Сканирование 3d объектов. Сохранение и экспорт. Принцип работы и преимущества

To be 3D or not to be…

Дмитрий Ошкин

К сожалению, хотя сегодня уже никто не отрицает, что 3D стало не просто очень распространенным, но и де-факто обрело статус стандарта проектирования, до настоящего времени множество продуктов создается в 2D.
Уверен, что вы не раз сталкивались с ситуацией, когда шеф бросает вам на стол новую деталь и требует срочно доработать текущий проект, сопряженный с ней. Причем это надо было сделать еще вчера! Или когда необходимо выпустить чертежи на деталь, изготовленную 10 лет назад. И это при том, что хотя бумажные чертежи и сохранились, никто не удосужился внести в них уточнения и обновления… И подобных ситуаций может быть великое множество.
Что же делать? Паниковать? Самый простой, но и самый бесполезный выход! А между тем решение существует! Это 3D-сканеры.

Применение

Для чего нужны 3D-сканеры? Ответ на этот вопрос зависит только от вас, вернее - от сферы ваших интересов. Итак, 3D-сканеры можно применять в следующих областях.

Контроль качества и инспекция

Под контролем качества и инспекцией подразумевается процесс проверки соответствия изготавливаемой (проектируемой) продукции установленным стандартам. Наиболее близка эта сфера использования 3D-сканеров инженерам. Так, если вы работаете в автомобильной или аэрокосмической промышленности, процесс создания нового изделия подразумевает несколько этапов: проектирование - изготовление макета - тестирование (например, продувка в аэродинамической трубе) - доводка макета - внесение уточнений и выпуск документации. Среди этих этапов одним из самых важных и трудоемких является выпуск документации с учетом внесенных в готовый макет изменений. И вот тут-то 3D-сканеры могут оказать неоценимую помощь. Эта область их применения перекрывает 2/3 потребностей рынка.

Инженерный анализ

Согласно моему любимому словарю Lingvo, инженерный анализ (reverse engineering) проводится для переконструирования (например, для воссоздания секретов технологии изготовления продукции компании-конкурента) или использования полученных данных в различных целях (например, на основе измерения и оцифровки поверхностей изделия можно разрабатывать управляющие программы и чертежи деталей). Это еще треть рынка 3D-сканирования.

Теперь кратко остановимся на наиболее ярких примерах использования 3D-сканеров в областях «обратного» проектирования:

промышленный дизайн - оцифровка макета, изготовленного вручную, для создания на его основе серийного изделия. Так, например, уникальные орнаменты или скульптуры могут быть оцифрованы для последующего массового воспроизводства с использованием станков с ЧПУ;
разработка упаковки - использование геометрии образца для последующего быстрого изготовления упаковки на его основе;
рынок аксессуаров - изготовление запасных частей и аксессуаров для автомобилей и другой техники. Компании, работающие в этой области, используют отсканированные 3D-данные для проектирования изделий, поскольку изготовители техники, как правило, не желают представлять такую информацию в CAD-формате и тем самым делиться своими ноу-хау;
цифровое архивирование - сканирование и сохранение оригиналов, которые по какой-либо причине не могут быть сохранены в оригинальном виде;
развлечения и игры - создание цифровых моделей персонажей для компьютерных игр и кинофильмов по авторской модели автора;
репродуцирование и изготовление на заказ - сканирование объектов, которые очень трудно смоделировать в CAD-системах из-за сложности геометрии;
медицина и ортопедия - воспроизведение моделей человеческих органов в образовательных целях, а также проектирование ортопедических скоб, браслетов и т.п.

Технологии 3D-сканирования

В настоящее время существуют два основных типа 3D-сканеров: контактные и бесконтактные.

Контактные сканеры

Эти сканеры построены по принципу обвода модели специальным высокочувствительным щупом, посредством которого в компьютер передаются трехмерные координаты сканируемой модели.

Преимущества:

простота сканирования призматических частей;
независимость от освещения;
прекрасное сканирование ребер;
простота использования;
малый объем получаемых файлов.
Недостатки:
большое время сканирования (за один замер или перемещение осуществляется оцифровка только одной точки);
невозможность сканирования органических или криволинейных поверхностей;
невозможность сканирования маленьких и сложных деталей;
щуп должен касаться объекта сканирования.

