Подробный обзор 3D сканеров

Трехмерное сканирование – это новая технология, которая появилась в конце 20-го века. Прототипы были испробованы еще в 60-х годах. Они не имели широкий спектр возможностей, но хорошо справлялись с основной задачей. В 80-х годах модели усовершенствовали, благодаря лазерам. Улучшился захват объектов.

Также были разработаны контактные датчики, которые оцифровывали поверхность предметов с твердым и сложным строением. Оборудование разрабатывалось по технологиям военной промышленности с использованием навигаторов. 3D сканеры используются в дизайнерских студиях, автомобильных концернах и в киноиндустрии. Первыми моделями были: Head Scanner, 3D-сканер REPLICA и другие.

3D сканер: что это такое, и как он работает

3D сканер – это устройство, занимающееся исследованием физических объектов и воссозданием моделей в цифровом формате. Могут иметь стационарные или мобильные формы. Особая лампа или лазер используется для подсветки деталей, что увеличивает точность измерений.

Фото 1
Пример 3D сканера

Модели трехмерных сканеров имеют отличия:

  • сферу использования;
  • габариты;
  • формы технологии.

Применяются в промышленности и в быту. Промышленные аппараты полезны в:

  • медицинских учреждениях;
  • инженерии;
  • производстве;
  • дизайне;
  • компьютерных технологиях;
  • киноиндустрии.

Ультразвуковой 3D сканер незаменим в современной медицине. Агрегат снабжен энергетическими, цветными, тканевыми и импульсными доплерами. Характеризуется большой точностью, вплоть до 0,1 мм. Используется в маммологии, урологии, акушерстве, исследовании сосудов, в кардиографии и педиатрии.

Во время процесса сканирования аппаратом создается множество точек, огибающих объект. Далее они реконструируют предмет и переносят его на монитор. Тоже касается и цветов.

3D сканер имеет вид обычной камеры. То есть информация собирается только с тех поверхностей, на которые попадал световой луч. Различия между ними заключаются в том, что сканер тщательно исследует объект и выдает точное расстояние от точек к поверхности. Это позволяет видеть фигуру сразу в трех областях.

Полноценное моделирование несет в себе несколько сканирований. Это необходимо для подробного анализа. Все данные выкладываются в общую систему, а там уже происходит привязка плоскостей и конвейер (моделирование).

Справка! Правильное сканирование предмета заключается в плавных движениях и поворотах. Если повернуть сканер на 90 градусов по горизонтали, последует звуковой сигнал и траектория отслеживания прервется.

В этом видео рассказывается о том, как работает 3D принтер и 3D сканер:

Полезно также почитать: Самые популярные программы для 3D-моделирования 

Функциональные возможности 3Д сканера

От технологии сканирования зависит принцип работы трехмерного сканера. Подсветка и встроенные камеры измеряют расстояние до объекта. Картинки, получаемые в процессе, сопоставляются. Далее происходит тщательный анализ данных и отображение цифровой, трехмерной модели на экране. Работа лазерного 3D сканера основана на измерении расстояния до объекта в заданных точках. Полученные сведения выводятся в координаты.

Основная цель использования 3D сканеров – создание точных трехмерных объектов. В дальнейшим они используются для обработки на специализированном программном обеспечении, для последующей печати на трехмерных принтерах.

По принципу использования сканеры могут быть:

  • Ручные 3D сканеры. Подходят для домашнего пользования, просты в использовании, имеют малый вес и габариты.

Фото 2

  • Портативные 3D сканеры. Модель для работы с выездом и стационарной установкой.

Фото 3

  • Настольные. Профессиональные модели, подойдут для использования в офисе, инженерных бюро и дизайнерских студиях.

Фото 4

  • Стационарные. Используются в промышленных целях.

Фото 5

  • Оптические. Работают на основе комбинации света и оптических камер.

Фото 6

Классификация лазерных 3D сканеров

Трехмерное сканирование подразделяется на 2 типа:

  1. Контактное. Метод представляет собой контакт с предметом.
  2. Бесконтактное. Перспективный метод сканирования, так как позволяет создавать скан моделей, находящихся в труднодоступных местах.

Бесконтактные подразделяются на 2 категории:

  1. Активные;
  2. Пассивные.

