В общем и целом, 3D сканирование может быть двух видов – контактное и бесконтактное. В контактном сканировании используются разные модификации щупов, которые передвигаются по поверхности объекта и фиксируют его геометрию, такие сканеры могут давать высокую точность измерений, однако, имеют существенные ограничения по размерам сканируемых объектов и могут повреждать поверхность, если она хрупкая. Соответственно, бесконтактное 3D сканирование работает с объектом без механического воздействия на поверхность.
Одним из вариантов является 3D сканер с LED-подсветкой, который использует для идентификации объекта сканирования полосы, а сами модели строятся либо на основе проекций, либо с помощью создания лазерных помех. Метод проекций использует два лазерных плоских луча, с помощью которых создаются две равноудаленные линии, такой вариант позволяет создавать 3D объекты с высокой глубиной резкости, при этом качество изображения не будет зависеть от расстояния, на котором находится объект.
Наиболее распространенным и доступным аппаратным решением является 3D сканер, работающий на основе обычного проектора, накладывающего на объект проекцию черных и белых полос, которые искажаются при движении сканера вокруг объекта и фиксируются одной или двумя камерами, а полученные точки при смещении становятся основой для будущего 3D образа объекта. Преимуществами данного варианта является простота сборки установки даже в домашних условиях с использованием фотоаппарата и проектора, быстрота сканирования и достаточно высокая точность, в том числе и по сравнению с лазерным сканированием.
Проекционные системы 3D сканирования непрерывно эволюционируют, например, во всем мире набирают популярность так называемые Shapify Booth, созданные специально для сканирования человека в полный рост. Устройство оснащено широкоформатными сканерами, вращающимися вокруг человека и снимающими его со всех сторон в высоком разрешении. Получаемая в итоге 3D модель детально воспроизводит внешний вид человека: от позы, в которой он был снят, до складок на одежде. При этом важно частью сервиса является автоматизация и скорость всего процесса от сканирования до обработки полученных данных в нужный формат для 3D печати и передачи готовой 3D модели в соответствующий сервис.
Лазерное 3D сканирование является одним из относительно новых направлений высокоточных измерений, в его основе лежит принцип измерений расстояния от источника лазерного пучка до объекта сканирования. Пучок лучей отражается от поверхности и поступает обратно в 3D сканер, на основе времени возврата сигнала определяется расстояние от излучателя до каждой точки поверхности сканирования. На основе полученных данных формируются трехмерные координаты объекта относительно излучателя сканера, так называемое «облако точек», которое с заданной точностью описывает объект и является основой для его будущей 3D модели.
Важным преимуществом лазерного 3D сканирования является скорость, с которой производится формирование облаков точек, и для объектов со сложной геометрией такой способ измерения является часто единственно возможным. Однако, сам процесс обработки полученных данных (облаков точек) и создание 3D моделей для производственных целей является весьма трудоемким и затратным, зависит от «разрешения» при сканировании.
3D сканирование активно используется во многих областях:
В инженерном анализе сканирование дает возможность изучать физические данные объекта, моделировать различные сценарии и поведение материалов и геометрии при определенных нагрузках, уменьшая тем самым количество брака при изготовлении.
3D сканирование позволяет «копировать» созданные ручным способом изделия и производить их в промышленных масштабах из разных материалов, а в некоторых областях оно позволяет полностью отойти от производства объектов на основании чертежей и рисунков, заменяя их 3D моделями.
Важную роль технологии сканирования играют в деле реставрации и воссоздания архитектурных объектов с высокой точностью, чего нельзя было бы сделать другими способами измерений.
В медицине появилась возможность создавать протезы и элементы скелета индивидуально для каждого случая, учитывая индивидуальные особенности строения тела пациента. Кроме этого, есть возможность изготавливать макеты органов и костей для проведения исследований и планирования операций, что существенно повышает эффективность медицины.
3D сканирование широко используется в киноиндустрии и сфере компьютерных игр, в которые с высокой точностью переносятся не только отдельные объекты, но и целые города и ландшафты. По всему миру набирает популярность создания 3D фигурок людей, домашних животных, автомобилей, которые с помощью сканирования и 3D печати становятся интересной и «живой» альтернативой фотографии.