Но, конечно, основным недостатком таких сканеров является человеческий фактор. Фактически модель сканирует оператор, от которого в конечном счете и зависит результат.

Бесконтактные 3D-сканеры

Бесконтактные 3D-сканеры могут изготавливаться на основе трех основных технологий:

фотограмметрическая;
структурированный белый цвет;
лазерная.

Рассмотрим вкратце основные преимущества и недостатки каждой из этих технологий.

Технология на основе фотограмметрии представляет собой фотографирование объекта сканирования с различных точек и воссоздание на основе полученных изображений трехмерной модели.

Преимущества:

низкие затраты на аппаратную часть;
бесконтактная технология.

Недостатки:

сложность процедуры установки приемных камер и нанесения точек привязки;
для базовой установки и калибровки требуется как минимум 4-6 фото;
обработка осуществляется за счет программного обеспечения;
большое количество фотографий, необходимых для получения точной модели;
сложность процедуры сшивки изображений для получения целостной картины сканирования.

Сканирование на основе структурированного белого света заключается в проецировании на объект линий, образующих уникальный узор, каждое изменение которого сканируется приемной камерой.

Преимущества:

большая скорость сканирования;
получение порядка 100 тыс. точек сканирования за один проход;
высокая точность и великолепная деталировка;
возможность сканирования человеческих лиц благодаря отсутствию лазеров;
бесконтактная технология.

Недостатки:

стационарная установка, исключающая возможность мобильного сканирования;
ограничение размера сканируемой области, не позволяющее сканировать внутренние области;
сложность при сканировании объектов, находящихся вне помещений, ограничения по яркости;
большая стоимость системы;
необходимость проведения процедуры постпроцессинга для сшивки отсканированных частей.

Лазерная технология основана на проецировании лазерного луча на объект сканирования. Все искажения воспринимаются измерительной камерой, которая отслеживает физическое положение лазера. Данные передаются в компьютер, где буквально вычерчиваются лазером.

Преимущества:

недорогие 3D-сканеры для промышленного применения;
возможность сканирования вне помещений и при различной освещенности;
возможность работы с объектами, недоступными для сканирования с использованием технологии структурированного белого света;
бесконтактная технология.

Недостатки:

невозможность сканирования прозрачных объектов или объектов с большой степенью светоотражения, вызывающая необходимость напыления;
невозможность сканирования черно-белых объектов;
необходимость в базовом основании, имеющем ограниченную зону досягаемости.

Несмотря на указанные недостатки, преимущества этой технологии настолько значительны, что именно на ней был основан уникальный сканер ZScanner 700, созданный входящей в холдинг Contex (www.contex.ru) компанией Z Corporation.

Почему уникальный, спросите вы? Да потому что это первый ручной самопозиционирующийся 3D-сканер, обеспечивающий работу в режиме реального времени. То есть результаты работы вы можете видеть на мониторе непосредственно в процессе сканирования.

Технические характеристики ZScanner 700

Чтобы избавиться от предрассудков, давайте расставим точки над «i».

Во-первых, все остальные системы 3D-сканирования нуждаются во внешней системе позиционирования/привязки. Сканер же ZScanner 700 «все свое носит с собой» или, выражаясь инженерным языком, использует систему автопозиционирования к объекту сканирования.

Как это работает?

Привязка к объекту осуществляется простым и наиэффективнейшим образом: на объект сканирования в произвольном порядке с расстоянием от 20 до 100 мм друг от друга наклеиваются самоклеящиеся светоотражающие круглые маркеры.

Это позволяет сканировать объект целиком, со всех сторон, как изнутри, так и снаружи, не прибегая к склейке сканов, что существенно экономит время. Более того, процесс сканирования можно прервать, уточнить и, детально рассмотрев уже отсканированное, продолжить, как будто мы и не останавливались.

Во-вторых, при сканировании осуществляется автоматическая генерация поверхности непосредственно в формате STL, а не в виде облака точек, подлежащих последующей обработке. Весь процесс отображается на мониторе в режиме реального времени.

Когда эта статья готовилась к публикации, компания Z Corporation объявила о выходе новой модели - ZScanner 800, характеристики которой (см. таблицу) значительно подняли планку в области ручных самопозиционирующихся 3D-сканеров.

