Що таке 3D сканер?

3D сканер - це пристрій, який аналізує фізичний об'єкт і, відштовхуючись від отриманої інформації, створює його 3D образ. Відскановані моделі далі можуть оброблятися засобами САПР, після чого використовуються для технологічних та інженерних розробок. Для створення 3D-моделі використовуються 3D-принтер і 3D-монітор.

У створенні 3D-сканера брали участь відразу декілька технологій, різних між собою. Об'єкти, що піддаються оцифрування, також мають деякі обмеження. Труднощі можуть виникнути з дзеркальними, блискучими або прозорими поверхнями. Варто нагадати, що тривимірні дані важливі і в інших сферах діяльності. Наприклад, його використовують в розважальній індустрії: при створенні відеоігор, фільмів, малюнків. 3D-технології знаходять своє застосування в ортопедичній області та протезуванні, при розробці промислового дизайну, реверс-інжинірингу, створенні прототипів, а також в огляді та документальної звітності історичних об'єктів чи інших культурних артефактів.

Область функціональних можливостей 3D-сканера

Під час роботи 3D-сканер створює безліч точок згідно геометричним пропорціям сканування. Надалі ці точки відтворюють форму предмета, тобто реконструюють його на монітор. Якщо є відомості про кольорах, то вони визначають і колір майбутньої цифрової поверхні.

3D-сканер можна порівняти зі звичайною камерою: поле зору у них конусообразного типу, а інформація може бути отримана тільки з тих поверхонь, які були не затемнені. Відмінності між цими приладами все ж суттєві. Камера передає тільки зображення і колір предмета, а сканер, більш ретельно досліджуючи об'єкт, видає «картинку» з точною відстанню кожної точки до поверхні. Це дозволяє бачити зображення відразу в трьох площинах.

Для повноцінного моделювання предмета одного сканування, як правило, недостатньо. Потрібно відразу кілька таких операцій. Сканування об'єкта з різних напрямків необхідно для отримання більш повної інформації про його сторонах. Всі відскановані дані накладаються на загальну систему координат, де відбувається «прив'язка» і вирівнювання зображення. Вся процедура моделювання називається 3D конвеєром.

Для чіткого сканування об'єкта і сканування його форм існує кілька технологій. За класифікацією 3D-сканери діляться на два типи: контактні сканери і безконтактні. Останні, в свою чергу, діляться ще на два види - пасивні і активні.

Контактні 3D-сканери

Сканери цього виду вивчають об'єкт безпосередньо - через фізичне взаємодія. У момент дослідження предмет знаходиться на спеціальній повірочної плиті, відполірованою і відшліфованою до потрібної шорсткості поверхні. Якщо річ несиметрична або не може лежати рівно на одному місці, її утримують спеціальні затискачі (лещата).

Розрізняють три форми механізму 3D-сканера:

1. Каретка, оснащена вимірювальної рукою, яка чітко зафіксована в перпендикулярному напрямку. Дослідження по всіх осях відбувається в той момент, коли рука рухається уздовж каретки. Цей варіант ідеально підходить для вивчення плоских або звичайних опуклих поверхонь.
2. Прилад, оснащений високоточною кутовим датчиком і зафіксованими складовими. Кінець вимірювальної руки розташований так, що здатний відтворювати складні математичні обчислення. Даний механізм оптимальний для сканування внутрішнього простору об'єкта чи інших його заглиблень, що мають невелику вхідний отвір.
3. Одноразова використання двох вищевказаних механізму. Наприклад, маніпулятор поєднують з кареткою, що дозволяє збирати інформацію з великих об'єктів, що мають кілька внутрішніх відсіків або, що перекривають один одного, площині.

Координатно-вимірювальна машина - яскравий приклад 3D-сканера контактного типу. Вони є надточними і широко застосовуються на різних виробництвах. До істотного мінуса машини можна віднести необхідність обов'язкового зіткнення з досліджуваним об'єктом. Велика ймовірність пошкодження предмета або його деформації. Цей пункт дуже важливий, тим більше, якщо відбувається сканування крихкого або історичного об'єкта.

Ще один недолік КІМ - це її повільність. Переміщення руки по встановленої мети може відбуватися дуже довго. У той час, як сучасні оптичні моделі, можуть працювати набагато швидше.

До цієї групи можна також віднести ручні вимірювальні прилади, які часто використовуються для 3D-моделювання анімаційних фільмів.

Безконтактні активні 3D-сканери

Для роботи активного сканера використовуються або звичайне світло, або певний вид випромінювання. Саме через яке проходить випромінювання або віддзеркалення світла, об'єкт піддається цифровому дослідженню. Трапляється застосування рентгенівських променів або ультразвуку.

Тріангуляційні сканери

Ці прилади використовують для зондування об'єкта лазерний промінь. Сканер посилає промінь на предмет, а окремо зафіксована камера заносить дані про розташування зазначеної точки. У міру руху лазера по поверхні, поле зору камери фіксує точку в різних місцях. Тріангуляційними їх назвали тому, що лазерний випромінювач, кінцева точка і сама камера, спільно утворюють трикутник.

Часопролітної 3D-сканери

Це активний вид сканера, який для дослідження об'єкта використовує лазерний промінь. В його основі лежить часопролітної далекомір. Саме він визначає відстань до поверхні, розраховуючи час, за яке лазер пролетів туди і назад. В цьому випадку лазерний промінь використовується, як світловий імпульс, час відображення якого і вимірюється за допомогою детектора. Швидкість світла, як відомо, величина постійна, тому, знаючи, за який час промінь здійснює проліт туди-назад, можна без праці обчислити відстань від сканера до поверхні досліджуваного предмета.

Часопролітної 3D-пристрої сканування за одну секунду здатні виміряти до 100 000 точок.

Застосування 3D-сканерів

Технологію 3D-сканування простою не назвеш. Але, незважаючи на це, цей з кожним роком вона все активніше розвивається. Причин для цього маса, але можна виділити найвагоміші.

В першу чергу, таке обладнання необхідно всім промисловим підприємствам для більш дешевих і швидких розробок продукції.

Мережеві маркетингові технології і величезні можливості інтернету такі, що товар потребує грамотної рекламі. 3D-сканер необхідний саме для моделювання рекламованої продукції і створення каталогів.

Реалістичними копіями реально існуючих предметів користуються зараз у багатьох сферах діяльності: медицині, кіно, фейшн-індустрії.

Виробництво 3D-сканерів давно перестало бути чимось з ряду фантастики. Зараз їх виробляють тисячі компаній: як акули індустрії, так і дебютанти даного ринку. Покоління 3D-сканерів здатне позитивно вплинути на індустрії в цілому. тим більше, що свою нішу тут знайдуть, як великі виробництва, так і інженери одинаки.