Вебинар: основы 3D-сканирования

Технологии 3D-сканирования позволяют захватывать данные из реального мира и переносить их в цифровую вселенную. 3D-сканирование революционизирует способы проектирования, производства, проверки и архивирования продуктов, компании по всему миру используют 3D-сканирование в целях повышения производительности и устранения ненужных затрат, а также создания новых продуктов. В нашей серии вебинаров про основы 3D-сканирования вы познакомитесь с основными понятиями, некоторыми обязательными терминами и распространенными методами 3D-реконструкции.

Давайте начнем с некоторых основных понятий.

Методы 3D-реконструкции

3D-реконструкция — это процесс воссоздания исходной трехмерной геометрии по одному или нескольким двухмерным изображениям. Распространенные методы 3D-реконструкции включают CMM (контактные координатно-измерительные машины), TOF (датчики глубины), сонары, компьютерную томографию и т. д. Мы остановимся только на тех методах, которые выделены синим цветом на диаграмме выше, так как это те направления, в которых работает SHINING 3D.

Структурированная подсветка

Типы структурированной подсветки

Всего существуют три варианта структурированной подсветки — с фазовым сдвигом, по случайным точкам и многолинейный. Первый наиболее часто применяется в стационарных сканерах: свет излучается в виде серии градиентных движущихся полос. Второй и третий варианты позволяют собирать данные с более высокой кадровой частотой, а потому используются в портативных ручных системах для сканирования в движении. Разница между ними заключается в структуре света: в режиме случайных точек создается узор, похожий на QR-код, в то время как многолинейный режим генерирует параллельные лазерные линии.

Облака точек и полигональные сетки (меши)

Облако точек — это сырые, необработанные данные, получаемые в результате сканирования. Точные облака могут использоваться в метрологических целях, так как они дают четкое представление о размерных характеристиках исходных объектов.

Полигональная сетка или «меш» формируется полигонами, образуемых линиями, соединяющими точки в облаке. На выходе получаются 3D-модели, применяемые, например, в обратном проектировании и 3D-печати. Большая часть обрабатывающих программ, таких как Solid Edge или Geomagic Essentials, умеет работать с мешами.

Типы источников света

Многолинейные лазеры проецируют параллельные линии. Такие источники используются в гибридных 3D-сканерах SHINING 3D EinScan HX и многих других промышленных оцифровывающих системах.

Дифракционные оптические элементы (DOE) — это светоделители, создающие световую матрицу с помощью узора на линзе и подсвечивающего светодиода. Такие системы могут генерировать только один рисунок, зато не потребляют много энергии и не выделяют много тепла. Мы обычно используем этот метод для сканирования в режиме случайных точек, а также в режиме быстрой оцифровки при использовании 3D-сканеров EinScan H и EinScan HX.

Цифровые проекторы (DLP) умеют генерировать разные световые рисунки, а потому используются во многих моделях 3D-сканеров, включая многофункциональный EinScan Pro HD, настольные EinScan-SE и EinScan-SP, стационарный Transcan C. Например, система EinScan Pro HD способна работать как в режиме фазового сдвига, так и в режиме случайных точек.

Вертикально-излучающие лазеры (VCSEL) — разновидность лазерных проекторов, используемая в портативных 3D-сканерах Einstar и EinScan H. В сравнении с многолинейными системами VCSEL компактнее и потребляет меньше энергии.

Качество 3D-сканов: детализация, аккуратность и точность

Детализация, аккуратность и точность — ключевые, но зачастую неправильно понимаемые аспекты 3D-сканирования. Высокое качество оцифровки может подразумевать как высокую детализацию, так и высокую измерительную способность, либо и то, и другое одновременно. Ниже мы приведем два примера, демонстрирующих разницу.

На фото слева мы сканируем ствол дерева, чтобы затем использовать результат в ювелирном деле. В этом случае более существенную роль играет детализация, так как необходимо передать текстуру дерева, а размеры ствола не так важны.

Технология повышения детализации (Detail-oriented Enhancement Technology) — часть нашего программного обеспечения, доступного для ручных 3D-сканеров Einstar и EinScan H.

Если же мы говорим про аккуратность и точность, то подразумеваем близость получаемых данных к исходным, фактическим значениям. Стандарты ISO определяют аккуратность как комбинацию случайных и систематических ошибок. Само собой, в метрологических приложениях, например измерениях в автомобильной или машиностроительной отрасли, аккуратность и точность играют ключевое значение.

Повторяемая точность измерений определяет стабильность результатов при повторных измерениях в одних и тех же условиях. Аккуратность и точность — разные понятия. Если провести аналогию со спортивной стрельбой, хорошо натренированный спортсмен будет раз за разом, аккуратно попадать в «яблочко» мишени. В нашем случае аккуратность можно сравнить со стабильностью попадания 3D-сканера «в цель», а повторяемую точность можно сравнить с кучностью стрельбы.

Теперь вернемся к предыдущей иллюстрации: на фото мы видим процесс 3D-сканирования автомобильного интерьера. В этом случае аккуратность и точность важнее детализации, так как интерьер планируется модифицировать, а значит новые детали должны быть точно подогнаны. То же самое касается обратного проектирования: если вы сканируется деталь, чтобы сделать запасную часть, результаты должны как можно точнее отображать размерные характеристики исходного объекта, чтобы новая деталь точно встала на место.

Подробнее об основах 3D-сканирования рассказывается в нашем вебинаре. Зарегистрироваться и посмотреть запись можно по этой ссылке.