3D принтеры уже перестали казаться тем чудом техники, которым являлись еще совсем недавно, чего нельзя сказать про 3D сканеры. Эти устройства пока еще не получили столь широкого применения, но они становятся все более востребованными в самых разных сферах производства.

Назначение 3D сканера

Как и обычный, трехмерный сканер предназначается для ввода информации о каком-либо реальном объекте в компьютер. Разница лишь в том, что в случае с уже привычным офисным сканером оператор имеет дело с плоским предметом на бумаге, трехмерный же позволяет «запечатлеть» объемный образ.

Нельзя сказать, что технология трехмерного сканирования была нова. Она применялась довольно давно, однако в силу своей сложности и дороговизны была доступна лишь «избранным» - правительственным и научным организациям, учреждениям государственного масштаба. С появлением бытовых 3D сканеров , многие модели из которых предлагает на выбор компания REC, данная технология стала без преувеличения доступна всем. То, что прежде выполнялось за долгие часы, а то и дни, сейчас можно сделать за считанные минуты.

Принцип работы трехмерного сканирования

В основе трехмерного сканирования лежит сбор информации об объекте путем его изучения лучом сверхточного лазера или специальной лампы. В последнем случае точность сканирования значительно выше. Однако в любом случае работа сканера основывается на измерении расстояния от источника излучения до самого объекта и до каждой отдельной его части.

Измерение осуществляется с многих точек, в результате собирается информация о координатах каждой точки объекта, затем эти данные поступают на компьютер, при помощи специального программного обеспечения обрабатываются - и на основе загруженных данных и выполненных расчетов вырисовывается конечное изображение трехмерной модели реального объекта.

Интересно, что с помощью этой технологии можно получить информацию не только о форме объекта, но и, например, о его цвете. С этой моделью в дальнейшем оператор может поступить по своему усмотрению: выгрузить в другой 3D редактор, изменить что-либо в исходнике, наложить текстуру и т. д. Нередко полученную в результате трехмерного сканирования модель распечатывают в качестве прототипа на 3D принтере.

Области применения трехмерного сканирования

Области применения трехмерного сканирования чрезвычайно широки:

дизайн. На основе полученной модели можно создавать новые прототипы. Распечатанную модель используют в качестве образца для серийного изготовления или для последующей доработки;

медицина. Распечатанные на трехмерном принтере части человеческого тела - уже не фантастика. Кроме того, отсканировав больной орган, врач может облегчить себе задачу по постановке диагноза;

архитектура. Отсканированные элементы архитектуры могут применяться при создании других моделей зданий;

создание игр. Для того чтобы создать персонаж компьютерной игры, его нередко вылепляют из пластилина, а затем сканируют и в дальнейшем работают уже с отсканированной компьютерной моделью;

строительная промышленность использует отсканированные модели мостов, колонн и других сооружений для их доработки, изучения свойств и создания на их основе новых объектов;

научная деятельность. Ученым становится легче изучить отсканированный объект в трехмерном виде, тогда как оригинал может находиться в музее или на раскопках в другой части света.

И это еще далеко не полный перечень всех областей, где применяется технология 3D сканирования.

Стационарное или небольшое ручное устройство для сканирования объектов со сложной пространственной геометрией. Простые сканеры обрабатывают изображения в плоскости, а 3d сканируют физические объемные предметы, выводя информацию полигональной моделью или облаком точек. Трехмерные сканирующие устройства используются в медицине (стоматология, пластическая хирургия, изготовления протезов, моделей органов и пр.), для создания компьютерных игр, в киноиндустрии, дизайне, архитектуре, инженерии, для проектирования промышленных деталей, автомобилей, для реконструкции объектов в археологии. Сканеры анализируют и воссоздают в цифровом виде объемную модель предмета, его форму и цвет с высокой степенью детализации, работая в разных условиях (при недостаточной видимости, в темноте, при вибрации), с любыми материалами, обеспечивают нужный формат выходной информации под программное обеспечение для работы с ней на компьютере.

Как работает 3Dсканер?

Принцип работы 3d сканера — способность прибора определять расстояние до объекта, преобразовывать полученные данные в цифровое изображение (трехмерную модель), передавать его на компьютер. Сканер определяет координаты точек в пространстве на поверхности обрабатываемого объекта, анализирует их, формирует детальную цифровую модель. В его работе задействованы камеры, лазеры, дальномеры, устройства для подсветки.

