3D сканирование

3D-сканирование — это процесс анализа реального объекта или окружающей среды для сбора данных о его форме и, возможно, внешнем виде (например, цвете). Собранные данные затем можно использовать для построения цифровых 3D-моделей .

3D-сканер может быть основан на множестве различных технологий, каждая из которых имеет свои ограничения, преимущества и стоимость. Многие ограничения в отношении объектов, которые могут быть оцифрованы , все еще присутствуют. Например, оптическая технология может столкнуться со многими трудностями при работе с темными, блестящими, отражающими или прозрачными объектами. Например, промышленные компьютерные томографы , 3D-сканеры со структурированным светом , LiDAR и Time Of Flight 3D-сканеры могут использоваться для создания цифровых 3D-моделей без разрушающего тестирования .

Собранные 3D-данные полезны для самых разных приложений. Эти устройства широко используются индустрией развлечений при производстве фильмов и видеоигр, включая виртуальную реальность . Другие распространенные применения этой технологии включают дополненную реальность , ^[1] захват движения , ^{[2] [3]} распознавание жестов , ^[4] роботизированное картографирование , ^[5] промышленный дизайн , ортопедию и протезирование , ^[6] обратный инжиниринг и прототипирование , качество контроль /осмотр и оцифровкакультурных артефактов. ^[7]

Целью 3D-сканера обычно является создание 3D-модели . Эта 3D-модель состоит из полигональной сетки или облака точек геометрических образцов на поверхности объекта. Затем эти точки можно использовать для экстраполяции формы объекта (процесс, называемый реконструкцией ). Если информация о цвете собирается в каждой точке, то также можно определить цвета или текстуры на поверхности предмета.

3D-сканеры имеют несколько общих черт с камерами. Как и большинство камер, они имеют конусообразную форму поля зрения и, как и камеры, могут собирать информацию только о незатененных поверхностях. В то время как камера собирает информацию о цвете поверхностей в пределах своего поля зрения , 3D-сканер собирает информацию о расстоянии до поверхностей в пределах своего поля зрения. «Картинка», созданная 3D-сканером, описывает расстояние до поверхности в каждой точке изображения. Это позволяет идентифицировать трехмерное положение каждой точки на изображении.

В некоторых ситуациях одно сканирование не дает полной модели объекта. Многократное сканирование с разных направлений обычно полезно для получения информации обо всех сторонах предмета. Эти сканы должны быть объединены в общую справочную систему , процесс, который обычно называется выравниванием или регистрацией , а затем объединены для создания полной 3D-модели. Весь этот процесс, переход от одной карты диапазона к целой модели, обычно называется конвейером 3D-сканирования. ^{[8] [9] [10] [11] [12]}

Изготовление 3D-модели пряжки ремня Viking с помощью ручного лазерного 3D-сканера VIUscan.

3D-сканирование скелета финвала в Музее естественной истории Словении (август 2013 г.)

Координатно -измерительная машина с жесткими перпендикулярными плечами.

Этот лидарный сканер можно использовать для сканирования зданий, скальных образований и т. д. для создания трехмерной модели. Лидар может наводить лазерный луч в широком диапазоне: его головка вращается по горизонтали, зеркало переворачивается по вертикали. Лазерный луч используется для измерения расстояния до первого объекта на его пути.

Принцип работы лазерного триангуляционного датчика. Показаны две позиции объекта.

Изображения объекта, снятые с нескольких точек зрения, например, с фиксированного массива камер, могут быть взяты для конвейера фотограмметрической реконструкции для создания трехмерной сетки или облака точек.

3D-реконструкция головного мозга и глазных яблок по изображениям DICOM, полученным с помощью компьютерной томографии. На этом изображении области с плотностью кости или воздуха были сделаны прозрачными, а срезы уложены друг на друга приблизительно в свободном пространстве. Внешнее кольцо материала вокруг мозга представляет собой мягкие ткани кожи и мышц снаружи черепа. Черный ящик окружает срезы, обеспечивая черный фон. Поскольку это просто 2D-изображения, сложенные друг в друга, при просмотре с краю срезы исчезают, поскольку они фактически имеют нулевую толщину. Каждое сканирование DICOM представляет собой около 5 мм материала, усредненного в виде тонкого среза.

3D-селфи в масштабе 1:20, напечатанное Shapeways с использованием гипсовой печати, созданное парком миниатюр Мадуродам из 2D-фотографий, сделанных в его фотобудке Fantasitron.

Фотобудка Fantasitron 3D в Мадуродаме