Основное преимущество этой модели по сравнению с ZScanner 700 - в 5 раз большее разрешение и в 2-3 раза возросшая точность сканирования.

Достижение таких характеристик стало возможным благодаря использованию третьей дополнительной камеры, расположенной по центру сканера.

Со сканером ZScanner 800 будет поставляться программное обеспечение с новой функцией мультиразрешения для оптимизации триангулярной поверхности. Это позволит существенно уменьшить результирующий файл и повысить скорость работы.

Технические характеристики ZScanner 800

Реализуется это следующим образом.

Лазер, расположенный в нижней части сканера, проецирует развертку перекрестий лучей на объект сканирования. Две приемные камеры принимают отраженный сигнал, на основе которого в режиме реального времени генерируется поверхность.

Однако использование лазерной технологии сканирования предполагает и наличие некоторых недостатков, не упомянуть о которых было бы несправедливо:

не могут одновременно сканироваться объекты, содержащие белые и черные области;
прозрачные объекты и объекты с высокой отражающей способностью нуждаются в предварительной обработке спреем или краской;
возникают трудности при сканировании объектов с глубоким рельефом.

В определенных случаях недостатком можно считать также необходимость наклеивания светоотражающих маркеров на объект сканирования. Так, например:

для отдельных музейных экспонатов это недопустимо;
при сканировании крупных объектов такая процедура достаточно утомительна.
И еще пара несущественных недостатков:
при сканировании длинных объектов может возникнуть ошибка;
сканер должен «видеть» четыре светоотражающих маркера, что в некоторых случаях бывает трудно сделать. Правда, никто не запрещает сканировать объект на специальной площадке с нанесенными маркерами.

Ну, хватит о грустном, давайте вернемся к преимуществам:

скорость работы . Чтобы установить сканер, достаточно просто подключить его с помощью кабеля в разъем FireWire и откалибровать, с чем справится практически каждый. На все это уходит буквально 2-3 минуты;
непревзойденная простота использования . Сканер позволяет сканировать предметы в любой области и под любым углом. Необходимо лишь выдерживать расстояние до объекта сканирования в пределах от 200 до 350 мм, что не требует абсолютно никакой тренировки, сноровка появляется буквально через секунды. Система координат, привязанная к объекту, позволяет перемещать его в процессе сканирования. Кроме того, в любой момент работу можно прервать, а затем без проблем продолжить;
вес . Сканер весит всего 980 г, поэтому и с точки зрения физических нагрузок процесс сканирования прост и неутомителен.

Основные технические характеристики сканера ZScanner 700 приведены в таблице.

Возможность использовать ZScannеr 700 там, где другие 3D-сканеры зачастую бессильны, делают его вашим незаменимым мобильным инструментом.

Теперь несколько слов о программном обеспечении. Утверждать, что после сканирования получается идеальная модель, было бы не совсем корректно: во многих случаях требуется доводка. Естественно, сканируемые объекты бывают разными, впрочем, как и цели сканирования. Поэтому, если на основе полученных данных планируется создать твердотельную модель, без постпроцессинга не обойтись. На рынке представлено множество специализированных программных пакетов, таких как Geomagic Studio (разработка компании Geomagic, Inc.), PolyWorks (разработка InnovMetric Software Inc.), Rapid Form (разработка INUS Technology, Inc.). Впрочем, перечисление всех программных продуктов, обеспечивающих эффективную работу с отсканированными данными, заняло бы много места. Эти продукты позволяют:

Таким образом, уважаемые читатели, вы ознакомились с основными возможностями сканера ZScanner 700, разработанного компанией Z Corporation, и, надеюсь, ответили для себя на вынесенный в заголовок вопрос. Конечно же «to be»!

Следующие публикации будут посвящены принципам работы с отсканированными 3D-данными и получению на их основе полноценной оптимизированной CAD-модели. Так что следите за обзорами!

