Các loại công nghệ quét scan 3D

Quét 3D là gì?
Quét 3D là quá trình chuyển đổi một đối tượng thực thành mô hình 3D. Kỹ thuật này nắm bắt thông tin như hình dạng, kết cấu, màu sắc và các chi tiết khác của đối tượng được quét. Máy quét 3D thu thập thông tin về đối tượng được quét cũng như môi trường (ví dụ: phòng) nơi đối tượng có mặt. Bên cạnh các đối tượng, con người cũng có thể được quét 3D.

Máy quét 3D về cơ bản tạo ra bản sao kỹ thuật số của một đối tượng trong thế giới thực. Bản sao kỹ thuật số hoặc tệp 3D này sau đó có thể được chỉnh sửa và in 3D theo yêu cầu của người dùng. Các tệp quét 3D thường tương thích với phần mềm CAD và phần mềm máy in 3D. Đôi khi, một số điều chỉnh nhất định có thể cần thiết trong phần mềm CAD để làm cho tệp quét 3D tương thích.

Một lần quét là không đủ để tạo lại một mô hình hoàn chỉnh của đối tượng được quét. Thông thường, hàng trăm lần quét là cần thiết để nắm bắt tất cả thông tin từ các khía cạnh và góc độ khác nhau. Tất cả các lần quét này sau đó phải được tích hợp thông qua một hệ thống tham chiếu chung được gọi là căn chỉnh. Cuối cùng, các lần quét riêng lẻ được hợp nhất để tạo lại mô hình cuối cùng. Toàn bộ quá trình tập hợp các lần quét riêng lẻ và hợp nhất chúng được gọi là đường ống quét 3D.

Ý nghĩa của quét 3D
Quét 3d

Quét 3D là một công nghệ quan trọng không chỉ để tạo lại các đối tượng hoặc thiết kế mô hình để in 3D mà còn cho nhiều ứng dụng khác. Quét 3D có thể bảo tồn nghệ thuật cổ xưa và bảo vệ nó khỏi bị hư hại do chiến tranh. Nó cũng có thể có giá trị to lớn trong các lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe nơi hộp sọ bị nứt có thể được tạo lại bằng mô hình quét 3D hoặc chân giả có thể được tùy chỉnh.

Ngay cả phim hoạt hình và hiệu ứng đặc biệt cũng được tạo bằng quét 3D. Các ngành công nghiệp ô tô và hàng không sử dụng quét 3D để tạo ra các mô hình và thiết kế. Quét 3D mang đến gần hơn thế giới thực và thế giới kỹ thuật số và làm giảm ranh giới giữa hai bên.

Bất động sản và du lịch là các lĩnh vực ứng dụng thú vị khác để quét 3D. Các tòa nhà có thể được quét và hiển thị cho khách hàng từ xa như một phần của chuyến tham quan ảo. Một khu vực du lịch cũng có thể được quét và tạo lại dưới dạng thực tế ảo.

Công nghệ quét 3D khác nhau có sẵn ngày hôm nay. Mỗi công nghệ có ưu điểm và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào loại đối tượng (hoặc người) được quét và loại môi trường mà đối tượng được đặt, công nghệ quét 3D thích hợp được sử dụng.

Các loại công nghệ quét 3D
Có 4 loại công nghệ phổ biến trong quét 3D. Hai cái đầu tiên là phổ biến nhất, trong khi kỹ thuật thứ ba và thứ tư được sử dụng trong các trường hợp cụ thể.

1. Chụp ảnh
Công nghệ này khá đơn giản. Nó liên quan đến việc ghép các bức ảnh của một đối tượng được chụp từ các góc khác nhau. Các bức ảnh được chụp bằng máy ảnh hoặc thậm chí điện thoại thông minh của bạn, trong khi việc ghép các bức ảnh đó được thực hiện bằng phần mềm đặc biệt. Phần mềm xác định các pixel tương ứng với cùng một điểm vật lý và mang các hình ảnh lại với nhau.

Các thông số như độ dài tiêu cự của ống kính và độ méo của nó cần được người dùng đưa vào phần mềm để tạo ra một mô hình chính xác. Photorammetry đơn giản đến mức bạn có thể nhấc điện thoại của mình ngay bây giờ và bắt đầu chụp ảnh. Sau đó, bạn có thể đưa những hình ảnh đó vào các ứng dụng như Trimensional và Trnio để có được mô hình 3D kỹ thuật số .

