Skanowanie 3d – sposób na przeniesienie obiektu do wirtualnej rzeczywistości

Urządzenia do skanowania przestrzennego dają nam możliwość uzyskania cyfrowego modelu już istniejącego elementu. Skaner przestrzenny analizuje powierzchnię obiektu i na jej podstawie tworzy trójwymiarową reprezentację cyfrową.

Rodzaje skanerów 3D

Ze względu na metodę pomiaru wyróżnia się dwie podstawowe grupy skanerów: skanery bezstykowe oraz skanery stykowe – mówi Mateusz Stefańczuk z drukarni 3D Trójwymiarowi.pl.

Pierwsza grupa urządzeń skanujących to skanery, które do swojego działania wykorzystują pomiar geometrii bez bezpośredniego kontaktu głowicy z powierzchnią skanowanego obiektu. Przykładami takich urządzeń są skanery laserowe, ale też skanery wykorzystujące inne techniki wizyjne, jak światło strukturalne.

Druga grupa to skanery stykowe. W odróżnieniu od wyżej opisanych skanerów, te dokonują pomiaru elementów poprzez bezpośredni kontakt głowicy pomiarowej z badanym elementem, która przemieszcza się po jego powierzchni dokładnie analizując każdy fragment obiektu. Do tej grupy urządzeń należą między innymi ramiona pomiarowe, współrzędnościowe maszyny pomiarowe wyposażone w głowice skaningowe, a także przezbrojone obrabiarki CNC, które posiadają specjalne głowice pomiarowe oraz oprogramowanie.

Metody bezstykowe

W grupie tej można wyróżnić dwa rodzaje skanerów: laserowe oraz prążkowe. W obu przypadkach wykorzystuje się efekt zniekształcenia linii w postaci promienia światła oświetlającego powierzchnię przedmiotu. W przypadku skanera laserowego wykorzystuje się pojedynczy prążek lasera, a w przypadku skanera prążkowego zestaw linii światła białego lub niebieskiego generowanego przez rzutnik.

Podczas skanowania badany element oświetlany jest rastrem o znanych parametrach (zestaw linii o znanej gęstości). Proste linie zniekształcają się w zależności od wielkości zmian powierzchni badanego przedmiotu. Obraz oświetlonego obiektu przechwytywany jest przez kamerę i analizowany w komputerze. Sposób ustawienia lasera lub rzutnika względem monitorującej kamery jest ściśle określony i ustala się go podczas kalibracji głowicy pomiarowej.

Pomiędzy punktami określonymi przez źródło światła, kamerę i powierzchnię mierzonego przedmiotu powstaje trójkąt, który pozwala określił położenie punktów na powierzchni obiektu. Pomiar ten pozwala utworzyć tak zwaną chmurę punktów, która za pomocą specjalnego oprogramowania komputerowego jest reprezentowana w postaci siatki. Powstaje ona poprzez połączenie sąsiadujących punktów, co pozwala wyznaczyć brzegi ścianek. W ten sposób tworzy się siatka trójkątów, której kształt jest komputerowym odwzorowaniem skanowanego obiektu.

Zastosowanie

Inżynieria rewersyjna – (inżynieria odwrotna) to bardzo dokładna i szybka metoda budowania nowych obiektów z już istniejących modeli. Starsze modele mogły być przygotowane bez danych w komputerowym systemie CAD, więc bardzo trudno je odtworzyć. Skanowanie trójwymiarowe znacznie przyśpiesza cały proces projektowania.

• Design opakowania – podczas projektowania opakowań umożliwia wykorzystanie powierzchni i tekstu osiągniętych w procesie skanowania danych próbek.
• Ergonomia produktu – w celu opracowania ostatecznego projektu produktu umożliwia wykorzystanie informacji pozyskanych w procesie skanowania ręcznie wykonanych modeli i makiet.
• Cyfrowa archiwizacja – daje możliwość przechowywania narzędzi, danych i prototypów w wersji cyfrowej.
• Cyfrowe media, gry i animacje – idealne narzędzie do tworzenia cyfrowych postaci i elementów gier komputerowych, animacji i filmów według założeń i modelu projektanta.
• Dziedzictwo kulturowe – umożliwia bardzo dokładne skanowanie dzieł sztuki w celu ich archiwizacji i rekonstrukcji.
• Służba zdrowia – umożliwia tworzenie całych organów i struktur kostnych z bardzo dużą dokładnością.
• Inżynieria ortopedyczna – podczas projektowania pomocy ortopedycznych dane otrzymane w wyniku skanowania 3D dostarczają konstruktorom informacji, które pozwolą dostosować produkowany element do indywidualnych potrzeb poszczególnych klientów.

Podsumowanie

Skanowanie 3d nie jest jedynie powiązane z drukiem 3D. Jak można zauważyć na podstawie powyższych przykładów, technologia ta znajduje zastosowanie w wielu branżach. Często jest swoistą drogą na skróty umożliwiającą skrócenie czasu poświęconego na standardowe modelowanie 3d.