Контактные

Механический щуп соединен с контактами в сканере. Он снабжен датчиком, который измеряет высоту, глубину объекта. Координаты собраны в сетке, которые можно регулировать из программы. Механизмом могут допускаться угловые перемещения для впадин и отверстий. Процесс можно ускорить самостоятельно, изменяя шаги сетки: уменьшать сложные участки, повысив точность и сокращая время.

Данные устройства работают по следующему принципу: происходит зондирование предмета при помощи физического контакта, когда тот находится на прецизионной проверочной поверхности. Отличается от других видов сверхточной работой. Недостаток – может изменить или повредить объект. Такие сканеры проводят изучение объекта напрямую. Если объект лежит неправильно или двигается во время сканирования, его удерживают в неподвижном состоянии специальные тиски.

Фото 7
Пример контактного 3D сканера

В таком 3D сканере используется 3 вида механизма:

  • Каретка. Измерительная «рука», которая находится в неподвижном перпендикулярном положении. Исследование происходит в момент движения каретки, когда «рука» двигается вдоль объекта. Хороший метод сканирования плоских и выпуклых деталей.
  • Высокочастотный угловатый датчик. Сканирует внутреннее пространство объекта с углублениями и входными отверстиями. Производит сложнейшие математические вычисления.

Использование этих двух механизмов помогает собирать информацию с крупных предметов, имеющих поперечные перегородки и несколько внутренних отсеков.

  • Координатно-измерительная машина. Именно этот механизм сверхточно читает предмет и способен повредить или деформировать его. Такие минусы машины учитываются при сканировании исторических и хрупких объектов.

Бесконтактные

В основе сканирования таким аппаратом лежит метод изучения предметов при помощи ультразвука и рентгеновских лучей. Процесс происходит путем отражения светового потока. Это может быть обычный свет или определенное излучение. Только после этого объект подвергается цифровому исследованию.

Зачастую сканируемые объекты находятся в освещенных местах. В таком случае используют отражение света в видимом диапазоне. Из этого следует, что бесконтактные 3D сканеры сравнимы с версией видеокамеры. Но такой освещенности недостаточно для подробного анализа, так как свет может распространяться неравномерно. В качестве дополнений используются специальные осветители, при этом увеличивается стоимость, и теряется компактность и мобильность.

Фото 8
Бесконтактный 3D сканер

Пассивные

Такие трехмерные сканеры анализируют отраженное излучение через свет. В качестве святилища используется лазерный луч, в основе которого имеется времяпролетный дальномер. Он рассчитывает расстояние и время движения луча туда и обратно. Используется как световой всплеск, а время его отражения фиксируется при помощи детектора. Как известно, скорость света неизменная величина, и, зная время полета луча в обе стороны, можно подсчитать расстояние от сканера до объекта. За 1 секунду времяпролетные 3D сканеры могут измерить до 100 000 точек.

Активные

Сканирование объектов происходит путем направления волн, представленных в виде лазерного луча или структурированного света. Далее наступает обнаружение и анализ отражения. Сканер отправляет луч на предмет, а камера записывает данные о расположении в координатах. Движение лазера сопровождается фиксацией в поле зрения камеры в разных местах. Такие трехмерные сканеры прозвали триангуляционными, так как луч, камера и конечная точка образуют треугольник.

Технологии сканирования

Существует несколько технологий в трехмерном сканировании:

  1. Лазерная. Основывается на работе лазерных дальномеров. Трехмерная модель считывается с максимальной точностью. Применение таких моделей невозможно для человека из-за того, что объект должен быть неподвижен во время процедуры.
  2. Оптическая. В таком методе используется лазер второго класса безопасности. Преимущество – высокая скорость сканирования. Возможны считывания даже при движении объекта. Не подходит для сканирования зеркальных, блестящих и прозрачных поверхностей. Отличный вариант для сканирования человека.
Справка! Сканирование человеческого лица нужно проводить как можно быстрее, но не прерывистыми и плавными движениями. Проблемы могут возникнуть при снятии волосяного покрова и бороды, моргании глаз и др. Человек должен смотреть выше камеры в неподвижном состоянии. Также следует пользоваться дополнительными настройками, чтобы облегчить ситуацию.