Какие характеристики детали и как влияют на трудоемкость сканирования:

1. Размер

3. Материал детали

Черная, блестящая, прозрачная поверхность требует предварительного нанесения матирующего спрея. Таким образом, матированию подлежат все изделия из металла, стекла, черного или серебристого пластика. Спрей высыхает, образуя на поверхности тонкий меловой слой, который затем легко удаляется тряпочкой или щеткой, не портя изделие. В том числе с матированием сканируются мобильные телефоны и другая техника, без нарушения их работоспособности.

Идеальной для сканирования считается белая матовая поверхность.

Пример: матирование блестящего отражателя лампы.

4. Чистота и ровность поверхности

Если поверхность детали грязная, ржавая, масляная - для качественного сканирования ее придется предварительно зачищать. Поэтому мы просим заказчиков готовить детали для сканирования заранее.

Поверхность пористая или неровная, много мусора при изготовлении (сварные швы, артефакты и неровности, полученные при литье) - дополнительное время на обработку сканированной модели.

5. Конфигурация детали и рельеф поверхности

Простым считается одностороннее сканирование плоской детали. При обработке сканированной поверхности задается толщина.

Объемная деталь требует сканирования со всех сторон с переворачиванием. При этом для качественного автоматического сшивания важно, чтобы при каждом новом скане сканер «видел» часть меток с предыдущего скана. Поэтому дополнительную сложность представляют детали с тонкими острыми гранями.

Труднодоступные места представляют собой отдельную сложность для сканирования. Глубокие отверстия с разными внутренними диаметрами и резьбами, раковины, загибающиеся детали могут не попасть в зону видения сканера и не будут отражены в сканированной модели. Такие элементы образмериваются и дорабатываются вручную.

Ручные замеры и контроль погрешностей также требуются в случае:

наличия ответственных элементов в детали (посадочные места или места сопряжений и т.д., где необходимо указание конкретных допусков и посадок),
нанесения матирующего спрея (который имеет свою толщину);
погрешностях в методах обработки сканированной детали (например, выравнивание поверхности по средним точкам).

Пример : вал с кулачками (криволинейные поверхности с ответственными размерами, повышенная сложность).

Сложный рельеф поверхности (большое количество криволинейных поверхностей, элементов детали) не повлияет на трудоемкость сканирования, но сильно повлияет на трудоемкость обработки, особенно при построении твердотельной модели.

Кроме того, чертеж такой детали также потребует больше времени, чем чертеж простой плоской детали.

Пример : колесо ротора - труднодоступные для сканера места, криволинейные поверхности, особая сложность - при построении твердотельной модели.

Встречаются также плоские, небольшие и вроде бы несложные детали, но из-за большого количества размеров (вырезы, отверстия, радиусы) выполнение чертежа становится трудоемкой задачей. В такой, на первый взгляд, несложной детали, как например лопасть, необходимо строить большое количество видов и сечений на чертеже.

Пример : плоская рамка с большим количеством отверстий.

6. Необходимость доработки 3d модели

Задача восстановления износа детали или пожелания заказчика по изменению обязательно потребуют построения твердотельной CAD-модели c конструкторской доработкой.

Для оценки стоимости сканирования детали, пришлите фото и краткое описание задачи!

В различных областях деятельности человека завоевывает свое место не только технологии 3D печати, но и такие интересные приборы, как 3D-сканеры. С помощью такого устройства можно выполнять сканирование различных физических предметов, получая их трехмерные цифровые модели, характеризующиеся высокой точностью. Полученные модели с электронными данными о форме конкретного предмета могут быть задействованы в строительной сфере, медицине и игровой индустрии. На то, что ранее требовалось часы или даже дни, в настоящий момент посредством 3D-сканера необходимы лишь считанные секунды.

Принцип работы и преимущества

3D-сканер исследует физический предмет и воссоздает его точную цифровую модель. Современные 3D-сканеры могут выглядеть как ручной прибор небольшого размера, либо быть стационарным устройством, использующим в качестве подсветки лазер или специальную лампу, чтобы увеличить точность измерений. Принцип работы определяется используемой технологией, однако в любом случае данное устройство имеет дело с определением расстояния до сканируемого предмета.

