Khác nhau giữa chụp ảnh 3D so với Scan 3D

Chụp ảnh so với quét 3D
Các mô hình 3D kỹ thuật số được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong nhiều ngành công nghiệp và có nhiều phương pháp tạo ra chúng từ một đối tượng thực tế. Hai phương pháp chính cho mô hình 3D kỹ thuật số là quét 3D và chụp ảnh. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về quy trình, ưu điểm và nhược điểm của từng công nghệ cũng như một số ứng dụng phổ biến cho loại mô hình 3D kỹ thuật số này.

Quét 3D
Quét 3D bao gồm một loạt các công nghệ . Để so sánh, chúng tôi đã chọn tập trung vào hai loại quét 3D phổ biến nhất và giống nhất với khả năng chụp ảnh: quét 3D bằng laser và quét 3D ánh sáng có cấu trúc.

Quét laser 3D
Quét laser 3D là công nghệ sử dụng tia laser để thực hiện các phép đo hình học của vật thể và tạo ra mô hình 3D kỹ thuật số từ dữ liệu thu được này. Điều này được thực hiện bằng cách di chuyển một điểm hoặc đường laser dọc theo mọi bề mặt của sản phẩm để ghi lại các phép đo từ nhiều góc chiếu, giúp chuyển đến hàng ngàn điểm dữ liệu trong một phần mềm máy tính chuyên dụng.

Có hai loại máy quét 3D laser và chúng khác nhau về cách chúng tính toán các phép đo lên một sản phẩm. Các tính toán có thể được thực hiện thông qua hai phương pháp khác nhau: tam giác và thời gian hồi tiếp.

Phép đo tam giác hoạt động bằng cách sử dụng lượng giác đơn giản. Tia laser trên máy quét được ghép với một máy ảnh, biến chúng thành hai đỉnh của một hình tam giác. Đỉnh thứ ba, hoàn thành tam giác, là điểm trên đối tượng đang được quét. Do khoảng cách giữa bộ phát laser và máy ảnh đã biết, cũng như góc của chúng so với nhau, nên khoảng cách đến điểm tiếp xúc trên vật thể được quét có thể được tính toán và ghi lại.

Đối với máy quét 3D laser hồi tiếp, một xung ánh sáng laser được phát ra tại đối tượng được quét. Khi ánh sáng tiếp xúc với vật thể và trở về cảm biến trên máy quét, máy quét sẽ tính toán vị trí của điểm dựa trên thời gian ánh sáng truyền từ bộ phát laser đến vật thể và phản xạ lại. Điều này có thể được thực hiện bởi vì tốc độ ánh sáng là một hằng số đã biết.

Khi các phép đo được ghi lại bằng máy quét 3D, một đám mây điểm của tất cả các phép đo được tạo. Mỗi một trong số hàng ngàn điểm dữ liệu riêng lẻ được kết nối với các điểm khác bằng các đường thẳng để hình tam giác được tạo thành, tạo ra một lưới đa giác sau đó có thể được sử dụng cho các mục đích thiết kế và mô hình 3D khác nhau.

Quét 3D ánh sáng có cấu trúc

Một cách khác để quét phần của bạn cho mô hình kỹ thuật số là quét 3D ánh sáng có cấu trúc. Phương pháp quét này sử dụng máy chiếu LCD và ít nhất hai camera để ánh xạ hình học của đối tượng. Máy chiếu chiếu các mẫu ánh sáng, thường là xen kẽ các sọc sáng và tối, trên bề mặt của đối tượng cần quét. Các camera của máy quét sau đó ghi lại hình dạng bằng cách đo vị trí và cách thức mô hình ánh sáng biến dạng xung quanh đối tượng và tạo các điểm dữ liệu phù hợp. Để chụp mọi góc của đối tượng, có thể xoay hoặc máy quét di chuyển xung quanh nó. Một lần quét khác được thực hiện với mỗi vòng quay và các điểm dữ liệu thu được được gửi đến máy tính. Các lần quét sẽ tự động căn chỉnh do các miếng dán theo dõi được đặt trên nó, đưa ra các điểm tham chiếu phần mềm để khớp với từng lần quét với nhau. Kết quả cuối cùng là một lưới đa giác giống như với quét 3D bằng laser.

Điều quan trọng cần lưu ý là có hai loại máy quét 3D ánh sáng có cấu trúc khác nhau: ánh sáng trắng và ánh sáng xanh .

Ưu và nhược điểm
Có một số lợi thế khi sử dụng quét 3D. Đáng chú ý nhất là độ chính xác cực cao và độ phân giải cao khiến nó đáng tin cậy cho file thiết kế ngược CAD trực tiếp từ tệp lưới của máy quét. Nó thực hiện khá tốt với các chi tiết nhỏ hơn yêu cầu độ chính xác cao. Vì máy quét 3D thường có một vùng nhìn nhỏ, nên tập trung nhiều hơn vào vùng nhìn thấy để có thể đạt được độ chính xác cao.

