Для чего нужно 3D-сканирование?

3D-сканирование может быть выполнено контактным и бесконтактным методами. Как правило, когда мы говорим о 3D-сканировании, подразумеваются бесконтактные методы. При измерении информация содержится в наборе точек данных (или облаке точек) в трехосевой системе координат, который далее преобразуется в триангуляционную сетку.

Триангуляционная сетка – это способ создания трехмерного цифрового образа объекта через представление его поверхности в качестве множества небольших треугольников. Такая технология полезна для различных применений, включая реверс-инжиниринг, контроль и обеспечение качества, размерный анализ и геодезию. В частности, детали могут быть отсканированы и смоделированы в цифровом виде для изменения прототипов ручной работы, воссоздания устаревших деталей, разработки запасных частей и многого другого. 

Лазерное 3D-сканирование

Лазеры являются самым популярным инструментом для 3D-сканирования. 3D-сканеры, использующие лазеры, способны измерять мельчайшие детали и захватывать геометрию 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. Эта необходимость вызвана тем, что точность 3D-сканирования может зависеть от ряда причин: температуры, уровня освещения и влажности. Для этого процесса требуется калибровочное поле. Обычно это белая пластина, созданная специально для конкретного 3D-сканера со специальными метками, нанесенными в определенном порядке. Некоторые 3D-сканеры калибруются лишь при производстве, другие необходимо калибровать перед каждым использованием. Также немаловажным шагом перед 3D-сканированием является установка меток на объект сканирования в хаотичном порядке. Позднее 3D-сканер будет ориентироваться на получившийся “узор” из меток.

Процесс 3D-сканирования включает использование одного или нескольких лазерных источников для проецирования лазерных линий на поверхность объекта. Камеры фиксируют преломление линий на поверхности объекта. Угол установки камер заранее определен, что позволяет высчитать триангуляцию. Вычислительные технологии фиксируют эти точки преломления в 3D-пространстве по мере того, как одна или несколько лазерных линий движутся по поверхности объекта.

Обработав все данные, их можно преобразовать в триангуляционную сетку, а затем в CAD-модель. CAD – аббревиатура от сomputer-aided technologies (системы автоматизированного проектирования).

Недостатки лазерного 3D-сканирования:

• Сложности с захватом мелкой геометрии

• Необходимость использовать маркеры в большинстве случаев

• Нет возможности захватить текстуру объекта

• Невозможно сканировать движущиеся объекты

Использование лазерного 3D-сканера на открытом воздухе может охватывать широкий спектр применений, включая обследование строительных площадок, объектов и археологических раскопок. Однако при использовании на открытом воздухе 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 3D-сканеры используют лазер, который установлен на штативе и может собирать информацию на 360 градусов. Луч направляется на зеркало, которое поворачивается во всех направлениях.

Такие 3D-сканеры основаны на знании скорости света. При получении данных учитывается время, за которое свет преодолел расстояние между датчиком и объектом. Исходя из этих данных вычисляется расстояние. 

Времяпролетные сканеры способны создавать высокодетализированные и точные 3D-сканы зданий. В то время как большинству 3D-сканеров необходимо определенное расстояние до объекта, времяпролетные модели могут собирать данные как на близком, так и дальнем расстоянии. 

Недостатками времяпролетных 3D-сканеров называют низкую скорость сканирования, а также мощность лазеров, которые могут быть опасны для здоровья при взаимодействии с человеком, особенно при попадании в глаза.

Времяпролетные 3D-сканеры нашли свое применение во многих сферах. Строительные компании проводят оценку объекта и проверяют ход выполнения крупных проектов, геодезисты используют 3D-сканеры для строительства дорог. Архитекторы и дизайнеры интерьера создают модели предлагаемых дизайнов помещений. Лица, ответственные за сохранение исторических сооружений или достопримечательностей и археологи проводят оценку мест, которые могут быть хрупкими для физического осмотра.

3D-сканирование с помощью структурированного подсвета

Самые ранние сканеры структурированного света были примитивными, дорогими и сложными в использовании. Тем не менее, по мере того, как камеры и компьютерные технологии быстро совершенствовались, методы менялись, и к концу 90-х годов начали приводить к появлению современного оборудования для 3D-сканирования со структурированной подсветкой. Сегодня такой метод является универсальным инструментом для исследований и производства. Он используется во всем: от разработки космических аппаратов до детального анализа античных артефактов. И, конечно же, в медицине и производстве.

При 3D-сканировании со структурированном подсветом используется один световой проектор и две камеры. Процесс строится на измерении деформации полосчатого рисунка или сетки, которая проецируется на поверхность объекта 3D-сканирования, таким образом создается плотное облако точек с высокой детализацией. 

Уровень естественного дневного света иногда может представлять проблему для такого вида 3D-сканирования в зависимости от технологии проецирования, используемой в системе.

Также к недостаткам 3D-сканирования с помощью структурированного подсвета относят:

• Трудности в работе с отражающими, прозрачными и черными объектами;

• Сбор данных занимает больше времени, чем при лазерном 3D-сканировании

• При сканировании ручными сканерами снижается точность измерений

• Ограничения в размере объекта сканирования

• Ограничения при работе под открытом небом

Фотограмметрия

Фотограмметрия создает 3D-модель из серии 2D-снимков, используя стандартные и модифицированные камеры вместе со специальными алгоритмами. Камеры делают снимки с различными ракурсами, в то время как программное обеспечение определяет общие точки на всех фотографиях. А измерительные столбики помогают масштабировать изображения для объединения их в облако точек.

Достоинствами фотограмметрии являются скорость считывания и способность сохранять цветовые данные захваченных точек, что идеально подходит для съемки окружающей среды. 

Недостаток этой технологии заключается в том, что он полностью зависит от разрешения и качества экспозиции фотографий, используемых для реконструкции 3D-изображения, а темные области часто могут привести к отсутствию данных в облаке точек.

При использовании фотограмметрии есть возможность просканировать здание, однако это не совсем практично. Потребуются десятки тысяч фотографий, чтобы правильно составить модель такого крупного объекта.

3D-сканирование все больше набирает популярность и находит применение во многих отраслях, обеспечивая высокую точность и эффективность процесса создания трехмерных моделей. Ее использование позволяет существенно улучшить качество и скорость работы и способствует развитию инноваций.

Специалисты компании 3DVision обладают многолетним накопленным опытом работы с технологиями 3D-сканирования. Мы поможем выбрать наиболее подходящую технологию 3D-сканирования и подберем 3D-сканер, что оптимальнее всего 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.

Реклама. OOO "3Д Вижн". ИНН: 7802253640