Точность и разрешение 3Д-сканера: основные положения

В широком смысле термином «точность» обозначают то, насколько близко измерение к фактической величине. В 3Д-сканировании понятие точности относится в основном к точности единичного сканирования, но существует также понятие объемной точности.

Что касается разрешения, под которым обычно понимают показатель того, насколько четко передается изображение, в 3Д-сканировании значение этого термина также может иметь двойную трактовку.   

Разработчики 3D-сканеров обычно обозначают разрешение сетки, т. е. расстояние между точками в облаке точек (3D-сетка) в характеристиках разрешения оборудования. Но некоторые также указывают разрешение измерения.
Все эти термины могут быть немного запутанными, а 3D-сканирование и так уже является достаточно сложной технологической сферой. Давайте рассмотрим основы!

Точность 3Д-сканирования

Термин «точность» определяется как степень близости результатов измерения к истинной величине или величине с допустимой долей погрешности. Точность часто путают с прецизионностью, которая обозначает степень близости друг к другу независимых результатов измерений одного и того же объекта. Простой график ниже иллюстрирует разницу между точностью и прецизионностью.

Точность единичного сканирования VS объемная точность

В технических спецификациях точность часто означает точность единичного сканирования, то есть точность одного снимка.

Пример: точность 0,05 мм.

Большинство производителей 3Д-сканеров также характеризуют объемную точность. Это точность нескольких снимков, и она уменьшается по мере увеличения размеров сканируемого объекта.

Пример: 0,05 мм + 0,15 мм/м.

Следуя нашему примеру, если длина вашего образца составляет 2 метра, точность вашего сканера составит 0,05 + (0,15*2) = 0,035 мм, и эти показатели довольно сильно отличаются от точности одного снимка. Объемная точность – намного более важный аспект для рассмотрения, особенно если вы сканируете большие объекты (например, машины).

Однако некоторые 3Д-сканеры со встроенными фотограмметрическими модулями могут выстроить нечто похожее на 3Д-скелет объекта (с помощью клейких меток) до того, как наполнят снимок объекта другими параметрами.  Метки – это условные точки для 3Д-сканера, по которым он создает макет объекта, как рисунок по точкам. Используя фотограмметрический «скелет» объекта, вы намного повышаете уровень точности данных.

Примечание: Фотограмметрия — это технология 3D-сканирования, которая заключается в получении нескольких фотографий объекта с разных ракурсов для расчета его формы и размера.

Насколько точны эти параметры?

Разработчики выявляют максимальные характеристики, получаемые в идеальных условиях. Если производитель зафиксировал точность 0,05 мм в своей лаборатории, это не значит, что вы сможете добиться той же точности самостоятельно.

Точность сканера может зависеть от ряда факторов:

- Температура (3D-сканер будет работать по-разному при 40 °C и при 20 °C)

- Калибровка (насколько хорошо вы откалибровали свой 3D-сканер? Вы калибруете его регулярно?)

- Человек, выполняющий сканирование (хотя с сегодняшними и будущими датчиками и более интуитивно понятным программным обеспечением меньше места для ошибок).

Еще одно важное замечание: не все производители 3D-сканеров следуют одинаковым стандартам для измерения точности своих сканеров. Если в вашей работе важна высокая точность, ищите бренды, имеющие, например, сертификаты VDI/VDE и/или ISO.

Разрешение 3Д-сканера

Что такое разрешение?

Термин «разрешение» может иметь много разных значений в зависимости от области применения (фотография, фильмография, печать и т. д.), но его фундаментальное значение остается тем же. Это технический термин из области теории вычислительных систем, который характеризует, «насколько хорошо была отражена реальность». Относительно экрана, например, разрешение связано с количеством пикселей, доступных для воссоздания изображения. Чем больше пикселей, тем лучше разрешение и качество изображения (тем чище и четче оно будет выглядеть). Мы можем это наглядно увидеть на примере с кругом ниже:

Плотность пикселей влияет на визуальное качество изображения

В 3D-сканировании есть один основной тип разрешения: разрешение вашей 3D-сетки, называемое "разрешением сетки". Однако некоторые производители также указывают «разрешение измерения». Чаще всего «разрешение» или «3D-разрешение» в технических характеристиках относится к разрешению получаемой 3D-сетки. В основном оно измеряется как расстояние между точками, т. е. расстояние между двумя трехмерными точками в облаке точек, так как это воспринимается легче всего. Чем ближе друг к другу расположены точки сетки, тем лучше она будет выглядеть. Расстояние от точки до точки иногда называют «пространственным расстоянием между точками» или «точечным расстоянием». Разрешение также можно измерить в PPS (количество точек в одном сканировании). Чем больше точек содержит ваша сетка, тем более гладкой и детализированной она будет выглядеть. Это можно сравнить с качеством 2D-печати, где чем больше PPI (точек на дюйм) содержит ваш файл, тем четче будет печать.

Стоит учитывать, что более высокое разрешение сетки означает более длительное время загрузки и более тяжелые файлы. Если вам не нужна предельно высокая четкость, то нет смысла нагружать RAM/GPU и утяжелять жесткий диск.

Примечание: В любом случае вам, скорее всего, придется инвестировать в высококлассный ПК игрового качества, чтобы запустить программное обеспечение для 3D-сканирования и загрузить огромное количество полученных данных. Некоторые из компьютеров, с которыми мы работали для высококлассных сканеров, стоят более 5000 долларов.

Разрешение измерения

Разрешение измерения определяет, сколько точек датчик способен зафиксировать в заданной области. Чем больше точек на единицу измерения поверхности, тем лучше.

Но что действительно важно — это разрешение сетки, которое может быть получено и использовано в программном обеспечении после вычисления. В некоторых случаях программное обеспечение вычисляет среднее значение нескольких точек измерения для генерации одной точки сетки (вершины).

Обратите внимание, что требования к разрешению сетки относительны, а не абсолютны: на остром крае вам нужно хорошее разрешение; на плоской поверхности необходимо всего несколько точек. Некоторые программные пакеты для 3D-сканирования соответствующим образом оптимизируют сетки, чтобы избежать хранения тяжелых, бесполезных данных (и перегрузки вашего ПК) впустую.

Примечание: в качестве метафоры возьмем человеческое тело и его сенсорные рецепторы. У нас есть тысячи рецепторов на кончиках пальцев, которые мы используем, чтобы касаться и взаимодействовать практически со всем. Однако на нашей спине очень мало сенсорных рецепторов, поскольку мы не используем спину, чтобы чувствовать предметы.

Эта сетка оптимизирована: в углах и краях плотность расположения точек высока, тогда как точки на плоских участках расположены более удаленно друг от друга.

Заключение

На сайтах производителей и в спецификациях можно встретить множество различных терминов. Что действительно важно, так это объемная точность и разрешение сетки, а также то, насколько хорошо они отвечают вашим конкретным потребностям.

Кроме того, хотя характеристики точности и разрешения полезны для простого и быстрого сравнения одного 3D-сканера с другим, они не должны быть решающими факторами сами по себе. Вам также следует учитывать сертификацию бренда, историю, программное обеспечение, клиентское обслуживание и многое другое.

Обращайтесь к нам, если у вас возникли трудности с выбором 3D-сканера или вы не уверены, что именно вам нужно для вашего сценария использования (и бюджета!).

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