06.09.2019 в 14:20   printmen

Технологии 3d сканирования: фотограмметрия, триангуляция, структурированный свет

Прежде чем вы решите приобрести 3D-сканер, важно, чтобы вы изучили, что это за технология работает на самом деле. Во-первых, 3D-сканер фиксирует твердотельный. Затем данные об изображении, передаются в программу трехмерного моделирования и оттуда могут быть отредактированы или изменены в программном обеспечении для 3d моделирования, распечатаны, вставлены в видеоигру и так далее. После того, как модель подготовлена, она может быть экспортирована в файл STL и напечатана на 3D принтере. По сути, это означает, что все, что вы видите в своей повседневной жизни, можно сделать с помощью 3D-печати, будь то маленький предмет, такие как украшения или большой предмет, такой как автомобиль или дом. Есть много разных технологий и аспектов, которые следует учитывать при покупке 3D-сканера. Наиболее интересные разберем в этой статье.

Фотограмметрия

Эта технология 3D-сканирования предшествует эпохе компьютеров: после изобретения фотографии ученые быстро поняли, что могут применять принцип естественного стереозрения в своих областях. Используя изображения, снятые с двух немного 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 или для 3D-сканирования другими технологиями.

Современные компьютерные программы триангулируют целые здания или объекты размером с обувь. В настоящее время даже телефоны можно превратить в портативные 3D-сканеры, просто установив соответствующее приложение. Точность во многом обусловлена качеством изображений. Чем лучше камера с помощью которой вы передаете данные и больше снимков с разных ракурсов, тем лучше будет ваша 3d модель. Для создания полной 3d модели необходимо сделать много кадров, перемещаясь вокруг объектов с шагом 15–30 градусов, повторяйте это на разных высотах, особенно при 3D сканировании сложных объектов, то есть имеющих много коллизий. Имейте в виду, что для триангуляции точки ее необходимо сфотографировать как минимум дважды, иначе у вашей сетки будут провалы.

Структурированный свет

Эти устройства проецируют геометрические узоры на поверхность объекта, в то время как камера регистрирует искажение изображения. Основываясь на смещении рисунка, 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 совмещая 3D-изображения. Эти 3D-сканеры очень точны, разрешение составляет десятки микрометров. 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 (Время полета)

3D сканеры Time of Flight (TOF) еще более изобретательны. Они определяют расстояние до объекта, измеряя время, которое лазерный или инфракрасный луч посылает на отражение в 3D-сканере. Неотъемлемым компонентом этого устройства является скорость света. Время прохождения туда и обратно определяет расстояние, пройденное световым лучом. Если вы считаете, что для достижения Земли требуется солнечный свет всего 8 минут и 17 секунд, вы получите представление о том, насколько точны датчики в этих сканерах для работы. 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., В основном они используются для сканирования больших структур, таких как здания. Как и в случае с другими технологиями, невозможно создать сплошные сетки за одно сканирование. TOF-3D-сканеры с использованием лазерных лучей не должны использоваться при 3D сканировании людей или животных. Многие устройства, использующие этот подход, разработаны как портативные 3D-сканеры.

Триангуляция (лазерный 3D-сканер)

Триангуляционные 3D-сканеры, или лазерные 3D-сканеры, похожи на фотограмметрию и 3D-сканеры со структурированным светом в том, что они используют один и тот же базовый геометрический принцип для определения местоположения точки в пространстве. Лазерный 3D-сканер проецирует лазерный луч на объект, а камера регистрирует место, где лазер попадает на объект. Поскольку углы и измерения лазера и камеры известны, лазерная точка (или линия) может быть точно определена. Эти 3D-сканеры обладают исключительной точностью, разрешение составляет десятки микрометров. С другой стороны, их диапазон ограничен всего несколькими метрами. Триангуляционные 3D-сканеры, испускающие лазерную линию, 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 форме буровой установки, 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 используют контроль качества в машиностроении, датчики могут изменять или даже потенциально вредить сканируемым объектам; По этой причине контактные 3D-сканеры не используются для сохранения наследия.

Какой тип 3D сканера лучше

Выбрать правильный 3D-сканер не так просто. Есть много критериев, которые необходимо учитывать перед покупкой устройства. Например, определенный 3D-сканер может быть лучшим для архитектурных целей, но все же может оказаться неподходящим для прототипирования. Вы можете воспользоваться недорогим канцелярским сканером или использовать универсальное портативное устройство.

Прежде чем мы углубимся в различные 3D-сканеры, доступные на рынке, давайте взглянем на различные аспекты, которые вы должны учитывать. Мы собрали список наиболее важных характеристик, которые следует учитывать при покупке 3D-сканера.

Области применения

Первый вопрос, который вы должны задать себе: для чего вы хотите использовать сканер?

Требования варьируются в зависимости от области. Например, разработчик игры, просто создающий игровые ресурсы, будет заинтересован не только сеткой с высоким разрешением, но и текстурой объекта. Если это так, фотограмметрия будет логическим решением в этом случае. Тем не менее, производитель, который хочет 3D-печать чего-то   , что он видел в реальности, будет более заинтересован в точных измерениях объекта. Поэтому они, вероятно, выберут 3D-сканер на основе структурированного света. Вы также должны очень рано решить, где вы хотите 3D-сканирование ваших объектов. Если они относительно небольшие, и вы можете принести их в свой офис или домой, купите стационарный 3D-сканер. Если нет, вам нужен портативный 3D-сканер.

Тип объекта

Вы должны определить, что именно вы хотите 3D-сканирование. Не существует устройства, которое охватывает все области применения.

Для 3D-сканирования людей и животных нельзя использовать 3D-лазерный сканер, поскольку это может привести к повреждению глаз. Фотограмметрия может быть хорошим выбором, но эта технология требует, чтобы объект оставался совершенно неподвижным. Таким образом, хотя вы можете получить отличные 3D-сканы от ваших друзей и семьи, вы можете найти свою собаку трудным предметом.

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 есть вам нужны чрезвычайно точные измерения, структурированный свет или контактные 3D-сканеры.

Однако 3D-сканеры Contact не подходят для проектов, связанных с сохранением наследия, поскольку этот процесс может изменить или даже уничтожить деликатные предметы. В этом случае лучшим 3D-сканером является структурированный световой сканер.

Размеры / Расстояние до объекта

Большинство потребительских 3D-сканеров (структурированный свет) предназначены для 3D-сканирования объектов размером с обычный чайник с близкого расстояния. Но это правда, что вы часто можете «сшить» несколько 3D-сканов в один кусок. Вообще говоря, чем больше ваши объекты или чем дальше, тем дороже будет 3D лазерный сканер. Исключение составляют программы фотограмметрии, которые обычно имеют разумную цену и дают отличные результаты.

Поверхность объекта

Еще один фактор, который следует учитывать при покупке лучшего 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 столкновении с плохо подходящими поверхностями. Если ваше сердце настроено на эти технологии, это ограничение часто преодолевается путем нанесения тонкого слоя непрозрачного лака.

Разрешение

Наконец, единственная 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 сканы? Сколько разрешения достаточно для выполнения работы?

Комментарии: