І дуже мене ця тема зацікавила, хоча швидко прийшло розуміння того, що про якісь 30$ для якісного сканування не може бути й мови.
Але основний плюс, який я виніс зі статті – програма для сканування David-3D, до якої справді є хороше керівництво російською мовою і, що важливо, купівля ліцензії – це останнє, що потрібно, оскільки обмеження безкоштовної версії тільки на збереження результату сканування. Все інше працює повною мірою, а значить цілком можна тестувати програму, налаштування та своє залізо скільки завгодно. А якщо вам і результат не потрібний з високою точністю - то взагалі без покупки ліцензії можна обійтися.
Мені точність була потрібна, тому що основне, що мені хотілося сканувати це були мініатюри з настільної гри Warhammer (щоб потім їх змінювати, як хочеться і друкувати). У висота цих «солдатиків» всього 3 см, проте це не заважає їм бути дуже деталізованими.
Якщо вам не потрібно знімати настільки дрібні об'єкти - то вимоги до обладнання у вас будуть нижчі, а значить і набагато простіше буде зібрати собі сканер.
Принцип роботи програми, і відповідно сканування, добре описаний у статті, на яку було посилання вище (дублювати це, гадаю, не обов'язково). Бажано прочитати ту статтю першою, оскільки ця буде певною мірою її логічним продовженням.
Але почнемо по порядку. Що знадобиться для того, щоб випробувати 3д сканування в домашніх умовах:
1 – проектор.
2 – веб-камера.
Власне, короткий список на подив вийшов. Тим не менш, якщо ви хочете отримувати дуже точні та якісні скани, то доведеться дещо доопрацювати ручками. Без додаткових витрат тут звичайно не обійтися, але в результаті це все одно обійдеться дешевше, ніж покупка будь-якого з 3д сканерів, що є у продажу, та й якість результату отримати можна набагато краще.
Тепер по порядку та докладно.
ПРОЕКТОР.
Свої перші досліди зі сканування я, як і автор попередньої статті, починав із лазерної указки, але вони одразу ж показали, наскільки це незручний спосіб. Недоліків тут одразу кілька:
- Неможливість отримання променя з досить тонкою лінією. Тим більше, що при повороті вказівки змінюється відстань від лінзи до об'єкта, а отже, збивається фокусування.
– якщо потрібно регулярно сканувати, повертати лазерну указкуз достатньою точністю і плавністю вручну дуже складно, та й стомливо просто – руки не такий стабільний інструмент коли мова йдепро тривалий час.
– сканувати доводиться у темряві, щоб було видно лише лінія лазера і нічого більше.
І якщо з другим недоліком ще можна боротися шляхом створення спеціального поворотного механізму (хоча це вже виходить не така вже й проста задача, принаймні, за 5 хвилин на коліні таке не зробити), то рятування від першого недоліку дорожче.
Коли я все це усвідомив, то вирішив спробувати сканування за допомогою проектора, для чого взяв на якийсь час якусь просту модельу знайомого.
Тут слід зробити невелике уточнення – у минулій статті автор згадував про можливість сканування за допомогою проектора, хоча пропозиція була, на мою думку, дуже дивною.
Підійде проектор з потужною лампою, світло якої потрібно направити крізь вузьку щілину на об'єкт, що сканується.
Можливо, у ранніх версіяхпрограми це був єдиний варіант, але у версії 3 з якою я експериментував, проектор використовувався набагато краще, т.к. там є можливість звана Structured Light Scanning (SLS). На відміну від лазерного сканування, проектор відразу проектує на об'єкт сітки з вертикальних та горизонтальних ліній різної товщини, що на порядок зменшує час сканування та дозволяє в автоматичному режимізнімати кольорові текстури об'єкта. Та й при хорошому фокусуванні, лінія в 1 піксель шириною набагато тонше, ніж можна отримати від недорогої лазерної указки.
На жаль, фотографії з тих перших дослідів я не робив, та й фотографувати особливо не було чого – проектор на столі, поряд з ним веб-камера, все це дивиться в один бік:) Однак навіть така найпростіша конструкція показала, що цей варіант набагато кращий як за швидкістю сканування, так і за якістю. Тоді я і вирішив купити для цього собі проектор.
Критерії для вибору проектора були прості – роздільна здатність більша, ціна і розміри менші:)
Вибір зупинився на IconBit Tbright x100 - ультракомпактний DLP LED проектор, роздільна здатність 1080 - на той момент мені здавалося, що краще і не вигадаєш, але як з'ясувалося пізніше - я помилявся, хоча займаючись з ним, я отримав багато цікавого досвіду.
Перша проблема, яка виникає при скануванні маленького об'єкта за допомогою проектора, полягає в тому, що для кращого результату, розмір сітки, що проектується, повинен приблизно відповідати розміру сканованого об'єкта. Даний проектор дозволяв отримати найменшу діагональ екрану при найближчому фокусі - приблизно в 22 см. Погодьтеся, що на такому фоні мініатюра в 3 см заввишки далека від поняття "приблизно рівні розміри". Відповідь знайшлася на офіційному форумі – люди в таких випадках встановлюють на проектор фотоапаратні лінзи для макрозйомки. Враховуючи невеликі розміриоб'єктив проектора, я зупинив свій вибір на лінзах marumi з діаметром різьби 34 мм.
Використовуючи два таких комплекти, вдалося отримати екран проектора з діагоналлю всього близько 3 см. Чого виявилося цілком достатньо, щоб зробити свій перший мікроскан. 
Це одиничний скан, тому і є "дірки" на моделі, рвані краї і т.д. Повертаючи монету та скануючи з різних ракурсів, можна отримати кілька таких сканів, які згодом поєднуються в один об'єкт (сама програма сканування дозволяє правильно поєднувати різні скани, зшивати їх та зберігати як єдиний об'єкт). У процесі зшивання заразом уточнюється форма об'єкта. Але зберігати результати такого зшивання – можливо лише після покупки ліцензії.
І ось настав момент першої речі, яка для сканування не обов'язкова, але з нею процес набагато зручніший – це стійка під проектор з камерою. Сам процес калібрування необхідний не тільки для того, щоб програма дізналася параметри обладнання - програма також повинна розрахувати взаємне розташування камери і проектора. У процесі роботи їх зміна не допускається (як і зміна фокусування камери), а значить, потрібно жорстко все це закріпити, адже кількість сканів може бути більшою навіть для одного об'єкта.
На основній сторінці David"а і зображена подібна система - нічого складного вона собою не уявляє. Та й погортавши форум і подивившись, як це організую собі різні людиЗрозумів, що нічого складного тут не потрібно.
Для цих цілей була взята стійка від згорілого РК монітора, і оргскло від нього ж, вирізана і склеєна ось така конструкція, як вона виглядала в першому варіанті
До підставки для проектора було прикріплено кріплення для встановлення різних лінз, що дозволяло змінювати діагональ екрану, і сканувати об'єкти різного розміру.
Слід також згадати, що сканування за допомогою проектора не вимагає постійного знаходження в полі зору калібрувальних панелей. Після того, як проведено калібрування, їх можна прибрати. Це дозволяє відкалібрувати установку спокійно її переносити, рухати і т.д.
Тобто ви можете використовуючи великий калібрувальний шаблон зробити вдома на стінах калібрування, а потім з цією стійкою та ноутбуком вийти на вулицю та відсканувати свій автомобіль, наприклад. Взяли найменший шаблон, поставили пару лінз – і можна сканувати ювелірні вироби.
Нещодавно фірма випустила вдосконалений набір для сканування, ось там уже стійка набагато серйозніша і цікавіша –
Як на мене, за вартістю ліцензії на програму близько 500$ (це вони ще ціну підняли нещодавно), віддавати за такий набір понад 2000 євро – не зовсім виправдано, зібрати самому щось подібне не складно та значно дешевше.
Повернемося до проектора. Як виявилося, у цього проектора був один суттєвий недолік для використання у сканері, а саме його рідний дозвіл(854 * 480). І все б нічого, якби він і на виході видавав те саме, але на жаль - картинка перетворювалася до стандартних дозволів (типу 1024 * 768), і в результаті лінія шириною в один піксель була в різних частинахекрана десь яскравіше, десь тьмяніше, десь уже а десь ширше… Все це негативно позначалося на якості сканування, виражаючись у вигляді брижів і смужок на моделі, що отримується.
На той час я вже думав про покупку проектора для стереолітографічного 3Д принтера (). Розглянувши кілька варіантів, я зупинився на моделі Acer P1500, т.к. їй не потрібні ніякі доробки для використання в принтері (цей проектор без жодних лінз здатний дати сфокусоване зображення на екрані приблизно 4*7 см). А значить, і для сканера він підійде якнайкраще. При цьому дозвіл у 1920*1080 р. у нього реальний. Так воно й вийшло, цим проектором користуюсь досі і повністю задоволений результатами.
Камера.
Критерії при виборі камери у мене були ті ж, що й при виборі проектора. Пройшовшись по магазинах, зупинився на Logitech C615. Скан монети був зроблений саме з неї, без жодних модифікацій. Але коли я спробував відсканувати фігурку, то зіткнувся з труднощами, які називають «глибина різкості». Коли об'єкт настільки малий, то фактично у нас виходить макрозйомка, а різкість при такій зйомці досягається тільки на невеликому відрізку, буквально всього кілька міліметрів (саме тому монета добре відсканувалася – рельєф цілком укладався в область різкості). Вирішили переробити камеру під інший об'єктив. На Ebay було замовлено кілька різних об'єктивів для проби, а також було вирізано новий корпуспід плату камери. План був такий
Фінальний результат трохи відрізнявся
Основна ідея, на мою думку, зрозуміла. А зараз і на Thingiverse та на форумі програми можна завантажити stl для друку корпусів під різні типи вебкамер.
З плати камери довелося прибрати стандартний об'єктив, і як з'ясувалося пізніше - разом з ним був прибраний і ІЧ-фільтр, так що будьте обережнішими в цьому питанні. Фільтр потім стане в нагоді для використання з іншими об'єктивами, хоча можна і окремо їх докупити - ціна копійчана.
Таким чином, у мене така колекція об'єктивів утворилася.
Поки я очікував на доставку об'єктивів, читалися різні форуми з фотографування. Вивчаючи питання з глибиною різкості, я з'ясував, що збільшити її можна сильніше, закривши діафрагму об'єктива. А значить і об'єктив був потрібний такий, в якому була можливість регулювати діафрагму (на жаль, серед замовлених не всі мали таку можливість, але на моє щастя і парочка таких попалася). Загалом, для покращення камери бажано мати варифокальний об'єктив із зумом та регульованою діафрагмою. Насправді все виявилося так, як і було в теорії - закриваючи діафрагму, відразу було видно збільшення глибини різкості, що дозволило сканувати об'ємні, але дрібні об'єкти.
Основний об'єктив, яким я користуюся – на фото вище встановлено на камері. Другий, з регульованою діафрагмою, найбільший у центрі. Його я використовую для зовсім маленьких об'єктів. Інші без діафрагми, так що ними не користуюся - виявилося що цілком достатньо і цих двох.
У планах тепер або знайти вебкамеру з великою роздільною здатністю (якість і детальність сканів безпосередньо залежить від роздільної здатності камери), або спробувати використовувати для цього будь-який цифровий фотоапаратз можливістю зйомки відео – зазвичай у них набагато більший дозвіл можна отримати, та й об'єктиви краще.
Власне, на цьому можна було б і закінчити – начебто про все розповів. Я теж думав, що на цьому у мене закінчилося складання сканера, але чим далі в ліс... Вивчаючи форум цієї програми я часто натикався на різні схемиповоротних столиків – благо софт дозволяє автоматизувати процес сканування. Після одного скана подається команда на com-порт, поворотний стіл обертається, повертаючи об'єкт на задану кількість градусів, і дає команду на наступний скан. В результаті одним клацанням мишки ми маємо кругові скани об'єкта – здавалося б, чого ще бажати? Цю систему я з цікавістю випробував, але, на жаль, мені такий підхід абсолютно не сподобався, і тому є кілька причин.
1 - якщо об'єкт складної форми, то просто його обертати його буде недостатньо - потрібно ще й нахиляти в різні боки, щоб камера з проектором дотягнулася до всіх западин та інших важкодоступних місць.
2 – навіть якщо таких місць немає, і враховуючи всі скани, які були зроблені, на об'єкті не залишилося частин, які не потрапили до скану, залишається питання точності скана.
Допустимо, якась частина моделі на одному зі сканів вийшла ідеально. Але це не означає, що на всіх сканах, в які ця частина потрапила, вона виглядає також ідеально, а при зшиванні сканів з різних ракурсів результат буде усереднений, що не може тішити. Програма дозволяє редагувати отримані скани (можна вирізати непотрібну частину). Якщо ми обертаємо модель на 20 градусів, значить, після повного обороту у нас буде 18 сканів, потрібна нам частина цілком може бути присутня на половині з них, отже, щоб залишити найкращий результат, треба буде видалити цей шматок з 8ми сканів… А таких шматків при складній моделі може бути багато, в результаті від кожного скана відрізатиметься чи не половина, що дуже трудомістко і потребує багато часу.
Натомість краще після першого скану відразу сканувати прилеглі області, і перевіряти результат. Як тільки якийсь шматок готовий – переходимо до наступного сканування, і так, поки вся модель не буде в ідеальному вигляді. Такий підхід дає найкращий результат за менший час.
Але постає питання зручності. Погодьтеся, незручно вручну намагатися крутити об'єкт, дивлячись не на нього, а на монітор – щоб контролювати попадання в об'єктив, не змінивши відстань до камери та проектора при цьому (щоб не збився фокус). При черговій подібній еквілібристиці я випадково зачепив камеру, що відповідно збило все калібрування, і весь процес довелося розпочати наново. Такий розклад мені категорично не сподобався, і я після деяких роздумів прийшов до плану такої конструкції (яку, як ви розумієте, згодом і зібрав).
Це не поворотний столик у звичайному розумінні цього терміна. Завдяки такій конструкції я можу не тільки обертати модель, а й нахиляти її, як мені потрібно. При цьому центр моделі залишається в площині фокусу, але навіть якщо ні – можна вперед-назад кріплення з моделлю рухати.
Все це зібралося на ардуїно, була написана невелика програма для керування, і в результаті мені тепер при скануванні не доводиться вставати через комп'ютер – використовуючи програму, я змінюю положення об'єкта, що сканується, і при цьому тут же, у вікні камери вибираю оптимальний для сканування ракурс.
нутрощі 
У програму я заклав можливість автоматичного сканування, а також сканування непросто по колу, а з нахилами на 45 градусів в один і інший бік, що дає втричі більше сканів. Тим не менш, в результаті, я все-одно ніколи цією можливістю не користуюся - занадто незручно потім розбиратися в купі сканів і чистити їх від невдалих шматків.
Слід також згадати деякі нюанси сканування.
1 – неможливо сканувати блискучі та дзеркальні поверхні. Світло від них відбивається, або дає такий відблиск, що програма не може коректно розпізнати лінію. Якщо є необхідність сканування такого об'єкта, то подібні частини доведеться чимось замаскувати (фарбою, що змивається, паперовим скотчем і т.д.).
2 – зручніше сканувати монотонні об'єкти, оскільки при налаштуванні камери на світлий колірвиставляється не така велика яскравість проектора, мала експозиція тощо. А для об'єкта темного кольору потрібна велика яскравість, тому якщо у вас об'єкт різнокольоровий, то для різних його частин потрібні різні налаштування для отримання найкращого результату. Тут також зручніше використовувати сканування об'єкта частинами.
3 – якщо ви хочете відразу отримати кольорову текстуру то врахуйте, що налаштування камери та проектора для скана не впливають на налаштування для зняття текстури (скан робиться в чорно-білому режимі), так що пограйтеся налаштуваннями в режимі текстури також, як ви будете це робити у режимі сканування.
Процес сканування у мене зараз виглядає так:
- Фокусування проектора та камери 
Світло проектора занадто яскраве і на фото не видно сітка, що проектується, але ось вид з камери в програмі 
Калібрування сканера 
Калібрувальний кут був зроблений з металевих пластин, а калібрувальні шаблони різного розміру були надруковані на магнітному папері - так можна дуже швидко підлаштовуватися під різні розмірисканованих об'єктів.
Вигляд у програмі 
Рекомендується, щоб сукупний кут між променем проектора та камери був близько 20 градусів. Тому така стійка і використовується - при скануванні великих об'єктів (наприклад, людини) камеру треба набагато далі від проектора відставити, тут вони у мене впритул стоять. Розташування камери щодо проектора може бути тільки вертикальним або горизонтальним - залежно від геометрії об'єкта. У цьому випадку розташування діагональне (13 градусів по вертикалі та 36 по горизонталі).
Результати сканування із різних ракурсів. Це вже підчищені скани, тобто. видалені всі невдалі та непотрібні (підставка фігури, що потрапив у кадр кріплення) частини. 
Поєднання сканів для подальшого об'єднання в один об'єкт 
Завдяки тому, що кожен скан має свій колір, зручно контролювати правильність суміщення.
Ну і після об'єднання сканів із різних ракурсів отримуємо такі моделі
Мініатюра Боромира із володаря кілець. 
При скануванні різнокольорового об'єкта результат трохи гірший, якщо сильно не морочитися. Але можна отримати об'єкт відразу з текстурою:) 
Оригінали моделей 
У галереї робіт користувачів на сайті розробника (http://www.david-3d.com/en/news&community/usergallery) можна знайти ще багато цікавих сканів, навіть відбитки пальців люди сканують. І зустрічаються навіть скани таких самих мініатюр з вархаммера 
На закінчення хочеться сказати про те, що яке б залізо ви не використовували, який би дорогий 3д сканер ви не купили, але це не панацея для друку чого завгодно. Теоретично, звичайно, можна отриманий об'єкт відправляти в слайсер і друкувати, але є кілька причин, чому не варто так чинити, а варто в будь-якому випадку вивчати пакети 3Д графіки.
1 - Отримані скани, при хорошій якості сканування (адже ми хочемо отримати найкращу якість) мають дуже багато полігонів. Ні, навіть ДУЖЕбагато. Скан Боромира після злиття містив понад 8 мільйонів полігонів – не кожен слайсер зможе працювати з таким об'єктом.
2 - Будь-які об'єкти несуть на собі сліди збирання та виготовлення. І якщо в реальності для виправлення цього застосовують надфілі та наждачку (а іноді все-таки є недоступні місця, де неможливо застосувати інструменти), то працюючи з цифровою копією об'єкта, ми можемо змінити його як завгодно - прибрати дефекти, покращити деталізацію і т.д. .