Ngoài ra, phần mềm quét 3D tạo các điểm dữ liệu trong thời gian thực để bạn có thể xem khu vực nào của đối tượng đã được quét, phần nào bị bỏ sót và phần nào cần được thực thi. Điều này giúp người quét hình dung dù họ không tham gia vào giai đoạn thiết kế và nhận ra rằng bạn cần nhiều dữ liệu quét hơn.

Đối với một số khu vực quét 3D thiếu , nhiễu ánh sáng có thể khiến công nghệ này tạo ra các bản quét không đầy đủ. Điều này là do cả máy quét 3D ánh sáng có cấu trúc và laser đều đọc một nguồn sáng để thu thập dữ liệu cần thiết. Nếu có quá nhiều ánh sáng xung quanh, dữ liệu thu được có thể bị méo hoặc nhiễu. Như vậy, quét 3D được sử dụng tốt nhất trong phòng có thể điều khiển ánh sáng. Mặc dù quét 3D có thể được sử dụng ngoài trời, nhưng nó có thể là một thách thức để có được kết quả khả quan do ánh sáng dư thừa.

Liên quan đến nhiễu ánh sáng, quét 3D có thể gặp sự cố với các bề mặt sáng bóng / phản chiếu, đen và trong suốt vì ánh sáng do máy quét phát ra có thể bị biến dạng khi tiếp xúc với các loại bề mặt này. Tuy nhiên, bạn luôn có thể phủ đối tượng của bạn bằng một loại sơn có thể tẩy được và ngăn không cho hỏng bề mặt là một vấn đề.

Cuối cùng, để quét 3D, một mình máy quét có thể tiêu tốn của bạn hàng chục ngàn đô la. Ngoài ra, để nâng cấp để theo kịp các tiến bộ công nghệ, bạn sẽ cần mua một máy quét mới thay vì chỉ phần mềm mới để tránh bị lỗi thời.

Chụp ảnh

Photorammetry là một phương pháp khác để ghi hình học của một đối tượng để tạo mô hình 3D. Trái ngược với quét 3D, công nghệ này sử dụng hình ảnh thay vì ánh sáng để thu thập dữ liệu. Ngoài việc yêu cầu máy ảnh bạn chọn, công nghệ này cần có máy tính và phần mềm chuyên dụng để tạo mô hình 3D.

Để tạo mô hình 3D thông qua photorammetry, nhiều ảnh được chụp cho đối tượng bạn muốn tạo mô hình. Những ảnh này được chụp từ các góc khác nhau để chụp từng phần hình học của đối tượng đó và phải chồng lên nhau một chút từ ảnh này sang ảnh khác, giống như các bản quét được chụp qua quét 3D ánh sáng có cấu trúc. Sự chồng chéo này là những gì cho phép phần mềm chỉnh sửa ảnh sau này căn chỉnh các bức ảnh.

Trung bình, cần 100 ảnh để có đủ dữ liệu cho một mô hình tốt. Điều này có thể tốn thời gian nếu bạn đang sử dụng một camera vì bạn phải xoay đối tượng hoặc di chuyển camera xung quanh nó để chụp một ảnh mỗi lần. Điều này trở nên dễ dàng hơn nếu bạn có sẵn thiết lập nhiều camera.

Khi tất cả các bức ảnh đã được chụp, chúng được nhập vào phần mềm để được căn chỉnh. Phần mềm thực hiện điều này bằng cách sử dụng xử lý hình ảnh để tìm các điểm tham chiếu trong kết cấu của các bức ảnh chồng lặp. Từ sự liên kết này của tất cả các bức ảnh, phần mềm sau đó có thể vẽ các điểm dữ liệu bằng cách sử dụng tam giác để tính khoảng cách và vị trí của từng tính năng trong không gian ba chiều. Điều này tạo thành một đám mây điểm để phần mềm có thể tạo lưới đa giác giống như quét 3D.

Ưu và nhược điểm
Ưu điểm chính của việc sử dụng photorammetry cho các mô hình 3D là khả năng tuyệt vời để tái tạo một đối tượng với đầy đủ màu sắc và kết cấu. Mặc dù một số máy quét 3D có thể thực hiện việc này, nhưng việc chụp ảnh sẽ phù hợp hơn vì các bức ảnh của nó tạo ra mô tả đúng đối tượng thực tế.

Ngoài ra, hầu hết mọi người đều có thể dễ dàng tiếp cận photorammetry vì thiết bị và phần mềm không đắt bằng quét 3D. Đối với hầu hết các đối tượng, bất kỳ máy ảnh kỹ thuật số sẽ hoạt động cho chụp ảnh, vì vậy bạn có nhiều lựa chọn hơn khi chọn thiết bị của mình. Công nghệ cũng không phải chịu chi phí nâng cấp cao như quét 3D. Để nâng cấp photorammetry, bạn thường chỉ cần đầu tư vào các bản cập nhật phần mềm mới.