Технологии 3D сканирования

• Контактная (контактирует с объектом).
• Бесконтактная (без контакта с объектом). Это наиболее перспективные и новые технологии, позволяющие создавать модели объектов просто направив на них лазерный луч, свет, волны. Сканер применяется на расстоянии и способный создать копию труднодоступного объекта без физического контакта с ним.

Бесконтактные 3d сканеры

Наиболее распространены две технологии сканирования: оптическая (пассивная и с использованием излучения) и активная лазерная.

Активный принцип излучения

Сканер излучает структурированный, прерывистый свет, лазерная триангуляция. Направляют на исследуемый предмет луч лазера, сгенерированный специальным способом луч света (диоды, вспышки лампы), волны. На основе анализа их отражения и положения формируется трехмерная копия объекта.

Пассивный принцип излучения

Не излучают ничего, анализируют световое или инфракрасное (тепловое) излучение предмета. Работают наподобие человеческого глаза;

Технология фотометрического бесконтактного пассивного 3d сканирования

На рынке сканеры из этой группы представляет модель XYZprinting . Это достаточно компактные простые модели, имеющие только базовые функции трехмерного сканирования.
Плюсы: доступная цена и компактность.

Устройство

Пассивный 3d сканер устройство (на примере указанной модели): корпус, одна компактная камера, USB-шнур для связи с компьютером и передачи на него изображения сканируемого объекта. Сканер без подставки, ручной, выполненный в форме степлера.

Принцип работы

Чувствительная к свету камера улавливает световое излучение от предмета, обрабатывает его и формирует объемную модель, экспортируя ее на компьютер. Пользователь может располагать двумя режимами работы: сканирование человека или предметов. Для начала работы необходимо установить программное обеспечение на компьютер, подключить прибор посредством USB-шнура к нему, выбрать режим работы, нажать кнопку на сканере и, медленно проводя им перед предметом, осуществить сканирование.

Как работает технология

Устройство работает по фотометрической технологии пассивного сканирования без какого-либо излучения и проецирования на предмет. Работа осуществляется несколько усовершенствованной простой оптической камерой, улавливающей видимый свет. Недостаток в том, что при недостаточности освещения объект нужно дополнительно осветить.

Сканирование производится так называемым методом «силуэт». Он воспроизводит контуры предмета на основе последовательности кадров, запечатленных видеокамерой, проносимой вокруг объекта на хорошо контрастирующем фоне.

Стереоскопическая система бесконтактного пассивного 3d сканирования

Модели c технологией бесконтактного пассивного сканирования

Этот тип устройств представляют модели 3D Systems Sense , 4D Dynamics Gotcha.

Устройство и принцип работы 3d сканера по системе бесконтактного пассивного сканирования

Приборы оснащены двумя камерами и инфракрасным сенсором. Сканер 3D Systems Sense выполнен в форме степлера, это компактный ручной прибор он может использоваться с треногой, в Gotcha (со штативом и ручкой), она есть в комплекте. Принцип работы - пассивный оптический. В обоих случаях питание и передача данных осуществляется посредством USB-провода. Приборы имеют стандартные режимы: сканирование человека и предмета.

Технология сканирования

Камера по этой технологии обнаруживает инфракрасное (тепловое) излучение и обычный свет, отражающийся от предмета. Системы стереоскопические, то есть используют две камеры. Прибор сопоставляет кадры, на основе небольших сравнения различий между ними определяет расстояние в каждой точке изображения и воссоздает объект в цифровом виде.

3d сканеры с лазерным активным сканированием

Эта группа устройств представлена следующими моделями сканеров: 3D Systems iSense , DAVID Starter-Kit ver.2 , MakerBot Digitizer .

Устройство

Приборы имеют два лазера и камеру. Следует отметить, что лазерная безопасность гаджетов соответствует уровню І, что является полностью безопасной для глаз. Сканер iSense созданный для работы только с операционной системой iOS и с Apple iPad выше 4 поколения. Он выполнен в компактном корпусе, который устанавливается на мобильный гаджет и подключается к нему USB-проводом, заряда батареи хватает на 4 часа его работы. Он крепится наподобие веб-камеры, сканирует и сразу выводит изображение на iPad.

