В конце статьи будет запись с нашего вебинара, который еще подробнее погрузит вас в физику, которая стоит за данным типом сканирования.
Принцип сканирования структурированным светом
Чтобы понять принцип работы технологии, нам нужно будет вспомнить азы анатомии и основы оптики из школьных уроков физики.
Как работает зрение? Если по-простому, то свет, отражаясь от поверхности или предметов, попадает на сетчатку глаза. Полученная информация через зрительный нерв идет в наш мозг, где анализируется и интерпретируется для выстраивания картины мира.
Без сложной структуры глазного яблока, нашего «сенсорного блока», обработка сигнала (в данном случае световых волн) была бы невозможна. В получении и обработки информации, сенсорный блок и распределение сигнала являются важными составляющими.
Технологии 3D-сканирования используют схожие принципы. Однако 3D-сканерам не нужен внешний свет – у них есть собственный источник излучения: им может быть как светодиод, так и лазер. В обоих случаях может использоваться излучение как видимой, так и инфракрасной части спектра (невидимой для человеческого глаза).
Основная идея структурированного подсвета заключается в том, что источник проецирует на объект полосы, сетку или специальный рисунок, а в качестве «сенсорного блока» используется камера, которая фиксирует искажения сетки на поверхности объекта. Анализ данных искажений позволяет оценить форму объекта.
Самый простой 3D-сканер может состоять из одного проектора и одной камеры. Однако диапазон применений подобного сканера будет ограничен, поэтому, как правило, в устройствах используется несколько камер.
3D-сканирование основано на законах оптики, поэтому при оцифровке отражающих или прозрачных поверхностей могут возникать трудности. Такие поверхности создают большое количество бликов, многократно преломляя и переотражая сетку. Это приводит к ошибкам детектирования сетки и появлению артефактов на скане. Также возможно отражение света в сторону или прохождение его через объект насквозь — в этом случае, камера не фиксирует эти лучи и объект становится невидимым для сканера. Это так же отчасти справедливо для очень тёмных поверхностей, которые поглощают свет почти полностью и делают сетку неразличимой для камеры. Эти проблемы можно решить нанесением на проблемный объект матирующего спрея.Как работает технология структурированного подсвета в 3D-сканерах Calibry?
3D-сканер Calibry работает на технологии структурированного подсвета. Устройство состоит из геометрической и текстурной камер, проектора световой сетки и текстурной вспышки. В сканерах Calibry используется проектор с белым светодиодом, а в Calibry Mini — с синим. Проектор выпускает световые лучи в виде сетки, которая деформируется объектом сканирования. Эти деформации фиксируются геометрической камерой. Анализ этих деформаций позволяет создать трёхмерное облако точек, которое, при необходимости, можно преобразовать в полигональную поверхность.
Информация 3D-сканерами «считывается» покадрово. Один кадр содержит небольшой набор точек объекта с одного ракурса. Поэтому важно просканировать объект с разных углов. Чем больше кадров в скане, тем плотнее будет облако точек, но тем больше будет и вес файла.
Кадр за кадром, облако точек обретает форму отсканированного объекта.
Объединение отдельных кадров в единое облако точек отлично работает на поверхностях с богатой геометрией (геометрический трекинг). В случае однообразных поверхностей в качестве ориентиров для сшивания кадров могут использоваться хаотично расположенные маркеры или контрастные цветовые переходы (маркерный или текстурный трекинг). Для этих целей также используется текстурная камера. В дальнейшем, кадры, полученные с текстурной камеры могут быть использованы и для текстурирования модели.Примеры использования 3D-сканеров
Сканеры со структурированным подсветом нашли применение во многих областях. Например, подобные устройства успешно применяются в таких областях медицины как протезирование и ортопедия. В частности, 3D-сканер Calibry помог немецким ортопедам оптимизировать работу в лечении детей-пациентов, а французская некоммерческая организация использовала наш 3D-сканер для создания доступных ручных протезов для детей.
3D-сканеры со структурированным подсветом отлично показали себя в реверс-инжиниринге. Знаменитое швейцарское тюнинг-ателье dAHLer использовало в работе Calibry для тюнинга BMW.
Также популярной сферой применения сканеров является аэродинамический анализ. Итальянская Олимпийская сборная прибегла к помощи 3D-сканера Calibry, чтобы проанализировать положение велогонщиков и сделать для них кастомные велосипеды. Данная инновация помогла сборной завоевать золотую медаль на Олимпийских Играх и побить мировой рекорд.
Помимо этого, 3D-сканеры используются для сохранения культурного наследия (реставрация памятников, археологические раскопки), при съемках рекламы и в производстве телешоу. Подробнее с примерами применения 3D-сканеров Calibry можно ознакомиться в нашем разделе с кейсами.