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        ?3D Scanner(一)?

        • 來源:光虎



        三維掃描儀(3D scanner)是一種科學儀器,用來偵測并分析現實世界中物體或環境的形狀(幾何構造)與外觀數據(如顏色、表面反照率等性質)。搜集到的數據常被用來進行三維重建計算,在虛擬世界中創建實際物體的數字模型。這些模型具有相當廣泛的用途,舉凡工業設計、瑕疵檢測、逆向工程、機器人導引、地貌測量、醫學信息、生物信息、刑事鑒定、數字文物典藏、電影制片、游戲創作素材等等都可見其應用。三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術,各種不同的重建技術都有其優缺點,成本與售價也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術,儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學技術不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面,而激光技術不適用于脆弱或易變質的表面。




        功能

         

        三維掃描儀的用途是創建物體幾何表面的點云(point cloud),這些點可用來插補成物體的表面形狀,越密集的點云可以創建更精確的模型(這個過程稱做三維重建)。若掃描儀能夠獲取表面顏色,則可進一步在重建的表面上粘貼材質貼圖,亦即所謂的材質印射(texture mapping)。


        三維掃描儀可類比為照相機,它們的視線范圍都呈現圓錐狀,信息的搜集皆限定在一定的范圍內。兩者不同之處在于相機所抓取的是顏色信息,而三維掃描儀測量的是距離。由于測得的結果含有深度信息,因此常以深度視頻(depth image)或距離視頻(ranged image)稱之。


        由于三維掃描儀的掃描范圍有限,因此常需要變換掃描儀與物體的相對位置或將物體放置于電動轉盤(turnable table)上,經過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個片面模型集成的技術稱做視頻配準(image registration)或對齊(alignment),其中涉及多種三維比對(3D-matching)方法。


        相關概念

        點云

        逆向工程中通過測量儀器得到的產品外觀表面的點數據集合也稱之為點云,通常使用三維坐標測量機所得到的點數量比較少,點與點的間距也比較大,叫稀疏點云;而使用三維激光掃描儀或照相式掃描儀得到的點云,點數量比較大并且比較密集,叫密集點云。



        點云概念


        點云是目標表面特性的海量點集合。


        根據激光測量原理得到的點云,包括三維坐標(XYZ)和激光反射強度(Intensity)。


        根據攝影測量原理得到的點云,包括三維坐標(XYZ)和顏色信息(RGB)。


        結合激光測量和攝影測量原理得到點云,包括三維坐標(XYZ)、激光反射強度(Intensity)和顏色信息(RGB)。


        在獲取物體表面每個采樣點的空間坐標后,得到的是一個點的集合,稱之為“點云”(Point Cloud)。


        點云的格式:*.pts; *.asc ; *.dat; *.stl; *.imw; *.xyz; *.ply; *.pcd


        結構光

        結構光是一組由投影儀和攝像頭組成的系統結構。用投影儀投射特定的光信息到物體表面后及背景后,由攝像頭采集。根據物體造成的光信號的變化來計算物體的位置和深度等信息,進而復原整個三維空間。



        技術方式

         

        三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種,后者又可分為主動掃描(active)與被動掃描(passive),這些分類下又細分出眾多不同的技術方法。使用可見光視頻達成重建的方法,又稱做基于機器視覺(vision-based)的方式,是今日機器視覺研究主流之一。


        應用

        逆向工程

        逆向工程,是一種技術過程,即對一項目標產品進行逆向分析及研究,從而演繹并得出該產品的處理流程、組織結構、功能性能規格等設計要素,以制作出功能相近,但又不完全一樣的產品。逆向工程源于商業及軍事領域中的硬件分析。其主要目的是,在不能輕易獲得必要的生產信息情況下,直接從成品的分析,推導出產品的設計原理。 逆向工程可能會被誤認為是對知識產權的嚴重侵害,但是在實際應用上,反而可能會保護知識產權所有者。例如在集成電路領域,如果懷疑某公司侵犯知識產權,可以用逆向工程技術來查找證據。




        文化資產

        透過3D掃描可將各種對象進行記錄,小至各種文物、藝術品,大至歷史建筑、街區建筑甚至整體都市環境,都可以透過掃描數字化,作為文化資產之應用,可分為以下幾種用途:


        * 記錄樣貌


        * 未來修復之依據


        * 實體復制




        【來源:網絡】


        http://www.realdoll-shop24.com   光虎光電科技(天津)有限公司

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