Модели

Устройство

Главными функциональными элементами этих приборов являются камеры и источник света, который структурирует его особым способом и направляет на сканируемый объект. В модели DAVID SLS-2 источником света служит видеопроектор. Эти устанавливаются на штатив с треногой, которые идут в комплекте. Это позволяет настраивать и калибровать приборы, устанавливать их в разных положениях и надежно фиксировать, уменьшая вибрацию. Источниками света в приборах служат галогенные лампы, диоды, видеопроектор.

Artec Spider, Artec Eva, Artec Eva Lite выполнены в компактном корпусе с ручкой, напоминающем утюг. На ручке размещены кнопки управления и выходы для шнуров интерфейса и питания. Внизу также есть отверстие для стандартных фотоштативов и ножки для фиксации прибора на поверхности. 3d сканер устройство имеет следующее. Снизу он оснащен 3D-камерой (в Artec Spider их три) с повышенной разрешающей способностью, сверху прибора - вспышка (проектор) структурированной подсветки, центральная цветная текстурная камера посередине вместе с источниками света в виде 6 или 12 диодных лампочек. Все источники света имеют белое излучение. С прибором поставляется штатный интерфейсный шнур mini-USB и кабель питания. Дополнительно можно купить аккумуляторную батарею.

Как работает технология

Такие приборы еще называются структурно-Light 3D сканерами. Технология сканирования подобна лазерной триангуляции (свет, излучатель, камера). Важным есть то, что они могут работать без маркеров - объект не нужно обклеивать множеством маркеров и ставить пометки. Суть технологии структурированного света заключается в проецировании рисунка света на объект и фиксации, анализа его деформации. Световой поток проецируется на предмет несколькими видами источников света: ЖК, видеопроектором, диодами, галогенными лампами.

Камера фиксирует смещения рисунка светового потока, который попадает в ее поле зрения и выглядит как движущиеся линии света на поверхности объекта. Она вычисляет и анализирует расстояние от каждой освещенной точки предмета и, таким образом, формирует его детальную цифровую копию. Преимущество Light 3D сканеров - скорость, высокая точность. Они сканируют не одну или несколько точек, а одновременно скопление точек или все поле зрения сразу.

Технология трехмерного сканирования появилась всего несколько десятилетий назад, в конце 20-го века. Первый работающий прототип появился в 60-х годах. Конечно, тогда он не мог похвастаться широким спектром возможностей, однако это был настоящий 3d сканер, неплохо справляющийся с основной функцией.

В средине 80-х годов сканирующие устройства усовершенствовали. Их начали дополнять лазерами, источниками белого света и затемнения. Благодаря этому удалось улучшить «захват» исследуемых объектов. В этот период появляются контактные датчики. С их помощью оцифровывалась поверхность твердых предметов, которые не отличались сложной формой. Чтобы усовершенствовать оборудование, разработчикам пришлось позаимствовать ряд оптических технологий из военной промышленности.

Применение 3d сканеров было интересно не только конструкторам дизайн-студий, автомобильных концернов, но и работникам киноиндустрии. В 80-х – 2000-х годах разные компании выпускали свои модели оборудования: Head Scanner, 3D-сканер REPLICA и другие. С тех времен агрегаты изменились, усовершенствовались, стали более мобильными и функциональными. Характеристики 3d сканера сегодня существенно отличаются.

Принцип работы 3d сканера

Устройство 3d сканера занимается детальным исследованием физических объектов, после чего воссоздаются их точные модели в цифровом формате. Современные агрегаты могут быть стационарными или мобильными. В качестве подсветки применяется лазер или особая лампа (их использование увеличивает точность измерений).

Принцип работы 3d сканера определяется технологией сканирования. При помощи подсветки и встроенных камер аппарат измеряет расстояние до объекта с разных ракурсов. Затем сопоставляются картинки, передаваемые камерами. После тщательного анализа всех полученных данных, на экране отображается готовая цифровая трехмерная модель. Если устройство 3d сканера основано на работе лазерного луча, то с его помощью измеряются расстояния в заданных точках. На основе этих сведений выводятся координаты.

