измерять время прохождения сигнала в обоих направлениях. Поэтому их точность сравнительно низкая, в диапазоне сантиметров. Чаще такие устройства используются для сканирования больших объектов, таких как здания. Как и в случае с другими технологиями, невозможно создать сплошные сетки за одно сканирование. TOF сканеры, используют лазерные лучи, и не должны использоваться при 3D сканировании людей или животных

Триангуляция (Лазерные 3D сканеры)

Триангуляционные 3D-сканеры или лазерные 3D-сканеры, похожи на фотограмметрию и сканирование структурированным светом. Они используют один и тот же базовый геометрический принцип, для определения местоположения точки в пространстве. Лазерный 3D-сканер проецирует луч на объект, а камера регистрирует место, где лазер попадает на него. Поскольку углы и измерения лазера и камеры известны, лазерная точка (или линия) может быть определена очень точно. Такие 3D сканеры обладают исключительной точностью,  а разрешение составляет десятки микрон. С другой стороны, их диапазон дальности, ограничен всего несколькими метрами. Триангуляционные 3D сканеры, испускающие лазерную линию, так же способны сканировать движущиеся объекты. Эта технология обычно не встречается в портативных 3D сканерах.

Контактные 3D сканеры

Контактные 3D сканеры физически касаются объекта, который лежит на поверхности или прикреплен к какой-либо платформе, которая удерживает его на месте. Обычно это медленный процесс, так как даже незначительные вибрации могут исказить сканирование. Хотя эти 3D сканеры производят точные сканирования, которые применяются например при контроль качества в машиностроении. При этом датчики могут изменять или даже нанести вред сканируемым объектам. По этой причине контактные 3D сканеры не используются в археологии.

Какую технологию 3D сканера выбрать?

Выбрать правильную технологию 3D сканирования не так просто. Есть много критериев, которые необходимо учитывать перед покупкой устройства. Например, один 3D сканер лучше подойдет для архитектурных целей, но не подойдет для прототипирования. Вы можете воспользоваться недорогим офисным сканером или использовать универсальное портативное устройство.
Прежде изучать 3D сканеры представленные на рынке, давайте взглянем на различные аспекты, которые нужно обязательно учитывать. Мы собрали список наиболее важных характеристик, которые следует учитывать при покупке 3D сканера.

Для какие целей нужен 3D сканер?

Первый вопрос, который вы должны задать себе: для чего вам нужен 3D сканер?
Например, разработчики игр, создающие игровые ресурсы, будут заинтересованы не только сеткой с высоким разрешением, но и качественной текстурой объекта. Если это так, то фотограмметрия будет отличным решением. При этом, если вам необходимо распечатать на 3D принтере объект из реальности, то он будет заинтересован в точных измерениях объекта. Поэтому оптимальным выбором будет 3D сканер с технологией структурированного подсвета. Также необходимо заранее знать где будет происходить 3D сканирование ваших объектов. Если они относительно небольшие, и вы можете принести их в свой офис или домой, то купите стационарный 3D-сканер. Если нет, вам нужен портативный 3D-сканер.

Тип сканируемого объекта

Если вы уже думаете купить 3D сканер, значит вероятнее всего вы уже знаете, что именно будете сканировать. Не существует универсального 3D сканера, который будет актуален для всех областей использования. Для 3D сканирования людей и животных нельзя использовать лазерный сканер, поскольку лазер может повредить глаз. Для этого может подойти фотограмметрия, но эта технология требует, чтобы объект был совершенно неподвижным. Таким образом, если вы можете получить отличный результат при сканировании  ваших друзей или членов семьи, то например, столкнетесь с определенным трудностями при сканировании домашнего питомца. Лазерные 3D сканеры - отличный выбор, если вы хотите сканировать большие неодушевленные объекты, такие как здания или транспортные средства. Если вы заинтересованы в реверс-инжиниринге, то вам необходимо получить очень данные измерений, поэтому здесь отличным выбором будут лазерные или контактные 3D сканеры. Однако контактные устройства, как уже говорилось выше, не подходят для проектов, связанных с археологией сохранением исторического наследия, поскольку этот процесс может повредить или даже уничтожить сканируемые предметы. В этом случае лучшим вариантом будет структурированно-световой сканер .

Размеры и расстояние до объекта

Большинство потребительских 3D сканеров (структурированный свет), предназначены для  сканирования объектов размером с обычный чайник, с близкого расстояния. При сканировании больших объектов, вам придется делать это в несколько заходов, например сканируя предмет с нескольких сторон, а после чего "сшивать" модель из нескольких частей в одну. Программное обеспечение позволяет это сделать, но это достаточно кропотливая работа. Вообщем, чем больше объект сканирования или чем дальше он находится, тем дороже будет лазерный сканер. Исключение составляют программы фотограмметрии, которые обычно имеют разумную цену и дают отличные результаты.

Требования к поверхности объекта

Еще один фактор, который следует учитывать при покупке 3D сканера, - это поверхность вашего объекта. Как у фотограмметрии, так и у 3D сканеров со структурированным светом, есть серьезные проблемы с отражающими и прозрачными поверхностями, которые не могут быть обработаны и приведут к искаженным и фрагментированным сеткам. Даже самый лучший 3D сканер не даст удовлетворительных результатов при сканировании плохо подходящих поверхностей. Если вам все же интересны эти технологии, то это ограничение  можно преодолеть путем нанесения на поверхность, тонкого слоя непрозрачного лака.

Разрешение

Ну и наконец самая важная особенность во многих областях применения - это точность 3D сканирования. Контактные 3D сканеры обладают исключительной точностью, но их цены варьируются от 30 000 до 200 000 долларов. Опять же, вы должны спросить себя: для чего вы хотите использовать полученные сканы? Какого разрешения будет достаточно для выполнения работы?

05.12.2019

Рекомендуемые товары

Комментарии 0