3 - Як я говорив на початку статті, коли я задумався про сканер, я хотів не копії об'єктів друкувати, а змінювати їх як мені завгодно. Я не скульптор, у мене немає інструментів, матеріалів та навичок, щоб виліпити таку дрібну модель. Але вміючи працювати в 3Д, мені набагато простіше, відсканувавши подібного Боромира, зробити з нього якогось Принца датського.
До речі, ця модель містить майже в 100 разів менше полігонів, ніж результат сканування.
Теги:
- 3д сканер
- diy або зроби сам
- 3д моделювання
- 3д графіка
3D-сканування є одним із способів побудови 3D-моделі. Нагадаємо, що 3D-модель можна побудувати і без використання 3D-сканера – у професійній програмі з роботи з тривимірною графікою. Але 3D-сканер значно спрощує та прискорює цей процес.
3D- лазерні сканери- це пристрої, які проводять аналіз фізичного об'єкта, і на основі отриманих даних створюють 3д модель. Тривимірне зображення 3D-сканер зберігає переважно у форматах STL, OBJ, PLY та WRL.
За допомогою 3D-сканера можна швидко та якість відтворити максимально точну модельоб'єкт. Робота 3D-сканера має відбуватися під контролем досвідченого інженера. Результат сканування допрацьовується у професійному графічному редакторі для тривимірної графіки. Надалі, за потреби, можна провести 3D-друк об'єкта, на основі побудованої 3D-моделі. Компанія KOLORO надає послуги 3D-сканування. У нашому технічному арсеналі є 3D-сканери для роботи з фізичними об'єктами різного типута величини.
Методи тривимірного сканування
- Контактний 3 D- сканер. Для сканування пристрою необхідно знаходитись у безпосередньому контакті з об'єктом сканування.
- Безконтактний 3D-сканер. Отримання 3D-моделі з його допомогою вважається найперспективнішим методом 3D-сканування. 3D-сканер необов'язково контактувати з об'єктом, що дозволяє проводити 3D-сканування важкодоступних об'єктів, пам'яток культури та архітектури, а також ювелірних виробів. Вже існує промисловий 3D-сканер, який сканує будинки, насипи та інші великі об'єкти.
- Активні безконтактні 3D-сканери(Для вивчення об'єкта використовують структурований світловий або лазерний промінь, який потрапляючи на об'єкт, відображається і на основі цього відображення 3D-сканер будує 3D-модель).
- Безконтактні пасивні 3D-сканери(Цей вид пристрою використовує вже існуюче відображення від об'єкта, в основному - сонячне світло).
Принцип роботи 3D-сканера
В основі роботи 3D-сканера лежить принцип стереогляду. Сканер, як і людське око, здатний визначити відстань до об'єкта та його розміри. Як у людини два ока, так і у 3D-сканера – дві камери. Після отримання необхідної інформації 3D-сканер будує 3D-модель об'єкта. Для недопущення неточностей, 3D-сканер обладнаний підсвічуванням для кожної камери
Переваги 3D-сканера
Для початку виділимо загальні переваги 3D-сканерів:
- Максимально висока точністьмоделі- 3D-сканер відтворює навіть найменші, найдрібніші, деталі фізичного об'єкта;
- Висока швидкістьроботи- об'ємне сканування займає всього кілька хвилин, а то й секунд, після чого необхідне доопрацювання побудованої сканером 3D-моделі у професійних програмах для роботи з 3D-графікою;
- Сканер можна розмістити під різними кутами, Залежно від складності об'єкта, при цьому сам об'єкт можна не чіпати, що особливо важливо при скануванні великих і величезних об'єктів (наприклад, будинки, пам'ятники та ландшафти).
Контактні 3D-сканери:
- прості у використанні.
- не залежить від рівня освітлення.
- створюють моделі високої точності.
- файл 3D-моделі невеликий за обсягом.
Безконтактні 3D-сканери:
- енергоекономічні;
- не вимагають безпосереднього контакту з об'єктом;
- застосовують технологію структурованого світла;
- не завдає шкоди фізичному об'єкту.
Застосування 3D-сканера
- Інженерний аналіз- 3D-сканер може швидко та якісно створити тривимірну модель об'єкта та прорахувати його фізичні пропорції у необхідних розмірах. При наявності фізичної моделів єдиному екземплярі об'ємне сканування допоможе створити різнорозмірні копії та швидко налагодити дрібносерійне виробництво.
- Цифровий аналіз- 3D-сканер допомагає візуалізувати всі технічні невідповідності виробів та деталей, а отже, внести до них усі необхідні коригування ще до етапу виготовлення протипа виробу.
- Цифрова архівація. Тепер можна відмовитися від двовимірних малюнків, креслень та навіть від 3D-моделювання застарілих деталей. 3д-сканер вважає з об'єкта всю необхідну інформацію, побудує 3D-модель та заархівує її у потрібному для виготовлення форматі. Це суттєво економить час і вимагатиме виділення місця під зберігання фізичних креслень.
- Архітектура. За допомогою 3D-сканера можна створити модель цілого будинку, а також окремих елементівархітектури: емблем, колон та різноманітних декорацій.
- Медицина. Саме 3D-принтер виступає чудовим помічником при 3D-скануванні кісток і навіть окремих органів. найвищим рівнемдеталізації! Надалі отримані 3D-моделі та створені прототипи можуть бути використані як навчальні матеріали у спеціалізованих ВНЗ або при створенні повноцінних біологічних протезів.
Використовуються два поняття 3d моделі: поверхнева модельі твердотільна модель. Вони мають різні властивості і відповідно різними можливостямивикористання.
Поверхневу модель можна роздрукувати на 3d-принтері, розмістити на сайті, використовувати для візуалізації об'єкта. Змінити форму такої 3d моделі не можна. Якщо необхідно отримати розміри, зробити креслення, доопрацювати модель, повноцінно використовувати її в програмі CAD, stl-модель потрібно перевести в твердотільну. Для цього необхідно зробити низку дій.
