Технології

Що таке 3D сканер і як він працює?

Історія появи

Технологія тривимірного сканування з’явилася всього кілька десятиліть тому, в кінці 20-го століття. Перший працюючий прототип з’явився в 60-х роках. Звичайно, тоді він не міг похвалитися широким спектром можливостей, проте це був справжній 3d сканер, непогано справляється з основною функцією.

В середині 80-х років скануючі пристрої вдосконалили. Їх почали доповнювати лазерами, джерелами білого світла і затемнення. Завдяки цьому вдалося поліпшити «захоплення» досліджуваних об’єктів. У цей період з’являються контактні датчики. З їх допомогою оцифровувалася поверхню твердих предметів, які не відрізнялися складною формою. Щоб удосконалити обладнання, розробникам довелося запозичити ряд оптичних технологій з військової промисловості.

Застосування 3d сканерів було цікаво не тільки конструкторам дизайн-студій, автомобільних концернів, а й працівникам кіноіндустрії. У 80-х – 2000-х роках різні компанії випускали свої моделі обладнання: Head Scanner, 3D-сканер REPLICA і інші. З тих часів агрегати змінилися, удосконалилися, стали більш мобільними і функціональними. Характеристики 3d сканера сьогодні істотно відрізняються.

Принцип роботи 3d сканера

Пристрій 3d сканера займається детальним дослідженням фізичних об’єктів, після чого відтворюються їх точні моделі в цифровому форматі. Сучасні агрегати можуть бути стаціонарними або мобільними. Як підсвічування застосовується лазер або особлива лампа (їх використання збільшує точність вимірювань).

Принцип роботи 3d сканера визначається технологією сканування. За допомогою підсвічування і вбудованих камер апарат вимірює відстань до об’єкта з різних ракурсів. Потім зіставляються картинки, що передаються камерами. Після ретельного аналізу всіх отриманих даних, на екрані відображається готова цифрова тривимірна модель. Якщо пристрій 3d сканера засноване на роботі лазерного променя, то з його допомогою вимірюються відстані в заданих точках. На основі цих відомостей виводяться координати.

Методи і технології тривимірного сканування

Виділяють два основні методи:

  1. Контактний. Пристрій зондує предмет за допомогою фізичного контакту, поки об’єкт знаходиться на прецизійної повірочної плиті. Контактний 3d сканер відрізняється надточних роботи. Правда, при скануванні можна пошкодити або змінити форму об’єкта.
  2. Безконтактний. Застосовується випромінювання або особливий світ (ультразвук, рентгенівські промені). В даному випадку предмет сканується через відображення світлового потоку.

 

Технології тривимірного сканування:

  1. Лазерна. Функціонування пристроїв грунтується на принципі роботи лазерних далекомірів. Лазерні сканери 3d характеризуються точністю одержуваної тривимірної моделі. Правда, їх застосування важко в умовах рухливості об’єкта. Це більше 3d сканер для приміщення. Сканування людини 3d сканером лазерного типу практично неможливо.
  2. Оптична. В даному випадку застосовується спеціальний лазер другого класу безпеки. Оптичний 3d сканер відрізняється великою швидкістю сканування. Його використання виключає будь-яке спотворення, навіть якщо об’єкт буде рухатися. Також немає необхідності в нанесенні відображають міток. Правда, такі пристрої не підходять для дослідження дзеркальних, прозорих або блискучих виробів. Зате це відмінний варіант 3d сканера людини.

Сучасні 3d сканери

Пристрої можуть відрізнятися за багатьма параметрами: сфері використання, габаритам, формі, технології. Сучасні агрегати застосовуються і в промисловій, і в побутовій сфері. Промисловий 3d сканер корисний в:

  • інженерії;
  • медицині;
  • виробництві;
  • дизайні;
  • кіноіндустрії;
  • сфері створення комп’ютерних ігор.

Особливу увагу хотілося б приділити ультразвуковому 3d сканера. Він є справжньою знахідкою для сучасної медицини. Пристрої забезпечуються енергетичними, кольоровими, тканинними, непреривноволновимі і імпульсними Допплер. Даний агрегат характеризується високою роздільною здатністю, тому популярний в мамології, акушерстві, урології, дослідженні судин і м’язових тканин, ехокардіографії, неонаталогії, педіатрії.

За принципом роботи пристрою також відрізняються. Ринок пропонує стаціонарний або переносний, тобто ручної 3d сканер. Як сенсора в другому випадку використовується координатно-чутливий детектор або апарат з зарядним зв’язком. Даний агрегат надзвичайно зручний тим, що його можна вільно переміщувати. Портативний 3d сканер ідеально підходить для сканування важкодоступних місць або великогабаритних об’єктів. Вимірювання можна проводити під будь-якими кутами, навколо або під досліджуваними предметами.

Пристрої використовуються спільно з різним обладнанням. Це може бути не тільки 3d сканер для 3d принтера, але і 3d сканер для ipad. Сучасні виробники подібних агрегатів випускають мобільні пристрої, які працюють не тільки зі стаціонарними комп’ютерами, але і з планшетами або навіть смартфонами. Крім цього існують спеціальні програми, за допомогою яких звичайні телефони перетворюються в сканери. Наприклад, можна знайти 3d сканер для андроїд. Він допоможе конструювати унікальні деталі, проводити швидке прототипування і оцифровку об’єктів.

Програмне забезпечення для 3D сканера

Спеціальні програми для 3d сканера і обробки даних:

  1. David-3D. Призначається для тривимірного сканування предметів і перетворення отриманих результатів з метою подальшого імпорту моделей в 3D-редактори.
  2. Artec Studio 10. Професійний інструмент для створення об’ємних моделей.
  3. Autodesk 123D Catch. Тривимірне сканування для мобільних телефонів на Android.
  4. Photomodeler Scanner. Дозволяє формувати високоточні stl-моделі на основі звичайних знімків, зроблених камерою смартфона або планшета.
  5. 3DAround. Перетворює фото в форматі в 2D в реалістичні тривимірні моделі.

Відео про 3D сканер

Щоб краще зрозуміти принцип роботи пристроїв і їх різновиди, варто подивитися відео про 3d сканери, які представлені нижче.