Czym są skanery 3D i jak działają?

Podczas, gdy klasyczne skanery przenoszą do postaci cyfrowej obraz płaski, skanery 3D mają za zadanie przenosić do plików graficznych rzeczywiste obiekty trójwymiarowe. Tylko te urządzenia umożliwią nam zobaczenie na ekranie komputera konkretnego przedmiotu w formie trójwymiarowego modelu, a nie zwykłego zdjęcia. Skaner 3D pobiera dane geometryczne z powierzchni przedmiotu i na ich podstawie tworzona jest jego cyfrowa postać.

Skanery 3D – dotykowe i bezdotykowe

Ze względu na sposób działania, wyróżniamy dwie grupy skanerów 3D – działające w sposób dotykowy i bezdotykowy.

• Sposób dotykowy

W przypadku skanerów bezdotykowych konieczny jest kontakt głowicy pomiarowej ze skanowanym obiektem. Metoda ta ma więc charakter inwazyjny, co oznacza, że podczas skanowania może dojść do uszkodzenia powierzchni skanowanego obiektu. Skaner dokładnie analizuje kształt przedmiotu przy pomocy mieszczącej się na maszynie współrzędnościowej lub ramieniu pomiarowym specjalnej sondy. Metoda ta jest czasochłonna, ale za to bardzo dokładna. Znajduje ona zastosowanie przede wszystkim w przypadku projektów wymagających szczególnej precyzji pomiarów, jak projekty inżynierskie i pierwsze kontrole gotowych produktów.

• §  Sposób bezdotykowy

Skanowanie bezdotykowe jest metodą bezinwazyjną, która nie wymaga kontaktu z powierzchnią skanowanych obiektów. Przedmioty skanowane są na odległość, dzięki czemu nie istnieje ryzyko naruszenia i uszkodzenia ich struktury. Jest ona niezastąpiona w przypadku obiektów o dużych i niedostępnych powierzchniach, oraz tych bardzo delikatnych.

Skanowanie bezdotykowe – dwie metody

W samym skanowaniu bezdotykowym wyróżniamy dwie metody: wykorzystującą dalmierze laserowe oraz opartą na świetle strukturalnym lub laserowym.

• Metoda skanowania bezdotykowego wykorzystująca dalmierze laserowe

Posiadana przez nas dokładna znajomość prędkości światła pozwala nam łatwo i szybko obliczyć czas odbicia światła laserowego od obiektu. Dzięki temu możemy wyznaczyć odległości wszystkich punktów modelu, a skaner obliczy ich położenie w przestrzeni. Technologia ta opiera się na bardzo dokładnych czujnikach.

• Skanowanie bezdotykowe oparte się na świetle strukturalnym lub laserowym

Skanery 3D wykorzystujące tę metodę mają wbudowaną matrycę rejestrującą współrzędne skanowanego przedmiotu nie naruszając przy tym jego powierzchni. Kompletne informacje o wyglądzie i geometrii obiektu są tu bardzo dokładnie zbierane.

Wśród skanerów wykorzystujących tę właśnie metodę znajdziemy między innymi skaner składający się z wielu aparatów DSLR (czyli lustrzanek). W tym przypadku skanowanie przebiega na zasadzie fotografii i odtwarzania kształtów, wielkości i wzajemnego położenia punktów na podstawie powstałych zdjęć. Zaletą takiego skanera jest szybkość oraz możliwość zamrożenia ruchu.

Import skanowanych punktów do programów CAD

Skaner 3D po zebraniu wszystkich potrzebnych informacji z powierzchni przedmiotu tworzy plik zawierający chmurę punktów. Są w nim zapisane informacje o umieszczeniu tychże punktów w przestrzeni trójwymiarowej, zapisanej w postaci układu współrzędnych X, Y i Z. Po odczytaniu i przetworzeniu zapisanych przez skaner danych specjalne systemy CAD tworzą gotowy przestrzenny model, który zapisać można w pliku o formacie np. STL lub IGES.

Zastosowanie skanerów 3D

Uzyskane za pomocą skanerów 3D modele zastosować można w przeróżnych dziedzinach. Można je edytować przy pomocy odpowiednich programów graficznych. Po właściwej obróbce modele mogą być pomocne przy pracach inżynierskich i konstruktorskich, przydają się podczas analiz komputerowych, gdzie kluczowe znaczenie ma dokładne odwzorowanie każdego szczegółu. Możliwości, jakie daje skanowanie 3D są bardzo pomocne również w pracach architektonicznych związanych z inwentaryzacją zabytków, dokładnym odwzorowywaniem zarówno brył całych budynków, jak i ich poszczególnych detali oraz wnętrz.

Skanery 3D znajdują zastosowanie również w inżynierii odwrotnej, zajmującej się tworzeniem rekonstrukcji istniejących już obiektów, a także wdrażaniem nowych. W tej dziedzinie dzięki skanowaniu 3D można zarówno odtworzyć brakującą dokumentację projektową, jak i zaktualizowanie dokumentację powykonawczą. Ponadto, powstałe na bazie skanowania modele komputerowe pozwalają także tworzyć wirtualne symulacje, przydatne między innymi w geodezji.

Technologia skanowania 3D wykorzystywana jest także w przemyśle filmowym, w którym pomaga przenieść żywe postacie do bajkowego świata. Zaskakujący może być też fakt, że techniką tą zainteresowali się również klienci indywidualni, którzy chcą mieć miniaturowe figurki swoich bliskich, domowych pupili oraz siebie samych.

Działanie skanera można zobaczyć na http://domlab.pl/abc-druku-3d/tworzenie-modeli-3d/czym-sa-skanery-3d