3D-сканирование - это оптический захват физического объекта с целью создания его точной цифровой модели. Данная технология широко применяется в реверс-инжиниринге, но также может использоваться самостоятельно как отдельный процесс. Объектом съемки может быть любой предмет, человек или даже окружающая среда. Метод востребован в различных областях и имеет множество преимуществ.
3D-сканирование выполняется контактным или бесконтактным методом. На практике чаще всего используются бесконтактные методы. В ходе измерений полученная информация сохраняется в виде объемного облака точек, которое затем преобразуется в триангуляционную сетку.
Триангуляционная сетка – это способ создания трехмерного цифрового образа объекта путем представления его поверхности в виде множества небольших треугольников. Такая технология оптимально подходит для разных сфер применения, включая реверс-инжиниринг, контроль и обеспечение качества, размерный анализ и геодезию. В частности, детали могут быть отсканированы и смоделированы в цифровом формате для изменения прототипов ручной работы, воссоздания устаревших деталей, разработки запасных частей и многого другого.
Лазерное 3D-сканирование
Лазеры являются самым популярным инструментом для объемного сканирования. 3D-сканеры, использующие лазеры, способны измерять мельчайшие детали и захватывать геометрию объектов произвольной формы для создания высокоточных облаков точек. Метод лазерного 3D-сканирования отлично подходит для измерения и контроля сложной геометрии там, где нецелесообразно использовать традиционные методы.
Как правило, перед началом работы 3D-сканер калибруют. Это необходимо из-за того, что на точность трехмерного сканирования могут влиять температура, уровень освещения и влажности, а также другие факторы. Процедура выполняется на специальном калибровочном поле. Обычно это белая пластина, изготовленная для конкретного сканера и имеющая специальные метки, нанесенные в определенном порядке. Некоторые 3D-сканеры калибруются только при производстве, другие необходимо калибровать перед каждым использованием. Также важным этапом подготовки к 3D-сканированию является установка меток на сканируемый объект в хаотичном порядке. Затем в процессе работы сканер будет ориентироваться на получившийся «узор» из меток.
При трехмерном сканировании один или несколько лазерных источников проецируют линии на поверхность объекта, а камеры фиксируют преломление этих линий. Угол установки камер определен заранее, что позволяет высчитать триангуляцию. По ходу движения лазерных линий по поверхности объекта вычислительная система фиксирует точки преломления в трехмерном пространстве.
Обработанные данные можно преобразовать в триангуляционную сетку, а затем в CAD-модель.
Для справки: CAD – аббревиатура от «сomputer-aided technologies» (системы автоматизированного проектирования).
Недостатки лазерного 3D-сканирования:
- Сложности с захватом мелкой геометрии.
- Необходимость использования маркеров в большинстве случаев.
- Невозможность захвата текстуры объекта.
- Невозможность сканирования движущихся объектов.
Лазерные 3D-сканеры могут использоваться на открытом воздухе для обследования строительных площадок, объектов и археологических раскопок, а также в других целях. Однако, при использовании устройств вне помещений необходимо учитывать уровень влажности, температуру и обязательно избегать попадания прямых солнечных лучей на сканер.
Времяпролетные 3D-сканеры
Наиболее точной технологией для работы со зданиями является лазерное 3D-сканирование. Времяпролетные трехмерные сканеры используют лазер, который установлен на штативе и может собирать данные, охватывая пространство на 360 градусов. Луч направляется на зеркало, которое поворачивается во всех направлениях.
Технология работы сканеров этого типа основана на знании величины скорости света: при получении данных учитывается время, за которое свет преодолел расстояние между датчиком и объектом. Исходя из этого вычисляется расстояние до каждой точки объекта.
Времяпролетные сканеры способны создавать точные, высокодетализированные трехмерные цифровые модели зданий. В то время, как для работы большинства 3D-сканеров требуется соблюдать определенное расстояние до объекта, времяпролетные модели могут собирать информацию как на близком, так и дальнем расстоянии.
Недостатками таких сканеров являются низкая скорость сканирования, а также большая мощность лазеров, которые могут нанести вред здоровью человека, особенно при попадании в глаза.
Времяпролетные 3D-сканеры широко применяются во многих сферах:
- строительные компании проводят оценку объектов и проверяют ход выполнения работ в рамках крупных проектов;
- геодезисты используют данное оборудование при строительстве дорог;
- архитекторы и дизайнеры интерьеров создают объемные модели предлагаемых дизайнов помещений;
- лица, ответственные за сохранение исторических сооружений или достопримечательностей, и археологи проводят оценку мест, которые могут быть повреждены при физическом осмотре.
3D-сканирование с помощью структурированного подсвета
Самые ранние сканеры структурированного света были довольно примитивными, дорогими и сложными в использовании. Но по мере совершенствования камер и компьютерных технологий методы менялись, и к концу 90-х годов начали появляться современные модели оборудования для 3D-сканирования со структурированной подсветкой. Сегодня этот метод является универсальным инструментом для исследований и производства. Он используется во всех сферах: от разработки космических аппаратов до детального анализа античных артефактов. И, конечно же, в медицине и производстве.
При трехмерном сканировании со структурированным подсветом используется один световой проектор и две камеры. Процесс строится на измерении деформации полосчатого рисунка или сетки, проецируемых на поверхность объекта сканирования. Таким образом создается плотное облако точек с высокой детализацией.
В зависимости от технологии проецирования, используемой в системе, уровень естественного дневного освещения иногда может представлять проблему для этого вида 3D-сканирования.
К недостаткам 3D-сканирования с помощью структурированного подсвета также относят:
- Трудности при работе с отражающими, прозрачными и черными объектами.
- Сбор данных занимает больше времени, чем при лазерном 3D-сканировании.
- При использовании ручных сканеров снижается точность измерений.
- Есть ограничения в размерах объекта сканирования.
- Есть ограничения при работе под открытом небом.
Фотограмметрия
При фотограмметрии создается 3D-модель, состоящая из серии 2D-снимков, с использованием стандартных и модифицированных камер вместе со специальными алгоритмами. Камеры делают снимки объекта с разных ракурсов, а программное обеспечение определяет общие точки на всех фотографиях. В свою очередь, измерительные столбики помогают масштабировать изображения для объединения их в облако точек.
Главными достоинствами фотограмметрии являются большая скорость считывания и способность сохранять цветовые параметры захваченных точек, что идеально подходит для съемки окружающей среды.
Недостаток этой технологии заключается в том, что результат полностью зависит от разрешения и качества экспозиции фотографий, используемых для реконструкции 3D-изображения. Кроме того, темные области зачастую могут стать причиной отсутствия данных в облаке точек.
С помощью фотограмметрии можно сканировать здания, но это не очень практично. Чтобы правильно составить цифровую модель такого крупного объекта, потребуются десятки тысяч фотографий.
3D-сканирование все больше набирает популярность и все активнее применяется во многих отраслях, обеспечивая высокую точность и эффективность процесса создания трехмерных моделей. Использование данной технологии позволяет значительно повысить качество и скорость работы, а также способствует развитию инноваций.
Специалисты компании 3DVision имеют многолетний опыт работы с технологиями трехмерного сканирования. Мы поможем вам выбрать наиболее подходящую технологию 3D-сканирования и подберем 3D-сканер, который оптимально подойдет под ваши задачи.
Чтобы получить консультацию, свяжитесь с нами по телефону +7 (800) 333-07-58, электронной почте prototyping@3dvision.su или заполните форму на сайте.
Листая дальше, вы перейдёте на 3dvision.su