1. Сканування
Сканер підсвічує виріб лазером або структурованим підсвічуванням та отримує інформацію про відстань до поверхонь об'єкта. На основі цієї інформації будується ділянка поверхневої моделі, яка є хмарою мільйонів точок. Після отримання достатньої кількості таких ділянок програма, яка постачається разом зі сканером, зшиває в один об'єкт в автоматичному або ручному режимі.
2. Обробка поверхневої моделі
Поверхнева модель (полігональна модель, stl-модель, хмара крапок, хмара трикутників) - це набір точок, з'єднаних у трикутники, які утворюють безліч поверхонь, що позначають межі об'єкта. Поверхнева модель може бути представлена як у вигляді хмар точок, так і у вигляді набору трикутників, ці два види легко трансформуються один в одного.
Найпоширеніший формат файлу полігональної моделі – stl, але можуть бути й інші.
Модель із хмари точок, отриманих зі сканера, зазвичай неякісна. Навіть при ідеальній для сканування поверхні (об'ємна, біла, матова, без важкодоступних місць і гострих країв) сканер 3д все одно вловлює різні шуми - це можуть бути як особливості самого об'єкта - бруд, зварні шви, мітки тощо, так і зовнішні умови і характеристики самого сканера - освітлення, температура, коливання опори сканера. У результаті утворюються зайві нерівності, тунелі, дірки та інші артефакти.
Деякі операції обробки можна зробити у власному софті сканера, але зазвичай це дуже обмежений набір функцій. Для більш якісної обробкивикористовуються сторонні програмні комплексинаприклад Geomagic.
У процесі обробки над моделлю може бути здійснено ряд операцій:
- зашиваються дірки,
- вирівнюються поверхні,
- видаляється шум,
- модель правильно орієнтується;
- зменшується кількість трикутників.
Отриману поверхню об'єкта можна переглядати в різних режимах: як хмара точок або як сітку У другому випадку всі точки з'єднуються в трикутники, утворюючи мільйон мікроповерхонь.
Ця сітка по суті є повноцінною полігональною моделлю. Її можна зберегти у форматі stl або інші формати (txt, csv, odt, xls).
Таку модель можна надрукувати на 3d принтері, але також можливості її використання обмежені.
Важливо!Незважаючи на те, що на даному етапіми отримали stl-модель, вона поки що не придатна для використання на багатокоординатних верстатах з ЧПУ, оскільки містить надто велику кількість поверхонь. Для верстата з ЧПУ потрібно додаткова обробкабазової сканованої stl-моделі: вирівнювання, усереднення, зменшення кількості поверхонь.
З тієї ж причини таку модель не вдасться завантажити в систему CAD. SolidWorks, наприклад, видасть попередження про те, що модель містить дуже велику кількість поверхонь.
3. Побудова твердотільної моделі
На даному етапі на основі полігональної моделі відбувається побудова нормального твердого тіла також спеціалізованому софтінаприклад Geomagic Design.
Операції, що використовуються: витягування ескізів, розподіл на області, пошук витягнутих областей, побудова замкненого ескізу.
При правильній обробці моделі на виході ми отримуємо модель з деревом побудов, придатну для подальшої обробки CAD-системи.
4. Контроль правильності побудови моделі
На цьому етапі отримана твердотільна модель порівнюється зі сканованою. Спеціальний інструментПрограма дозволяє в кольоровому вигляді побачити відхилення, викликані помилками побудови моделі. Доведеться повернутись на кілька кроків назад і виправити деякі операції.
5. Експорт у CAD-систему
Цей, здавалося б, автоматичний етап також може виявити низку помилок на етапі обробки моделі. Наприклад, програма Geomagic Design Х за допомогою свого API будує у відкритому заздалегідь SolidWorks модель на льоту згідно з власним деревом побудов. Наприкінці може з'явитися помилка – у ній буде описано, на якому етапі побудови моделі виникла помилка – йдемо назад у Design X та редагуємо у дереві цей елемент.
Загальний процес обробки виходить досить складним, що визначає більш високу вартість 3d сканування, порівняно з ручним змірюванням виробів. Сподіваємося, що розвиток технологій 3d сканування та обробки 3d моделей дозволить надалі спростити або об'єднати ці процедури.
Я вирішив потестити і описати ручні професійні 3d-сканери (не часто тримаєш у руках шматок пластику ціною понад мільйон рублів).
Тривимірне або 3D-сканування - це процес переведення фізичної форми реального об'єкта, вироби у цифрову форму, тобто отримання тривимірної комп'ютерної моделі (3d-модель) об'єкта.
3D-сканування може виявитися корисним при вирішенні задач ре-інжинірингу, проектування пристроїв, оснастки, запасних частин за відсутності оригінальної комп'ютерної документації на виріб, а також при необхідності переведення в цифровий виглядповерхонь складної форми, у тому числі художніх форм та зліпків.
Робота сканера чимось нагадує об'ємний зір людини. Як мозок вибудовує об'ємне зображення побаченого, так 3D сканер отримує інформацію, порівнюючи два зображення, зміщені одне щодо одного. Для досягнення необхідної точності побудови моделі застосовуються додаткові технологічні прийоми у вигляді підсвічування лазером або періодичного спалаху.
Під катом опис і тест-драйв Creaform HandyScan 700 і трохи про 2 інших сканери та одним оком про Surphaser. А також приклади використання сканерів у нафтовій та космічній галузях, медицині та реверс-інжинірингу.
Етапи створення 3d-моделі за допомогою сканера 
3D-сканування – це інструмент для швидкого отриманнягеометрії тривимірного об'єктапрактично будь-якої складності. Однак, потрібно пам'ятати, що 3D-сканер дає хмару точок в тривимірному просторі, розташованих за формою об'єкта або полігональну модель - ті ж точки, але з'єднані лініями так, що виходить безліч площин, що перетинаються, що описують геометрію об'єкта.
Сама геометрія об'єкта мало кому потрібна, адже найчастіше мета 3D-сканування – це отримання точних креслень об'єкта, що сканується, а не просто координат у тривимірному просторі.
Але і це питання вже давно вирішене: на ринку є спеціально ПЗ, таке як Geomagic DesignX, що дозволяє перетворити хмару крапок на параметричну модель і передати її в будь-яку CAD-систему.