Трехмерное сканирование является незаменимым в некоторых индустриях. К примеру, в стоматологии. Зубы невозможно измерить с большой точностью. Для зубника это долгий и трудоемкий процесс. Трехмерный сканер справится с этим за несколько секунд. Вручную этот процесс происходит с ошибками и множеством переделок и подгонок.

Для точного чертежа зачастую требуется немало замеров. 3D сканирование позволяет воссоздавать объекты, если обвести их по контуру, при этом вращая на столе. Аппарат быстро превратит физический объект в цифровую модель на компьютере. Более того она станет доступна для печати на 3D принтере или станках ЧПУ.

Трехмерные сканеры пользуются большой популярностью в машиностроении, архитектуре, медицине, производстве обуви, стоматологии. Их использование ускоряет производство и уменьшает брак.

В этом видео дается мастер класс по технологии 3D-сканирования:

Преимущества и недостатки 3D сканеров

Как и любое оборудование, трехмерные сканеры обладают рядом достоинств и недостатков.

Преимущества:

  • Из-за высокой скорости сканирования приборы быстро окупают вложенные в прибор деньги.
  • Можно проводить анализ объектов, находящихся на улице или за пределами помещений.
  • Инновационные технологии позволяют определять и передавать все цвета без ограничений.
  • Нет необходимости прислонять предмет к аппарату, так как сканирование происходит на расстоянии.
  • Удобный размер позволяет носить прибор с собой в обычной сумке.

Недостатки:

  • Нет возможности обрабатывать черно-белые объекты, так как принтер не считывает их и выдает неправильную информацию.
  • Трудно считывает предметы с глубоким рельефом и перегородками.
  • Прозрачные объекты могут быть отсканированы, если их обработать раствором. В противном случае результат будет в виде бликов и вспышек на снимке.

Зная особенности трехмерных сканеров, можно выбирать варианты для удовлетворения основных потребностей. Самое главное – качественная и современная модель. Только так можно отсканировать объект быстро и качественно.

Цена на 3D сканирование

На рынке электроники представлен большой выбор трехмерных сканеров – от профессиональных до бытовых. Это весомое капиталовложение. 3D сканер должен соответствовать решению задач пользователя и бюджету.

Вот, что нужно знать, при заказе 3D сканирования:

  • Каждый заказ рассчитывается индивидуально в зависимости от размера объекта, его геометрии и детализации;
  • Минимальная ставка при трехмерном сканировании составляет – 3000 руб.;
  • При выезде специалиста с оборудованием придется доплатить;
  • Заранее оговаривается, какой моделью осуществляется сканирование.

Что входит в услугу:

  • Ответ на любой вопрос, касающийся трехмерного сканирования;
  • 3D сканирование;
  • Создание единой 3D модели;
  • Корректировка и наложение текстур;
  • Модель сохраняется в нужном формате: OBJ, PLY, WRL, STL, AOP, ASCII, PTX, E57, XYZRGB, CSV, DXF, XML;
  • Подготовка модели к 3D печати путем оптимизации.

За дополнительную стоимость:

  • После проведения анализа предмета его делают пригодным для редактирования в CAD,SolidWorks, Компас и других программах. На выходе получается твердотельная модель.
  • Обработка сканов, склейка, удаление шумов, сглаживание, оптимизация, регистрация сканов и другие дополнительные функции.

После ознакомления с технологией трехмерного сканирования прочитавший может сделать для себя вывод о том, для чего нужен 3D сканер. Цифровые технологии достигли своего пика и перешли в доступный режим. Приемлемая цена и легкость в использовании не заставят покупателя беспокоиться о переходе в цифровой мир.

Технология 3D сканирования считается одной из сложнейших. С каждым годом трехмерный тип анализа объектов развивается по следующим причинам:

  • Действительно необходимое оборудование для промышленных предприятий.
  • Незаменим в маркетинговой технологии. Хороший способ создать качественную рекламу и каталоги.
  • Реалистичные копии пользуются популярность в медицине, кино.

Производством 3D сканеров занимаются как крупные компании, так и небольшие фирмы. А связано это с тем, что цифровое сканирование вышло на новый уровень и может повлиять на развитие многих сфер в индустрии.

Полезное видео

В этом видео дается обучение по использованию 3д-сканера:

Комментарии

Наша группа в ВК

О новых материалах можно узнать одним из первых, подписавшись на нашу группу в ВК

Подробнее...