Ưu điểm lớn của việc sử dụng photorammetry là mức độ chính xác của nó và tốc độ thu được dữ liệu của một đối tượng. Nhược điểm của kỹ thuật này là thời gian cần thiết để chạy dữ liệu hình ảnh thông qua phần mềm và độ nhạy của kết quả cuối cùng đối với độ phân giải của ảnh. Bạn cần phải có một máy ảnh tốt với độ phân giải cao và DPI để có được kết quả cuối cùng tốt.

2. Quét dựa trên ánh sáng
Phương pháp này chiếu ánh sáng vào một đối tượng trong thế giới thực và sau đó đo các số liệu nhất định để tạo lại đối tượng ở dạng kỹ thuật số. Có hai loại công nghệ quét ánh sáng có thể được sử dụng để quét 3D.

Phương pháp quét dựa trên ánh sáng đầu tiên liên quan đến các mẫu chiếu lên đối tượng. Bề mặt khác nhau của đối tượng làm biến dạng mô hình được chiếu trên nó. Máy quét ánh sáng chiếu mô hình đo các biến dạng này và tạo lại mô hình 3D tương ứng.

Phương pháp quét dựa trên ánh sáng thứ hai liên quan đến việc chiếu tia laser lên đối tượng. Tia laser bị lệch bởi các góc khác nhau ở những nơi khác nhau tùy thuộc vào bề mặt của đối tượng. Máy quét ánh sáng đo các góc lệch này và chuyển đổi chúng thành tọa độ của mô hình 3D. Cuối cùng, một lưới 3D của đối tượng được tạo ra.

Công nghệ quét laser là phương pháp quét dựa trên ánh sáng được sử dụng phổ biến hơn trong quét 3D. Giờ đây nó đã trở nên dễ sử dụng công nghệ quét laser đến mức bạn có thể chỉ cần gắn máy quét trên iPad hoặc điện thoại thông minh và bắt đầu quét phòng khách hoặc bất kỳ đối tượng nào.

3. Quét tiếp xúc
Phương pháp quét này liên quan đến sự tiếp xúc vật lý của đầu dò lên bề mặt của vật thể được quét. Đầu tiên, vật được giữ chắc chắn để nó không di chuyển. Sau đó, đầu dò cảm ứng được di chuyển khắp đối tượng để thu thập các chi tiết của đối tượng và tất cả thông tin 3D cần thiết để tạo một tệp kỹ thuật số.

Đủ các điểm trên bề mặt cần được lấy mẫu để tạo ra một mô hình chính xác. Đôi khi, một cánh tay khớp nối được sử dụng để điều khiển đầu dò chạm và chụp nhiều góc / cấu hình với độ chính xác cao.

Vì quét tiếp xúc liên quan đến tiếp xúc vật lý với bề mặt của đối tượng được quét, thậm chí các bề mặt trong suốt và phản chiếu có thể được quét chính xác bằng phương pháp này. Đây là lợi ích chính của kỹ thuật này so với các công nghệ quét khác, như đã chỉ ra ở trên, không có khả năng quét các bề mặt như vậy.

Nhược điểm với quét 3D tiếp xúc là tốc độ chậm. Chạy đầu dò cảm ứng thông qua tất cả các phần của một đối tượng để thu thập tất cả thông tin 3D cần có thời gian.

Quét 3D tiếp xúc được sử dụng thú vị để thực hiện kiểm soát chất lượng trong chế tạo công nghiệp. Các bộ phận mới được chế tạo có thể được kiểm tra xem có biến dạng hoặc hư hỏng nào không bằng cách sử dụng quét tiếp xúc.

4. Quét xung Laser
Kỹ thuật này tương tự như SONAR, mà bạn có thể đã nghe nói đến. Một máy quét ánh sáng chiếu một chùm tia laser lên bề mặt của vật thể được quét. Sau đó, tia laser phản xạ và trở lại cảm biến. Thời gian giữa phép chiếu và phản xạ được đo và diễn giải dưới dạng thông tin hình học.

