Современный 3D-сканер представляет собой вид высокотехнологичного оборудования, основным назначением которого является анализ физического объекта с целью получения информационных данных о его форме и некоторых особенностях внешнего вида. Полученные в результате трехмерного сканирования сведения используются на практике, а именно – для создания максимально схожей с оригиналом цифровой 3D-модели этого объекта.

Процесс создания трехмерной копий подразумевает использование сразу нескольких инновационных технологий, каждая из которых обладает как преимуществами, так и недостатками. Кроме того, оцифровка некоторых объектов может быть существенно затруднена по причине наличия у них специфических свойств. Так, например, много трудностей часто возникает с блестящими материалами.

В настоящее время сбор 3D-данных играет колоссальную роль в таких областях как кино, индустрия компьютерных игр, промышленный дизайн, архитектура и т.п. Особое значение технологии создания трехмерных моделей уделяется при обработке различного рода культурных артефактов.

Функционал 3D-сканеров

Главная цель 3D-сканера заключается в создании так называемого «облака», отображающего весь набор точек геометрических образцов, находящихся на поверхности сканируемого объекта. После проведения процесса реконструкции специалисту не только предоставляется доступ к форме предмета, но и возможность точно определить цвет поверхности, подвергнутой реконструированию.

Большинство 3D-сканеров очень похожи на привычные нам всем камеры. Основное различие этих устройств заключается в том, что с помощью камеры можно получить информацию о цвете только той предметной поверхности, которая попала в ее зрительное поле, а вот продвинутый 3D-сканер способен легко собрать ценную информацию еще и о присутствующих на поверхностях расстояниях. Проще говоря – «картинка» из 3D-сканера наглядно демонстрирует расстояние до определенной поверхности предмета в каждой точке рисунка. Такое решение позволяет специалисту рассчитать положение любой точки на полученном изображении в 3 плоскостях одновременно.

Во многих случаях для создания максимально похожей на реальный объект модели предмета необходимо выполнение не одной, а сразу нескольких операций сканирования. Такой подход позволяет получить детальные информационные данные обо всех сторонах и поверхностях объекта.

Все полученные в результате процесса сканирования результаты приводят к единой координатной системе и лишь потом начинают создание полноценной объектной модели. Общее название этой процедуры – 3D конвейер сканирования.

Основные технологии

Специалисты по трехмерному моделированию выделяют несколько основных технологий создания наглядных 3D-моделей. Также, согласно общепринятой классификации все 3D-сканеры делятся на две категории:

• бесконтактные

• контактные 3D-сканеры.

Координатно-измерительная машина PRIMUS 575

3D-сканеры контактного типа

Данные модели предназначены для зондирования изучаемых экспертами объектов путем налаживания физического с ним контакта. Сам предмет исследования при этом располагается на прецизионной, тщательно отполированной, поверочный плите. Если подвергаемый сканированию объект имеет неровности и не может располагаться на горизонтальной плите в состоянии покоя, то для его фиксации применяют специальные тиски.

Существуют три различные формы сканерного механизма:

• Каретка, оснащенный измерительной, надежно зафиксированной, рукой. Такая система идеально подойдет для как выпуклых, так и для плоских предметных поверхностей.

• Манипулятор, оснащенный угловыми датчиками и набором составляющих фиксированного образца. Данный вид механизма чаще всего используется для зондирования углублений, вход в которые имеет сравнительно небольшие размеры.

• Совместное использование двух вышеописанных методов. Так, например, высокоточный манипулятор можно легко «заставить» работать совместно с кареткой – такое решение упрощает процесс получения трехмерных данных от сложных по структуре и больших по размеру объектов.

В качестве примера модели 3D-сканера контактного типа можно привести координатно-измерительную машину (в дальнейшем – КИМ). Такое сверхточное и удобное в управление оборудование как правило используется на производстве, где требуется строгое соблюдение определенных размерных норм. Главный недостаток КИМ заключается в том, что использование машины немыслимо без налаживания прямого контакта с объектом. В процессе сканирования предмет может быть поврежден, что создает определенные трудности при работе с ценными предметами – драгоценностями, антиквариатом и т.п.

Второй недостаток КИМ – их чрезмерная, часто досаждающая специалистам, медлительность. Измерительная рука двигается очень неспешно, поэтому максимально быстрый результат работы оборудования не способен превысить несколько сотен герц. В этом плане КИМ существенно проигрывают лазерным сканером, который могут работать в диапазоне 10-500 к Гц.

Отдельно необходимо выделить ручные измерительные зонды, основным назначением которых является качественная оцифровка моделей из глины с последующем использованием их копий в компьютерной анимации.

Устройство «Лидар» – прекрасный пример оборудования, предназначенного для сканирования высотных зданий и объектов природы с целью создания их трехмерных моделей. Диапазон лазерного луча такого устройства довольно широк: зеркальный элемент в зонде перемещается по вертикали, а головка – вращается в горизонтальной плоскости. При грамотном использовании «Лидара» процедура измерения расстояния до первого объекта занимает минимальное количество времени.