Методы и технологии трехмерного сканирования

Выделяют два основных метода:

1. Контактный. Устройство зондирует предмет посредством физического контакта, пока объект находится на прецизионной поверочной плите. Контактный 3d сканер отличается сверхточностью работы. Правда, при сканировании можно повредить или изменить форму объекта.
2. Бесконтактный. Применяется излучение или особый свет (ультразвук, рентгеновские лучи). В данном случае предмет сканируется через отражение светового потока.

Технологии трехмерного сканирования:

1. Лазерная. Функционирование устройств основывается на принципе работы лазерных дальномеров. Лазерные сканеры 3d характеризуются точностью получаемой трехмерной модели. Правда, их применение затруднительно в условиях подвижности объекта. Это больше 3d сканер для помещения. Сканирование человека 3d сканером лазерного типа практически невозможно.
2. Оптическая. В данном случае применяется специальный лазер второго класса безопасности. Оптический 3d сканер отличается большой скоростью сканирования. Его использование исключает любое искажение, даже если объект будет двигаться. Также нет необходимости в нанесении отражающих меток. Правда, такие устройства не подходят для исследования зеркальных, прозрачных или блестящих изделий. Зато это отличный вариант 3d сканера человека.

Современные 3d сканеры

Устройства могут отличаться по многим параметрам: сфере использования, габаритам, форме, технологии. Современные агрегаты применяются и в промышленной, и в бытовой сфере. Промышленный 3d сканер полезен в:

• инженерии;
• медицине;
• производстве;
• дизайне;
• киноиндустрии;
• сфере создания компьютерных игр.

Особое внимание хотелось бы уделить ультразвуковому 3d сканеру. Он является настоящей находкой для современной медицины. Устройства снабжаются энергетическими, цветными, тканевыми, непрерывноволновыми и импульсными допплерами. Данный агрегат характеризуется высочайшей разрешающей способностью, поэтому популярен в маммологии, акушерстве, урологии, исследовании сосудов и мышечных тканей, эхокардиографии, неонаталогии, педиатрии.

По принципу работы устройства также отличаются. Рынок предлагает стационарный или переносной, то есть ручной 3d сканер. В качестве сенсора во втором случае используется координатно-чувствительный детектор или аппарат с зарядовой связью. Данный агрегат чрезвычайно удобен тем, что его можно свободно перемещать. Портативный 3d сканер идеально подходит для сканирования труднодоступных мест или крупногабаритных объектов. Измерение можно проводить под любыми углами, вокруг или под исследуемыми предметами.

Устройства используются совместно с разным оборудованием. Это может быть не только 3d сканер для 3d принтера, но и 3d сканер для ipad. Современные производители подобных агрегатов выпускают мобильные устройства, которые работают не только со стационарными компьютерами, но и с планшетами или даже смартфонами. Кроме этого существуют специальные программы, с помощью которых обычные телефоны превращаются в сканеры. К примеру, можно найти 3d сканер для андроид. Он поможет конструировать уникальные детали, проводить быстрое прототипирование и оцифровку объектов.

Программное обеспечение для 3D сканера

Специальные программы для 3d сканера и обработки данных:

1. David-3D. Предназначается для трехмерного сканирования предметов и преобразования полученных результатов с целью последующего импорта моделей в 3D-редакторы.
2. Artec Studio 10. Профессиональный инструмент для создания объемных моделей.
3. Autodesk 123D Catch. Трехмерное сканирование для мобильных телефонов на Android.
4. Photomodeler Scanner. Позволяет формировать высокоточные stl-модели на основе обычных снимков, сделанных камерой смартфона или планшета.
5. 3DAround. Превращает фото в формате в 2D в реалистичные трехмерные модели.

Видео о 3D сканере

Чтобы лучше понять принцип работы устройств и их разновидности, стоит посмотреть видео про 3d сканеры, которые представлены ниже.

Мы ежедневно с легкостью наблюдаем за работой миллионов цифровых устройств, которые облегчают как повседневную, так и профессиональную деятельность человека. И одними из них являются 3d сканеры, которые используются во многих современных сферах, начиная от бытовых дел, заканчивая крупными проектами будущего, способными в скором времени развернуться на просторах космоса. Пришло время подробней разобраться с внутренним устройством 3d сканеров и понять, как они работают.

Принцип работы лазерного 3d сканирования

Лазерный 3d сканер в процессе работы измеряет длину лазерных пучков и расстояние до объектов, с которых производится снимок. При этом направление излучений регулируется при помощи специального энкодера, который управляет зеркалами.

