Przewodnik po skanerach 3D: jakie są ich zalety i wady?

Jeszcze kilka lat temu technologia z książek science fiction, dziś rutyna. Skanowanie 3D ma niezastąpioną rolę w archeologii, medycynie, ale także w rozwoju gier wideo lub mapowania terenu. Możemy również zamienić twój smartfon w skaner 3D. Jak działa skaner 3D? Dowiedz się więcej z tego artykułu.

Skanowanie 3D to przekształcanie trójwymiarowego obiektu w model cyfrowy, z którym możesz pracować. Cyfrowe skany działają jako model trójwymiarowego drukowania, używane są do kontroli jakości (np. w produkcji przemysłowej) lub do cyfrowej archiwizacji (np. rzeźby historyczne lub przedmioty).

Ponadto skanowanie 3D jest powszechnie stosowane w branży rozrywkowej (animacja, digitalizacja obiektów do rzeczywistości wirtualnej) lub geodezji. W medycynie stosuje się je między innymi w modelowaniu szczęki lub do wymiany stawów. Zastanawiasz się, jak działają skanery 3D? Czytaj dalej.

Jak działa skaner 3D?

Działanie skanera 3D opiera się na dwóch podstawowych zasadach. Albo obiektyw aparatu wykrywa światło odbite od obiektu (skanery bezkontaktowe), lub informacje o obiekcie są uzyskiwane z sondy, która przemierza powierzchnię obiektu (skanery kontaktowe). Specjalistyczne oprogramowanie przekształca dane w model cyfrowy.

Zakres skanerów 3D jest ogromny: od małych obiektów (monet) po ogromne obiekty - samochody, budynki, a nawet powierzchnia ziemi lub dno morskie.

Skanery kontaktowe

Podczas skanowania kontaktowego obiekt jest mocno przymocowany do płaskiej powierzchni. Samo skanowanie zapewnia specjalna sonda wrażliwa na nacisk; jego bieżąca pozycja jest określana techniką CCM (Coordinate Measuring Machine).

Skanery kontaktowe mogą być:

• umieszczone na ramieniu pomiarowym, którym porusza człowiek (używane np. w studiach animacji),
• częścią ramienia robotycznego (zautomatyzowane, powtarzalne procesy w produkcji przemysłowej),
• ręczne (używany w terenie).

Praktyczna prezentacja zrobotyzowanego skanera dotykowego i wykorzystanie skanowanego obiektu podczas toczenia

Dużą zaletą skanerów dotykowych jest to, że z łatwością skanują przezroczyste i błyszczące obiekty, z którymi tradycyjne techniki optyczne mają wiele problemów. Skanowanie dotykowe jest również stosowane w obszarach niebezpiecznych (np. z chemikaliami szkodliwymi dla zdrowia) lub w obszarach o słabej widoczności. Wada skanerów dotykowych jest oczywista - trudno jest nimi uchwycić większe (i odległe) obiekty.

Skanery optyczne

Skanery optyczne to rozsądny kompromis między ceną a jakością skanowania. Skanery optyczne, w porównaniu do skanerów laserowych czy kontaktowych, nie są zbyt drogie, ale z drugiej strony nie są tak dokładne. Skanery używają naturalnego światła odbitego; działają w zasadzie tak samo, jak kamera lub oczy.

Warunkiem udanego skanowania optycznego (i laserowego) jest - podobnie jak w przypadku fotografii - pusta przestrzeń między obiektywem a obiektem.

Najprostsze skanery optyczne mają jedną soczewkę. Dzięki fotogrametrii możesz także skanować za pomocą własnego smartfona. Zeskanowany obiekt jest sfotografowany pod różnymi kątami, z różnych stron, a specjalna aplikacja przekształca zdjęcie w model cyfrowy. Przetwarzanie danych odbywa się z powodu wysokich wymagań obliczeniowych na komputerze z wydajną kartą graficzną.

Wyjaśnienie zasady skanowania 3D za pomocą telefonu komórkowego

Dla podstawowego modelu wymagane jest co najmniej 20 zdjęć. Możesz osiągnąć przyzwoitą jakość dzięki 80 zdjęciom - im więcej zdjęć, tym dokładniejszy będzie model.

Skanery 3D laserowe

Niezwykle dokładne modele można uzyskać za pomocą skanowania laserowego. Laserowe skanery 3D są zatem szeroko stosowane w branży do nadzorowania jakości produkcji.

Skanery laserowe działają na tej samej zasadzie, co skanery optyczne - tworzą także model wynikowy na podstawie zeskanowanych fotografii. Główną różnicą jest to, że aktywnie oświetlają skanowany obiekt wiązką laserową. Światło odbite od powierzchni obiektu jest przechwytywane przez kamerę, a powstały model jest ponownie generowany przez wyspecjalizowaną aplikację.

Tańsze skanery laserowe wykorzystują światło punktowe, urządzenia lepszej jakości polegają na skanowaniu laserowym poszczególnych rzędów (w celu uzyskania dokładniejszych wyników).

Skanowanie laserowe nie jest zależne od oświetlenia zewnętrznego i w określonych warunkach może działać w odległości kilkudziesięciu kilometrów. Służy to do LIDARów , radarów optycznych używanych do skanowania budynków, terenu lub dna morskiego.