Сканер исследует расстояние до объекта, задействуя две встроенные камеры и подсветку. С помощью этих «глаз» прибор измеряет расстояние до объекта в разных точках, а затем сопоставляет полученные от камер картинки. Все измеренияз аписываются, после чего проводится анализ и на экран уже выводится готовая цифровая модель. Сканирование может осуществляться и лазерным лучом, который перемещается над поверхностью предмета и измеряет расстояние в конкретной точке. Таким способом записываются координаты всех измеряемых точек, что открывает возможность для создания трехмерной компьютерной модели.

Пользователь может оперировать самим процессом сканирования, устанавливая разрешение и соответствующие области, где требуется более высокая детализация. Современные 3D-сканеры уже научились обеспечивать точность получаемых трехмерных моделей вплоть до нескольких десятков или даже сотен микрометров. Причем имеется возможность сканировать объект с передачей не только его формы, но и цвета. В результате, существенно упрощается процесс создания трехмерных макетов – они создаются не только в короткие сроки, но и с очень высокой детализацией. Кроме того, полученное трехмерное изображение всегда можно открыть в редакторе и осуществить дополнительное редактирование по своему усмотрению.

Разные модели сканеров характеризуются различными параметрами и возможностями, но все они находят применение в тех случаях, когда нужно максимально быстро и точно зарегистрировать форму предмета. Преимущество подобных приборов на практике обеспечивается не только существенным упрощением процесса получения 3Dмакетов и, как следствие, экономией времени, но и возможностью работы со сложными деталями и элементами.

Классификация

Все приборы подобного рода делятся на две большие группы:

— Контактные сканеры

Такие приборы используют, как ни трудно догадаться, контактный способ сканирования, то есть они исследуют сканируемый предмет буквально на ощупь, записывая соответствующие координаты. Для этого в их конструкции предусмотрено наличие специального высокочувствительного щупа. Контактные сканеры обладают такими несомненными плюсами, как высокая детализация, независимость от световых условий, возможность сканирования призматической части объекта. В то же время они довольно медленные в работе и во время сканирования возникает риск повреждения каких-либо хрупких предметов.

— Бесконтактные сканеры

3D сканер Sense

Здесь применяется бесконтактный способ сканирования. Такие приборы бывают активными и пассивными. Активные устройства сами излучают специальные волны, после чего обнаруживают их отражение и анализируют для получения компьютерной модели. В качестве такого излучения может использоваться рентген, ультразвук или световые потоки. Например, рентгеновские лучи и ультразвук используются в сканерах, используемых в медицинских целях. Пассивные приборы не формируют никакого излучения, а лишь обнаруживают отраженное от объекта окружающее излучение. Например, свет. В целом, бесконтактные сканеры отличаются экономичностью, привлекательной технологией сканирования и возможностью использования вне помещений с различной степенью освещенности.

Технологии сканирования

К текущему моменту наибольшее распространение получили две технологии 3D-сканирования:

— Лазерная

Лазерный сканер REVscan из серии ручных самопозиционирующихся сканеров Handyscan 3D

В данном случае устройства основаны на действии лазера. При использовании таких приборов на сканируемый объект, в определенных его точках наносятся особые светоотражающие маркеры, что позволяет обеспечить более высокую точность сканирования. Преимущество лазерных устройств состоит как раз в очень высокой точности создаваемых моделей. Однако лазерные приборы используются для сканирования исключительно статичных объектов и фактическине могут быть задействованы для получения моделей подвижных предметов (в этом случае процесс сканирования отнимает очень много времени). Благодаря тому, что лазерные сканеры дают возможность воссоздать невероятно точную модель, они применяются в разнообразных промышленных сферах, в частности, в машиностроении.

— Оптическая

Лазерные сканеры оказываются практически бесполезными, когда требуется отсканировать объекты, находящиеся в движении. Например, осуществить сканирование человеческого тела для медицинских задач. И тут на помощь приходят оптические приборы. Они осуществляют процесс сканирования предмета путем проецирования на него линий, формирующих своеобразный узор. Данные о поверхности предмета содержатся в искажениях формы проецируемой трехмерной картинки.

Оптические устройства могут похвастаться высокой скоростью работы. Это автоматически устраняет проблему искажения компьютерной модели в случае движения сканируемого объекта. Кроме того, здесь не требуется наносить на предмет специальные метки. То есть оптические сканеры могут с успехом применяться для сканирования подвижных предметов или человеческого тела. Несмотря на то, что оптические приборы уступают по точности создания 3D моделей лазерным аналогам, они характеризуются большей универсальностью. В то же время и у них есть свои минусы. В частности, оптические устройства не способны осуществлять сканирование предметов с зеркальными или блестящими поверхностями.