Чтобы задать позицию лазерного луча в двух измерениях, необходимо повернуть одно зеркало по двум осям, но во время быстрого сканирования луч отражается от двух зеркал, расположенных на ортогональной оси. При этом сами лазеры могут быть расположены в трех измерениях, а их фокусировка производится при помощи линз.

Для получения точной модели объекта необходимо провести несколько циклов сканирования, данные которых в дальнейшем объединяются во время постобработки.

Скорость работы

Одним из центральных понятий в лазерном сканировании является время возврата луча от поверхности объекта. Лазерный пучок, исходящий из сканера, попадает на поверхность объекта не сразу, то же касается его возврата обратно на устройство.

Скорость света — это известная константа, а расстояние между сканером и объектом измеряется посредством вычисления времени, которое необходимо, чтобы пучок света вернулся обратно. Именно от точности встроенного хронометра зависит точность сканировании объекта. Единственная сложность, которая возникает в процессе захвата облака точек — очень маленькие промежутки времени, необходимые для возврата пучка света на место. Расстояние высчитывается по формуле:

Триангуляция

Многие портативные сканеры используют триангуляцию , которая позволяет добиться более высокой точности. Например, в лазерных сканерах часто используются дополнительные камеры, которые отслеживают лазерные точки, попадающие на поверхность объекта. Несмотря на более точные показатели при использовании данного способа, снижается эффективная дальность самого сканера.

Создание облаков точек

Облако точек — это скопление данных, которые располагаются в Декартовой системе координат. Соответственно все точки находятся в трех измерениях, на осях X, Y и Z. Если рассматривать этот термин в контексте 3d сканирования, эти данные представляют результаты сканирования в виде неструктурированных координат. Типичными и наиболее распространенными форматами облака точек являются TXT, IGS и ASCII.

Точки, полученные в результате сканирования в дальнейшем переводятся в общую систему координат, где могут быть подкорректированы пользователем. При этом сама корректировка может производиться либо непосредственно во время процесса сканирования, либо уже после отправки данных в соответствующие программы.

В зависимости от типа данных и типа дальнейшей обработки данных, облако точек экспортируется в соответствующий файл.

3d сканеры — это уникальные устройства, которые используются действительно для широкого круга операций. Составление трехмерных карт, геодезических подсчетов и многого другого, может с их помощью производиться в несколько тысяч раз быстрей, нежели человеком.

Оборудование для трехмерного сканирования, использующее в качестве светового источника специальные синие/белые светодиоды либо особые лампы. Они позволяют быстро сканировать мелкие или средние объекты с высокой точностью и малыми энергозатратами.

В компании вы можете купить оптический сканер под свои задачи. Мы - официальный дилер ведущих производителей, предлагаем устройства высокого класса на комфортных для покупателя условиях.

Оптический 3D сканер против лазерного

Оба варианта активно используются в производстве, каждый имеет важные достоинства и недостатки.

Так, оптическая система сканирования позволяет:

• с высокой скоростью, точностью и в высоком разрешении сканировать поверхность;
• создавать трехмерные модели для последующего производства;
• выполнять реверс-инжиниринг;
• получать анимационные модели, прочее.

Главный недостаток - не всегда корректная и точная работа с блестящими, прозрачными поверхностями. Тем не менее, прямо сейчас оптические сканеры активно используются в промышленности, дизайне, медицине, архитектуре, индустрии развлечений и других областях.

Применение

Сегодня такие устройства активно используются в дизайн-студиях, автомобильных концернах, даже в киноиндустрии. Также их используют в инженерии, медицине, создании компьютерных игр, других отраслях. Современные модели достаточно компактны, обладают высокой точностью, работают с разными цифровыми форматами, применяют контактный и бесконтактный методы сканирования для более точного результата.

Для новых моделей трехмерных сканеров существует и применяется специальное программное обеспечение. Оно позволяет преобразовывать полученные результаты, создавать объемные модели, формировать высокоточные STL-модели, создавать трехмерные объекты на основе 2D-изображения, реальных объектов и т. д.

Если создание 3D-моделей и производство готовых изделий на их основе - часть вашей работы, закажите оптический трехмерный сканер в нашей компании. Доставим заказ в любую точку России.