Về cơ bản, khoảng cách giữa máy quét và vật thể được tìm thấy vì tốc độ ánh sáng (laser) là biến được biết đến ở đây. Mức độ chính xác của phương pháp này khá cao vì hàng triệu xung laser được chiếu và nhận trong một khoảng thời gian ngắn. Một chiếc gương, thường được trang bị trên máy quét laser, cho phép các chùm tia laser thay đổi hướng để che tất cả các điểm trên bề mặt của vật thể.

Một  loại của máy quét xung laser 3D là máy quét laser dịch pha. Nó có khả năng điều chỉnh công suất của các chùm tia laser chiếu vào vật thể. Điều chế cho kết quả ở mức hiệu suất cao hơn so với máy quét xung laser tinh khiết.

Tình huống lý tưởng nhất để sử dụng máy quét xung laser là khi một vật thể lớn cần được quét hoặc khi môi trường mà vật thể hiện diện rộng rãi. Nhược điểm với máy quét laser xung là quá trình quét khá chậm do hàng triệu chùm tia laser cần phải chạm tới hàng triệu điểm trên bề mặt vật thể.

Một số kinh nghiệm khi quét 3D
Tránh các bề mặt trong suốt và phản chiếu
Các bề mặt trong suốt tạo ra các vấn đề đặc biệt là nếu các phương pháp quét ảnh hoặc ánh sáng dựa trên ánh sáng đang được sử dụng. Vì chụp ảnh liên quan đến việc chụp ảnh đối tượng, một bề mặt trong suốt sẽ khiến máy ảnh chụp được những gì có thể nhìn thấy phía sau kính hoặc bề mặt trong suốt. Bề mặt của đối tượng sau đó bị hiểu sai bởi phần mềm xử lý. Nếu bạn đang quét một người đeo kính mắt, thì có thể nên yêu cầu họ tháo kính ra.

Máy quét ánh sáng cũng bị ảnh hưởng bởi các bề mặt phản chiếu. Các bề mặt mờ và phản chiếu không phản xạ tia laser giống như bề mặt thông thường. Ánh sáng và các góc lệch cần được chụp bởi máy quét chỉ đơn giản là không được ghi lại vì ánh sáng không quay trở lại. Về cơ bản, không có dữ liệu nào được ghi lại. Quét 3D hoạt động tốt nhất trên các bề mặt không phản chiếu mờ.

Nên sử dụng kỹ thuật quét tiếp xúc 3D cho các bề mặt trong suốt và phản chiếu.

Chất lượng ánh sáng
Chất lượng ánh sáng là một yếu tố quan trọng trong quét 3D. Quá ít ánh sáng sẽ dẫn đến bóng và hình ảnh kém chất lượng nếu sử dụng phương pháp quét ảnh. Ánh sáng quá chói sẽ dẫn đến nhiễu quá mức cho phần mềm xử lý dữ liệu laser của quét dựa trên ánh sáng. Vì vậy, ở cực cuối của phổ ánh sáng là không mong muốn.

Người ta cần thử và sử dụng ánh sáng tự nhiên càng nhiều càng tốt khi quét 3D. Một ngày nhiều mây với độ xuyên sáng trên trung bình một chút là hoàn hảo khi sử dụng chức năng chụp ảnh hoặc quét ánh sáng. Thời tiết nhiều mây phát ra ánh sáng trong khi giảm tiếng ồn dư thừa và thiết lập các điều kiện lý tưởng cho phiên quét.

Tránh bóng tối của chính bạn!
Bạn có thể đã thiết lập ánh sáng hoàn hảo và máy ảnh của bạn đã sẵn sàng để chụp ảnh. Bạn có thể đặt đối tượng được quét trên một nền tảng xoay hoặc bạn có thể đi bộ xung quanh đối tượng và chụp tất cả các góc. Dù bạn chọn tùy chọn nào, hãy đảm bảo rằng bóng của bạn không rơi vào đối tượng được quét.

Sử dụng chuyển động giống như sóng với quét laser
Nếu sử dụng máy quét laser cầm tay, thì sẽ giúp di chuyển máy quét theo chuyển động lên xuống giống như sóng. Bằng cách di chuyển máy quét lên và xuống, bạn thay đổi quang phổ ánh sáng và sự phản xạ tiếp theo. Nắm bắt phổ phản xạ rộng hơn cung cấp cho bạn dữ liệu chất lượng tốt hơn với mức độ chi tiết cao hơn.

Bạn cần di chuyển máy quét từ từ và đều đặn để có kết quả tốt nhất.