Тобто, за допомогою даного ПЗ ми знімаємо взагалі будь-які обмеження: скануємо 3D-сканером об'єкт, параметризуємо його в спеціальному ПЗ, передаємо параметрику, що вийшла, або NURBS поверхні (кому що) у ваш CAD і з легкістю працюємо за редагованою моделлю, отримуючи креслення будь-якого перерізу у потрібному нам форматі.
Сфери застосування 3d-сканерів
- Автомобільна індустрія
- Транспорт (автобуси, вантажівки, поїзди)
- Тяжке обладнання (агротехнології, екскаватори, шахтне обладнання)
- Спорт, хобі (ATV (квадроцикл), мототехніка, акватранспорт)
- Аерокосмічні технології
- Споживчі товари
- Виробництво – метал
- Виробництво – пластик та композити
- Армія, Оборона, Уряд
- Електрогенерація (вітрова, гідро, атомна)
- Суднобудування
- Бензин та газ
- Освіта
- Охорона здоров'я
- Розваги та мультимедіа
- Музеєзнавство, збереження спадщини
- Архітектура, будівництво, інженерія
ТТХ
Вага – 122 x 77 x 294 мм
Розміри 150 x 171 x 251 мм
Швидкість вимірів - 480 000 вимірів за секунду
Область сканування - 275 x 250 мм
Джерело світла – 7 лазерних хрестів (+1 додаткова лінія)
Клас лазера – II (безпечний для очей)
Роздільна здатність 0,05 мм
Точність – до 0,03 мм
Об'ємна точність – 0,02 мм + 0,06 мм/м
Відстань до об'єкта під час сканування - 300 мм
Глибина різкості – 250 мм
Діапазон розмірів об'єктива (рекомендований) – 0,1 – 4 м
програмне забезпечення - VXelements
Вихідні формати - .dae, .fbx, .ma, .obj, .ply, .stl, .txt, .wrl, .x3d, .x3dz, .zpr
Сумісне ПЗ - 3D Systems (Geomagic Solutions), InnovMetric Software (PolyWorks), Dassault Systèmes (CATIA V5 та SolidWorks), PTC (Pro/ENGINEER), Siemens (NX і Solid Edge), Autodesk (Inventor, Alias, 3ds Max, Maya , Softimage).
Стандарт з'єднання – 1 x USB 3.0
Діапазон робочих температур - 15-40 ° C
Діапазон робочої вологості (без конденсату) 10-90% 
500 чорних міток 
Якщо дуже треба, роблю навіть ось так
Пристрій сам визначає становище. Не потрібно використовувати координатно-вимірювальну машину (CMM), вимірювальну руку або інший зовнішній пристрій позиціонування.
Візуалізація поверхні, що сканується в режимі реального часу.
Завдяки динамічної прив'язкиоб'єкт можна пересувати під час тривимірного скануваннящо усуває необхідність жорсткої установки.
Індивідуальна калібрувальна таблиця 
Сертифікат, що підтверджує якість та точність 
Приклади 
Застосування
«На Наразітривимірне сканування застосовується не тільки для отримання оцифрованих моделей різних деталей, статуеток, кузовів машин та ін. 3D-сканування також широко застосовується у скануванні людей, а в Останнім часомце технологія, що особливо запитується, адже цікаво зберігати не тільки сімейні фотографії в рамках на тумбочці, а й, наприклад, всю сім'ю, надруковану на 3D-принтері. Крім розважальних цілей, у медицині все частіше застосовуються тривимірні технології. Наприклад, сканування ноги людини для створення зручного протеза, сканування зліпка щелепи пацієнта для подальшої роботив спеціалізованому стоматологічному програмному забезпеченні, сканування органів людини ... Як може здатися на перший погляд, на даний момент 3D - технології несуть у собі розважальний характер, але це вже давно не так. Це інновація практично у будь-якій сфері діяльності.» Олексій, спеціаліст Consistent Software Distribution
Суворі технарі перевіряють трубопровід
оцінкою цілісності трубопроводів
оцінка пошкодження літаків градом
Вплив пошкоджень, що завдаються градом, на аеродинамічні властивості літака є складним фактором для оцінки, але в той же час у буквальному значенні слова – життєво важливе! - Зробити цю оцінку максимально точно. Форма і розмір дефектів можуть змінюватись в залежності від сили шквалу, в який потрапляє літак. Отже, найпоширеніший спосіб аналізу пошкоджень - за допомогою вимірювання геометрії (довжини, ширини і глибини) кожної вм'ятини на ділянці поверхні літака, що розглядається. Також є необхідність контролю геометрії деталей на виробничій лінії.
перевірка внутрішнього стану труб
Оператори трубопроводів завжди розриваються між забезпеченням громадської безпекита економічними наслідками земляних робіт у зонах, де, як виявляється надалі, ремонт не потрібен. Методи прямої оцінки використовуються для підтвердження результатів вимірювання, отриманих за допомогою інструментів для перевірки внутрішнього стану труб. Ці інструменти не завжди точні, і їм іноді потрібне повторне калібрування. Сервісні компаніївитрачають багато часу на зіставлення даних від постачальників обладнання для перевірки внутрішнього стану труб і даних, отриманих за допомогою рівнеміра (або будь-якого іншого інструменту для прямої оцінки), для оцінки роботи інструменту. Для правильної оцінки роботи інструмента перевірки внутрішнього стану труб оператори трубопроводів повинні виконувати щорічний аналіз статистично значимих сукупностей за допомогою пристрою, що забезпечує більшу точність, ніж розсіювання магнітного потоку.
огляд та обмір резервуарів
Суспільна стурбованість питаннями екології змушує нафтові компаніїудосконалювати техніку безпеки щодо охорони довкіллята здоров'я. Огляд резервуарів традиційно був тривалою процедурою, але тепер компанії можуть задовольнити громадські інтереси завдяки технології тривимірного сканування, що дозволяє підвищити точність та ефективність цих робіт. Цей інструмент можна використовувати для інших цілей, наприклад для обміру резервуарів. Насправді побудова точної таблиці місткості є однією з основних вимог галузі.
Встановлення резервуару
Звіти про огляд резервуарів, що генеруються системами Creaform, містять важливу інформацію- Таку, як профілі дна, вертикальні профілі та круглограми - необхідну для оцінки осідання резервуара.Побудова градуювальних таблиць місткості
Градуювання таблиці місткості використовуються для визначення кількості продукту в резервуарі. Форму звітів можна змінити відповідно до потреб клієнта. Дані у звіті можуть включати або не включати обсяг внутрішніх конструкцій резервуара, вплив на параметри даху, що плаває, резервуара і т.п.