Cùng với những ưu điểm này, chụp ảnh cũng có nhiều nhược điểm. Bởi vì kết cấu của đối tượng là thứ cho phép quang ảnh tạo ra các điểm tham chiếu, nên có thể khó khăn khi làm việc với các phần có bề mặt nhẵn, phẳng và / hoặc có màu đặc. Để khắc phục điều này, một số cố vấn trong ngành khuyên bạn nên thay đổi bề mặt của vật thể, chẳng hạn như thêm một loại bột vào bộ phận. Thật không may, điều này có thể nguy hiểm vì nhiều lý do, bao gồm mong muốn giữ cho bộ phận trong tình trạng ban đầu và kết quả là các phép đo sẽ bị loại bỏ theo cách này.

Ph photorammetry cũng có thể tỏ ra bất lợi nếu bạn không có thiết lập nhiều camera. Làm việc với một camera có thể tốn thời gian vì bạn phải xoay phần đó hoặc tự di chuyển camera xung quanh phần đó. Ngoài chuyển động thủ công này, bạn cũng phải đảm bảo không bỏ lỡ bất kỳ phần nào của đối tượng. Photorammetry không xây dựng mô hình theo thời gian thực như quét 3D, nghĩa là bạn phải chụp ảnh và nhập tất cả chúng trước khi bạn có thể biết nếu bạn bỏ lỡ một phần hoặc cần làm lại một khu vực. Điều này có thể dẫn đến mất thời gian vì bạn phải quay lại trang đối tượng hoặc thiết lập lại phần đó để chụp thêm ảnh.

Cuối cùng, điều quan trọng cần lưu ý là photorammetry có độ chính xác thấp hơn so với máy quét 3D. Điều này do bởi một số yếu tố, bao gồm độ phân giải ảnh, hiệu chỉnh máy ảnh, góc, tay nghề, v.v. Nói một cách đơn giản, nếu máy ảnh bạn chọn có độ phân giải thấp hoặc chưa được hiệu chỉnh chính xác, các phép đo của bạn sẽ không chính xác. Mặc dù máy quét 3D cũng cần có độ phân giải và hiệu chuẩn cao, hai yếu tố này được kiểm soát nhiều hơn đối với máy quét 3D vì có ít lựa chọn hơn cho thiết bị, do đó dữ liệu được thu thập sẽ chính xác hơn. Ngoài ra, tính năng chụp ảnh hoạt động tốt hơn khi một tính năng xuất hiện trong hơn hai ảnh và được chụp từ các góc khác nhau rất lớn với 90 độ là sự khác biệt ưa thích từ góc thứ nhất đến góc thứ hai, v.v.

Các ứng dụng
Khi quyết định xem quét 3D hay chụp ảnh đối xứng phù hợp hơn với dự án của bạn, yếu tố chính cần xem xét là kích thước khu vực bạn muốn mô hình hóa và mức độ chính xác bạn cần. Dưới đây là một số ví dụ để chỉ ra nơi một công nghệ hữu ích hơn công nghệ kia tùy thuộc vào hai yếu tố này.

Địa hình
Phong cảnh thường được hiển thị dưới dạng mô hình 3D vì nhiều lý do, bao gồm sử dụng làm bản đồ tương tác, khảo sát địa điểm đào khảo cổ học, và trò chơi điện tử và đồ họa phim. Bởi vì tính hiện thực quan trọng hơn độ chính xác cực cao trong địa hình, nên việc chụp ảnh thường được sử dụng cho mục đích này. Mặc dù máy quét 3D có khả năng thực hiện nhiệm vụ tương tự, nhưng chúng dễ bị nhiễu ánh sáng hơn, đặc biệt là ánh sáng mặt trời khắc nghiệt và có tầm nhìn nhỏ hơn nhiều so với chụp ảnh. Mặc dù bạn có thể phải làm việc xung quanh thời tiết và tránh bóng tối sắc nét với chụp ảnh, nó vượt xa khả năng quét 3D để tái tạo môi trường dưới dạng mô hình 3D.

Thiết kế ngược
Khi thiết kế mô hình, độ chính xác quan trọng nhất. Điều này đặc biệt đúng nếu bạn đang thiết kế ngược một cụm lắp ghép và cần lắp vào chính xác với cái đã có. Đối với cấp độ chính xác cao này, bạn sẽ cần quét 3D. Với kỹ thuật chụp ảnh, ngay cả những điểm không chính xác nhỏ cũng có thể dẫn đến những sai lầm lớn hoặc các phép đo sai lệch tổng thể trong một thiết kế, chẳng hạn như với thiết kế kiến ​​trúc.

Kiểm tra một sản phẩm
Tốt nhất là sử dụng quét 3D để kiểm tra sản phẩm vì các lý do tương tự như thiết kế ngược. Để đảm bảo các bộ phận của bạn đáp ứng các tiêu chuẩn ban đầu, độ chính xác cao là rất quan trọng. Nếu một công nghệ có độ chính xác thấp hơn, chẳng hạn như quang ảnh, được sử dụng, các phép đo của bạn có thể cho bạn kết quả không đáng tin cậy.