3D-сканирование и печать трехмерных объектов – это новые технологии, быстро завоевавшие рынок. 3D-сканеры (scanner) востребованы в медицине, сфере искусства, автомобильной и авиационной промышленности. Работа над новым продуктом начинается с 3D-образца, который можно создать вручную, воспользоваться программами, предназначенными для трехмерного моделирования, или получить изображение путем оцифровки уже существующего предмета, который предстоит отредактировать.

3D-сканер – устройство, позволяющее создать компьютерную модель в объеме.

Отрасли применения

Есть задачи, которые решаются только с помощью специального оборудования, действующего бесконтактным способом. Получение копий произведений искусства для реставрации или изготовления репродукций и их последующего массового выпуска возможно посредством сканирования 3D-сканером. Оборудование популярно и у археологов, когда возникают сложности с доступом в исследуемое пространство, или изучаемый экспонат настолько хрупкий, что прикасаться к нему нужно очень осторожно.

Фото Faro.

Лазерные устройства также помогают архитекторам создавать трехмерные макеты существующих зданий для внесения правок и виртуального тестирования. Оборудование задействуется в геодезии и картографии при изучении природного ландшафта.

3D-сканер применение находит в разных секторах индустрии и науки, в дизайне, при разработке дополненной реальности или компьютерных игр. 

К примеру компания Texel создает систему, позволяющую покупателям примерять одежду онлайн в примерочных виртуальной реальности через свой аватар, созданный с помощью методов 3D-сканирования.

Установка виртуальной примерочной Texel в Дубае. Фото Texel.

3D-сканер Portal BX, сканирующий человека. Фото Texel.

Параметрическая модель человеческого тела Текселя, трехмерный цифровой аватар. Фото Texel.

Как работает 3D-сканер

Объемные сканирующие приборы измеряют объекты со сложной геометрией и преобразуя обработанные сведения в облако точек. Работа 3D-сканера предполагает построение полигональной модели, которую можно модернизировать: вносить изменения в структуру, экспериментировать с ресурсами и формой, добавлять изделию новые функции. Прибор вычисляет расстояние до поверхности объекта, фиксирует координаты этих точек на сканируемом предмете, анализирует данные и выстраивает детальную 3D-модель. В состав устройства входят подсветка, лазеры, камеры, дальномеры.

Существует две технологии обработки объекта: контактная и бесконтактная. На их основе функционируют все сканирующие устройства. 
Контактные - CMM (coordinate measuring machine - координатно-измерительные машины).

Покупая технику для работы, нужно изучить базовые характеристики 3D-сканера:

•    принцип действия;
•    точность сканирования;
•    дальность измерений;
•    передача цвета.

Грамотно подобранная техника позволяет получать результат при работе в различных условиях: при плохом освещении, вибрациях, если предмет изучения находится далеко или под землей.

Виды 3D-сканеров

Чтобы зафиксировать характеристики конструкции в пространстве и отобразить данные в компьютерном макете, можно использовать несколько методов. Производители предлагают следующие типы аппаратов:

•    3D-сканеры, принцип функционирования которых – измерение отраженного структурированного света;
•    техника для фотограмметрии;
•    лазерные модели;
•    оборудование, выполняющее механическое или ультразвуковое сканирование.

Отраженный структурированный свет

Данная технология предполагает задействование аппаратуры, работающей по методу проецирования световой сетки (паттерна) на измеряемый предмет. Ее искривление на поверхности считывается камерой, что помогает получить 3D-макет. Аппаратура функционирует очень быстро и при любом освещении. Техника передает информацию о цвете сканируемого элемента.

Фотограмметрия

Такой способ подразумевает построение макетов на базе массива снимков, выполненных с различных ракурсов. Чем больше фото – тем детализированнее модель. Принцип работы 3D-сканера основан на алгоритме, определяющем местоположение частиц объекта через исследование их взаимного размещения. Это самый массовый метод работы, помогающий получать цифровое изображение с помощью профессиональных фотоаппаратов или с применением камеры смартфона.

Бесконтактное сканирование лазерным 3D-сканером

Эта технология точнее, но медленнее. Техника, применяющая лазер для замера объекта, фиксирует сведения о его конфигурации, размерах, наличии пористых структур. Существует несколько вариантов метода. Времяпролетные 3D-сканеры выстраивают поверхность изучаемого элемента, анализируя изменение времени возвращения импульса лазера, отраженного от поверхности детали. Триангуляционные аппараты замеряют отклонение угла отраженного луча после прохождения сквозь специальную линзу.

Механический метод

Процесс оцифровки контактным 3D-сканером самый точный, но медленный. Сканирование выполняет зонд, фактически «прощупывающий» предмет. Способ не подходит для работы с гибкими или мягкими образцами, изделиями, которые легко повредить.

Акустическое сканирование

Ультразвук востребован в медицине и морской отрасли. Аппараты УЗИ и эхолоты испускают звук определенной частоты в направлении объекта, а микрофоны прибора фиксируют отраженный сигнал. На основе поступающей информации строится компьютерная модель.

Заключение

Некоторые производители выпускают универсальные 3D-сканеры для эксплуатации в различных сферах, предлагают компактные переносные устройства. Но рядом американских и европейских брендов сделана ставка на технику и программное обеспечение, предназначенные для выполнения узких задач.

На рынке представлены модификации для профессионального и любительского применения. Приобретая 3D-оборудование, необходимо оценивать технические характеристики аппаратов в комплексе с предлагаемыми программами.

Источник