Области применения

Получение 3D моделей отдельных объектов или предметов является очень важной задачей для многих сфер деятельности человека. Можно перечислить лишь несколько ключевых областей, где 3D-сканеры находят широкое применение:

— Дизайн: создание трехмерного макета, на основе которого можно будет получить серийное изделие, изготовление дизайнерской упаковки, а также возможность получения и исследования формы объекта с ее последующей доработкой.

— Медицина: возможность создания трехмерных моделей суставов, строений кости и отдельных органов человеческого тела, планирование операционных манипуляций, проектирование разнообразной анатомической обуви и ортопедических конструкций.

— Реверс-инжиниринг: получение точной компьютерной модели предметов, которых требуется воссоздать.

— Архитектура: 3D-сканеры могут применяться для сканирования на заказ различных архитектурных деталей и элементов, например, колонн, статуй и декораций.

— Индустрия развлечений: получение анимационных моделей для игр и фильмов, возможность создания цифрового мультимедиа контента, основанного непосредственно из концептуальной модели разработчика. Это актуально, прежде всего, для видеоигр и разработки игровых персонажей, навеянных творческой фантазией.

— Строительная промышленность: получение чертежей мостов и сооружений в трехмерном исполнении, реконструкция автомобильных трасс и магистралей.

— Контроль качества продукции: проверка соответствия создаваемой продукции установленным требованиям и техническим нормам.

— Музейное дело и сохранение культурного наследия: точное восстановление формы устаревших скульптур или памятников для их последующей реконструкции, возможность организации виртуальных музейных экскурсий, сканирование старинных, антикварных предметов.

— Архивирование: создание цифрового архива прототипов изделий.

— Киноиндустрия: получение цветной трехмерной модели человека.

Итак, использование столь технологичного прибора, как 3D-сканер, может облегчить деятельность человека во многих сферах. Это динамично развивающаяся технология, которая предоставляет уникальные возможности – от планирования медицинских операций и создания объемного дизайн-макета до контроля качества создаваемых изделий. 3D-сканеры требуются во всех случаях, когда нужно определить форму предмета с большой точностью и в минимально короткие сроки.

3D-сканирование является одним из способов построения 3D-модели. Напомним, что 3D-модель можно построить и без использования 3D-сканера - в профессиональной программе по работе с трехмерной графикой. Но 3D-сканер значительно упрощает и ускоряет данный процесс.

3D-лазерные сканеры - это устройства, которые проводят анализ физического объекта, и, на основе полученных данных, создают 3д модель. Трехмерное изображение 3D-сканер сохраняет преимущественно в форматах STL, OBJ, PLY и WRL.

С помощью 3D-сканера можно быстро и качество воссоздать максимально точную модель объекта. Работа 3D-сканера должна проходить под контролем опытного инженера. Результат сканирования дорабатывается в профессиональном графическом редакторе для трехмерной графики. В дальнейшем, при необходимости, можно провести 3D-печать объекта, на основе построенной 3D-модели. Компания KOLORO предоставляет услуги 3D-сканирования. В нашем техническом арсенале есть 3D-сканеры для работы с физическими объектами различного типа и величины.

Методы трехмерного сканирования

Контактный 3 D-сканер . Для сканирования устройству необходимо находится в непосредственном контакте с объектом сканирования.
Бесконтактный 3D -сканер . Получение 3D-модели с его помощью считается наиболее перспективным методом 3D-сканирования. 3D-сканеру необязательно контактировать с объектом, что позволяет проводить 3D-сканирование труднодоступных объектов, памятников культуры и архитектуры, а также ювелирных изделий. Уже даже существует промышленный 3D-сканер, который сканирует дома, насыпи и другие крупные объекты.
Активные бесконтактные 3D -сканеры (для изучение объекта используют структурированный световой или лазерный луч, который попадая на объект, отражается и на основе этого отражения 3D-сканер строит 3D-модель).
Пассивные бесконтактные 3D -сканеры (данный вид устройства использует уже существующее отражение от объекта, в основном - солнечный свет).