3d-моделювання для контролю методом фазованих грат
для авіакосмічної галузі
Сервісні повітряні судна та їх компоненти та конструкції необхідно контролювати та оцінювати рівень деградації та строку служби, що залишився. Авіаконструктори та авіаперевізники стикаються з проблемою контролю складних компонентів(наприклад, газових турбін, відсіків двигуна, обтічників, кабіни льотчика тощо), які є частинами складних вузлів і не можуть бути витягнуті для огляду. Для вирішення цієї проблеми зазвичай звертаються до контролю методом фазованих ґрат.
Моделювання фокального закону фазованої решітки застосовується для прогнозування результатів контролю та оптимізації конфігурації датчика та клину. Контроль компонентів складної форми з використанням двовимірної матриці може представляти складне завдання. Через брак кращого рішення, 3D-модель зазвичай береться з файлу CADабо з теоретичної моделіконструкції. Однак реальна форма компонента відрізняється від ідеальної теоретичної моделі і, отже, погіршується точність ультразвукового сканування та ймовірність виявлення.
для енергетики
Компоненти та конструкції електростанцій необхідно контролювати та оцінювати рівень деградації та терміну служби, що залишився. Енергетичні компанії стикаються з проблемою контролю складних компонентів (деталей «ластівчин хвіст», форсунок, труб, що подають тощо), які є частинами дуже складних збірок і не можуть бути витягнуті для контролю. Для вирішення цієї проблеми зазвичай звертаються до контролю методом фазованих ґрат.
Моделювання фокального закону фазованих грат широко застосовується, особливо в атомній промисловості, для прогнозування результатів контролю та оптимізації конфігурації датчика і клина. Контроль компонентів складної форми з використанням двовимірної матриці може представляти складне завдання. За відсутності кращого рішення, 3D-модель зазвичай береться з CAD-файлу або з теоретичної моделі конструкції. Однак реальна форма компонента відрізняється від ідеальної теоретичної моделі і, отже, погіршується точність ультразвукового сканування та ймовірність виявлення.
Інші моделі
GoScan
EXAscan(~ 3 млн руб) 
Surphaser(~ 3 млн руб)
Бос
Його використовують для сканування космічних апаратів і при будівництві метро та військові для своїх цілей.
Технічне обслуговування та ремонт проводиться в Росії. 3D-сканери Surphaser збираються у Росії 
Про цю штуковину варто написати окрему статтю.
Час сканування: з носової частини – 1,5 години; з хвостової частини – 1 година
Cyclone для чищення та реєстрації даних, RapidForm для моделювання
Сьогодні ми розповімо про види та типи 3D сканерів, а також про ефективне застосування їх у різних сферах.
3D сканування знаходить широке застосування у промисловості, медицині та у побуті. Більше того, багато сучасних виробничих процесів не можуть обійтися без автоматизації та контролю. У цих випадках поряд із комп'ютерним зором приходить технологія 3D сканування.
3D-сканери можна розділити на два типи: Контактні та, відповідно, безконтактні.
Контактні сканери
До першого типу сканерів відносяться CMM (coordinate measuring machine - координатно-вимірювальні машини). Сканування або контроль геометричних розмірів проводиться контактним способом. Щуп повільно підходить до об'єкта, що вимірювається, реєструючи найменший дотик.
Також існують системи з рухливими “суглобами”, у яких встановлені високоточні енкодери. При переміщенні скануючого органу оператором ці датчики фіксують переміщення всієї системи і основі цих даних будує тривимірну модель виробу.
Приклад таких сканерів: Faro Arm Edge 9 - компактний і точний промисловий сканер, що ідеально підходить для контролю прес форм, або штампів. І ROMER Absolute Arm SE 7 - 7-ми осьова вимірювальна рука, Вкрай зручна в роботі, обладнана магнітною основою, які дозволяють надійно закріпити сканер на будь-якій рівній металевій поверхні. Дані сканери широко застосовуються на високоточних виробництвах для контролю геометричних розмірів продукції. Також за допомогою даних пристроїв можна зробити "повне" сканування і отримати хмару точок.
Але дана технологія не ідеальна, і має низку обмежень, таких як:
- Низька швидкість сканування
- Неможливо (найчастіше) сканувати піднутрення та малі отвори
- Установки стаціонарні та масивні. Тому застосування їх у 3D зйомці ландшафту та архітектурних об'єктів неможливе
Безконтактні активні сканери
Безконтактні сканери поділяються на кілька типів за способом сканування. Умовно їх можна поділити на лазерні та оптичні.
Лазерні сканериОсновна частина лазерних сканерів працює на принципі тріангуляції. Суть тріангуляційних 3D сканерів полягає в тому, що високо контрастна камера шукає лазерний промінь на поверхні об'єкта та вимірює відстань до нього. При цьому оптична вісь камери та лазера рознесені, а відстань між ними та кут свідомо відомі. Таким чином, шляхом не хитрих геометричних вимірів, ми можемо досить точно виміряти відстань до об'єкта, швидко отримавши хмару точок. У порівнянні зі сканерами, що вимірюють час відгуку променя, цей клас пристроїв має обмеження по дальності сканування, але при цьому сканує об'єкти з високою точністю.
Яскравим прикладом таких лазерів є:
- BQ Ciclop - 23 890 руб., Точність: 0.5-5мм від розмірів деталі, Область сканування: 205 мм. Є платформа, що обертається.
- David Laserscanner - 59 000 руб., Точність: 0.5% від розмірів деталі, Область сканування: 10-600 мм.
- Digitizer (MakerBot) – 93 100 руб., Точність: 2мм, Область сканування: 205 мм. Є платформа, що обертається.
А також дані сканери вже використовуються в освітніх цілях у багатьох Російських школах і вузах. До іншого типу лазерних сканерів відносяться сканери, засновані на вимірі часу відгуку лазерного променяз поверхні об'єкта. Дані види сканерів є, власне, лазерний далекомір. Такі сканери широко поширені у будівництві та ландшафтному дизайні, успішно використовуються для створення 3D моделей будівель та пам'яток культури. Вони дозволяють швидко оцифровувати навколишній простір. Подібні системи комп'ютерного зорунавіть встановлювалися перші прототипи безпілотних автомобілів.