Принцип работы 3D-сканера

В основе работы 3D-сканера лежит принцип стереозрения. Сканер, как и человеческий глаз, способен определить расстояние до объекта и его размеры. Как у человека два глаза, так и у 3D-сканера - две камеры. После получения необходимой информации 3D-сканер строит 3D-модель объекта. Для недопущения неточностей, 3D-сканер оборудован подсветками для каждой из камер

Преимущества 3D-сканера

Для начала выделим общие преимущества 3D-сканеров :

Максимально высокая точность модели - 3D-сканер воссоздает даже самые незначительные, мельчайшие, детали физического объекта;
Высокая скорость работы - объемное сканирование занимает всего несколько минут, а то и секунд, после чего необходима доработка построенной сканером 3D-модели в профессиональных программах для работы с 3D-графикой;
Сканер можно разместить под разными углами , в зависимости от сложности объекта, при этом сам объект можно не трогать, что особенно важно при сканировании больших и огромных объектов (например, дома, памятники и ландшафты).

Контактные 3D-сканеры:

просты в использовании.
не зависят от уровня освещения.
создают модели высокой точности.
файл 3D-модели небольшой по объему.

Бесконтактные 3D-сканеры:

энергоэкономичны;
не требуют непосредственного контакта с объектом;
применяют технологию структурированного света;
не наносит вреда физическому объекту.

Применение 3D-сканера

Инженерный анализ - 3D-сканер может быстро и качественно создать трехмерную модель объекта и просчитать его физические пропорции в требуемых размерах. При наличии физической модели в единственном экземпляре объемное сканирование поможет создать разноразмерные копии и быстро наладить мелкосерийное производство.
Цифровой анализ - 3D-сканер помогает визуализировать все технические несоответствия изделий и деталей, а значит, внести в них все необходимые корректировки еще до этапа изготовления протипа изделия.
Цифровая архивация . Теперь можно отказаться от двухмерных рисунков, чертежей и даже от 3D-моделирования устаревших деталей. 3д-сканер считает с объекта всю необходимую информацию, построит 3D-модель и заархивирует ее в нужном для изготовления формате. Это существенно экономит время и не потребует выделение места под хранение физических чертежей.
Архитектура . С помощью 3D-сканера можно создать модель целого дома, а также отдельных элементов архитектуры: эмблем, колон и различного рода декораций.
Медицина . Именно 3D-принтер выступает отличным помощником при 3D-сканировании костей и даже отдельных органов - с высочайшим уровнем детализации! В дальнейшем, полученные 3D-модели и созданные прототипы могут быть использованы в качестве учебных материалов в специализированных ВУЗах или при создании полноценных биологических протезов.

Технология трехмерного сканирования появилась всего несколько десятилетий назад, в конце 20-го века. Первый работающий прототип появился в 60-х годах. Конечно, тогда он не мог похвастаться широким спектром возможностей, однако это был настоящий 3d сканер, неплохо справляющийся с основной функцией.

В средине 80-х годов сканирующие устройства усовершенствовали. Их начали дополнять лазерами, источниками белого света и затемнения. Благодаря этому удалось улучшить «захват» исследуемых объектов. В этот период появляются контактные датчики. С их помощью оцифровывалась поверхность твердых предметов, которые не отличались сложной формой. Чтобы усовершенствовать оборудование, разработчикам пришлось позаимствовать ряд оптических технологий из военной промышленности.

Применение 3d сканеров было интересно не только конструкторам дизайн-студий, автомобильных концернов, но и работникам киноиндустрии. В 80-х – 2000-х годах разные компании выпускали свои модели оборудования: Head Scanner, 3D-сканер REPLICA и другие. С тех времен агрегаты изменились, усовершенствовались, стали более мобильными и функциональными. Характеристики 3d сканера сегодня существенно отличаются.

Принцип работы 3d сканера

Устройство 3d сканера занимается детальным исследованием физических объектов, после чего воссоздаются их точные модели в цифровом формате. Современные агрегаты могут быть стационарными или мобильными. В качестве подсветки применяется лазер или особая лампа (их использование увеличивает точность измерений).

Принцип работы 3d сканера определяется технологией сканирования. При помощи подсветки и встроенных камер аппарат измеряет расстояние до объекта с разных ракурсов. Затем сопоставляются картинки, передаваемые камерами. После тщательного анализа всех полученных данных, на экране отображается готовая цифровая трехмерная модель. Если устройство 3d сканера основано на работе лазерного луча, то с его помощью измеряются расстояния в заданных точках. На основе этих сведений выводятся координаты.

Методы и технологии трехмерного сканирования

Выделяют два основных метода:

Контактный. Устройство зондирует предмет посредством физического контакта, пока объект находится на прецизионной поверочной плите. Контактный 3d сканер отличается сверхточностью работы. Правда, при сканировании можно повредить или изменить форму объекта.
Бесконтактный. Применяется излучение или особый свет (ультразвук, рентгеновские лучи). В данном случае предмет сканируется через отражение светового потока.

Технологии трехмерного сканирования:

Лазерная. Функционирование устройств основывается на принципе работы лазерных дальномеров. Лазерные сканеры 3d характеризуются точностью получаемой трехмерной модели. Правда, их применение затруднительно в условиях подвижности объекта. Это больше 3d сканер для помещения. Сканирование человека 3d сканером лазерного типа практически невозможно.
Оптическая. В данном случае применяется специальный лазер второго класса безопасности. Оптический 3d сканер отличается большой скоростью сканирования. Его использование исключает любое искажение, даже если объект будет двигаться. Также нет необходимости в нанесении отражающих меток. Правда, такие устройства не подходят для исследования зеркальных, прозрачных или блестящих изделий. Зато это отличный вариант 3d сканера человека.

Современные 3d сканеры

Устройства могут отличаться по многим параметрам: сфере использования, габаритам, форме, технологии. Современные агрегаты применяются и в промышленной, и в бытовой сфере. Промышленный 3d сканер полезен в:

инженерии;
медицине;
производстве;
дизайне;
киноиндустрии;
сфере создания компьютерных игр.

Особое внимание хотелось бы уделить ультразвуковому 3d сканеру. Он является настоящей находкой для современной медицины. Устройства снабжаются энергетическими, цветными, тканевыми, непрерывноволновыми и импульсными допплерами. Данный агрегат характеризуется высочайшей разрешающей способностью, поэтому популярен в маммологии, акушерстве, урологии, исследовании сосудов и мышечных тканей, эхокардиографии, неонаталогии, педиатрии.

По принципу работы устройства также отличаются. Рынок предлагает стационарный или переносной, то есть ручной 3d сканер. В качестве сенсора во втором случае используется координатно-чувствительный детектор или аппарат с зарядовой связью. Данный агрегат чрезвычайно удобен тем, что его можно свободно перемещать. Портативный 3d сканер идеально подходит для сканирования труднодоступных мест или крупногабаритных объектов. Измерение можно проводить под любыми углами, вокруг или под исследуемыми предметами.

Устройства используются совместно с разным оборудованием. Это может быть не только 3d сканер для 3d принтера, но и 3d сканер для ipad. Современные производители подобных агрегатов выпускают мобильные устройства, которые работают не только со стационарными компьютерами, но и с планшетами или даже смартфонами. Кроме этого существуют специальные программы, с помощью которых обычные телефоны превращаются в сканеры. К примеру, можно найти 3d сканер для андроид. Он поможет конструировать уникальные детали, проводить быстрое прототипирование и оцифровку объектов.

Программное обеспечение для 3D сканера

Специальные программы для 3d сканера и обработки данных:

David-3D. Предназначается для трехмерного сканирования предметов и преобразования полученных результатов с целью последующего импорта моделей в 3D-редакторы.
Artec Studio 10. Профессиональный инструмент для создания объемных моделей.
Autodesk 123D Catch. Трехмерное сканирование для мобильных телефонов на Android.
Photomodeler Scanner. Позволяет формировать высокоточные stl-модели на основе обычных снимков, сделанных камерой смартфона или планшета.
3DAround. Превращает фото в формате в 2D в реалистичные трехмерные модели.

Видео о 3D сканере

Чтобы лучше понять принцип работы устройств и их разновидности, стоит посмотреть видео про 3d сканеры, которые представлены ниже.