Головним недоліком цих систем є складність підрахунку часу відгуку лазерного променя на малих відстанях (менше за метр). Тому дані сканери застосовуються переважно геодезистами, ландшафтними дизайнерамита архітекторами.
Також варто відзначити точність і швидкість сканування. У сканера FARO Focus 3D, вартістю 65 500 $, заявлена точність становить +-2мм на відстані до 25 метрів. Швидкість сканування - 976 000 пікселів/сек Сканери Leica HDS8800 і Leica ScanStation P20 мають точність від2 до 20мм на відстані 100 і 1000м. Швидкість сканування становить до 1 млн точок/сек. Ці скануючі пристрої ідеально підходять для зйомок місцевості і великих об'єктів і не призначені для сканування дрібних деталей.
Області застосування:Ландшафтний дизайн, Геодезичні виміри, Побудова карток місцевості, Сканування пам'яток культури.
Оптичні сканери
Переходячи до оптичним сканерам, хочеться відзначити сканери, засновані на методі сканування структурованим світлом. Ці пристрої являють собою одну або дві відеокамери у зв'язці з кінопроектором. При засвітленні сканованого об'єкта "зеброю" або чорно-білими квадратами, які розташовані в шаховому порядку, камери аналізують викривлення отриманої картинки і на основі цих даних будують 3D модель. Цей метод широко застосовується для реверс-інжинерингу, сканування. ювелірних прикрас, часто застосовується у медицині (протезування). Особливо варто відзначити використання даних сканерів у протезування, оскільки тривимірне сканування та друк у цій сфері працює максимально ефективно. Ця технологіядозволяє максимально точно виготовити косметичний, функціональний чи стоматологічний протези.
До недоліків даної технології можна було б віднести обмеження наскільки можна сканування великих об'єктів, але дане завданняефективно вирішується шляхом нанесення на об'єкт спеціальних маркерів, які дозволяють сканувати великі об'єкти частинами з наступною "склейкою" моделі.
Даний метод сканування популярний, і дає прекрасні результати, тому на ринку представлено досить багато таких сканерів, ось деякі з них:
- RangeVision Smart – 175 000 руб. Область сканування від 150х112х112 мм, до 500х375х375 мм. Точність: 0,2 мм - 0,1 мм.
- David SLS-3 – 299 000 руб. Область сканування від 10 до 600 мм. Точність - 0.05%
- Volume Technologies VT Mini – 340 000 руб. Область сканування – від 50 до 500 мм, Точність – 0.1%
- RangeVision Standard Plus – 585 000 руб. Область сканування від 66*50*50 мм до 850*530*530 мм, Точність: 0,015 - 0,16 мм
- RangeVision Advanced – 710 000 руб. Область сканування 66*50*50 мм до 850*530*530 мм. Точність: 0,03 мм - 0,16 мм. Роздільна здатність камер: 2Мп
- RangeVision Premium – 1 220 000 руб. Область сканування від 66 * 50 * 50 мм до 850 * 530 * 530 мм. Точність: 0,015 мм – 0,16 мм. Роздільна здатність камер: 5мп
Області застосування:
Ручні сканери
Існують і портативні ручні версіїсканерів, що працюють як по лазерній так і по оптичної технологіїзазвичай це професійні пристрої, що володіє великою точністю і швидкістю сканування. Наприклад:
Області застосування:Реверс-інжиніринг, Освіта, Хобі, Комп'ютерні ігри, Протезування, Сканування людей, Архітектура, Музейна справа
Контроль вимірів
Одним із найбільш затребуваних напрямків застосування 3D сканерів є контроль вимірювань. У цьому напрямку використовуються високоточні сканери, обладнані дуже точними камерами, проекторами і спеціалізованим ПЗ для аналізу відсканованих виробів і порівняння їх з CAD моделями. Наприклад:
- AICON stereoSCAN 3D – Точність сканування – 0,025 мм, область сканування – 400х400 мм.
- GOM ATOS Compact Scan 2M – Точність сканування – 0,021 – 0,615 мм, область сканування: 35 x 30 – 1000 x 750 мм².
- Gom ATOS Core 200 – Точність сканування – 0,03 мм, область сканування: 200 x 150 мм.
Безконтактні пасивні сканериІ останній метод сканування, про який ми розповімо – безконтактні пасивні способи сканування. Вони існують трьох видів: стереоскопічний, фотометричний і метод силуету.
У сканерах, що базуються на стереоскопічному методі сканування, є дві камери, повернені під невеликим кутом відносно один одного. Аналізуючи різницю між двома зображеннями, будується тривимірна модель. Точність таких сканерів не висока, зате дозволяє отримати кольорову тривимірну модель.
Також при проектуванні дизайну автомобілів досі виготовляють вручну масштабний макет із спеціальної глини, а після чого успішно сканують подібними сканерами.
Області застосування:Чи не деталізований реверс-інжиніринг
Існують і більш просунуті рішення в даному напрямку, це фотограмметрична зйомка, використовуючи той же принцип, що і фотометрія додатково використовується спеціальна системаміток, що дозволяє програмі з великою точністю визначити з якого ракурсу та яка частина об'єкта була сфотографована і як наслідок – зробити більш точну модель. Найбільш якісне рішення зараз має сканер AICON DPA від компанії AICON. Області застосування:Сканування великих об'єктів, додаткова примочка для підвищення точності сканування
Метод сканування за силуетом поширений слабо і має низку недоліків. Для отримання зображення потрібно помістити об'єкт, що сканується, на контрастний фон, і зробити серію знімків. Також цей метод не дозволяє сканувати увігнуті поверхні.
Також існують інші технології сканування, наприклад комп'ютерна томограма (КТ) і МРТ, що використовує рентгенівське випромінювання, а також коноскопічна голографія. Всі ці методи сканування досить вузькоспеціалізовані, і не належать до теми нашої статті, тому ми не будемо загострювати увагу на них у нашому огляді.
Якщо у вас з'явилися доповнення чи питання – ми з радістю їх обговоримо! Пишіть у коментарі чи на пошту [email protected]
Хочете більше цікавих новин зі світу 3D-технологій?
