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没模型哪来3D打印 3D扫描仪不完全盘点

时间:2014-01-13 00:00    来源: 中关村在线     作者: 宋达希

    【中关村在线办公打印频道原创】随着3D打印机越来越便宜,3D打印离我们的生活也越来越近。桌面产品不到万元,价格不再变得难以承受。但是说起3D打印,很多人会有疑问,我打印什么东西?传统打印机我可以打印文档、照片、图片,用3D打印机能打印什么?这就涉及到3D数字模型了。像AutoCAD、Maya之类的3D建模软件不是一天两天能熟练掌握的,3D打印的数据源从何而来呢?这就是3D扫描仪的作用,它把物体转化成3D数字模型,剩下的活交给3D打印机来完成。我们先了解一些3D扫描的原理。

没模型哪来3D打印 3D扫描仪不完全盘点

●从盲人摸象到察言观色 接触式与非接触式3D扫描 

     3D扫描仪分类为接触式(contact)与非接触式(non-contact)两种,后者又可分为主动扫描(active)与被动扫描(passive),这些分类下又细分出众多不同的技术方法。

接触式3D扫描

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图源baike.baidu.com

    接触式3D扫描让笔者想起盲人摸象的故事。接触式3D扫描仪通过实际触碰物体表面的方式计算深度,如座标测量机(CMM,Coordinate Measuring Machine)即典型的接触式3D扫描仪。此方法相当精确,常被用于工程制造产业,然而因其在扫描过程中必须接触物体,待测物有遭到探针破坏损毁之可能,因此不适用于高价值对象如古文物、遗迹等的重建作业。此外,相较于其他方法接触式扫描需要较长的时间,现今最快的座标测量机每秒能完成数百次测量,而光学技术如激光3D扫描仪运作频率则高达每秒一万至五百万次。

非接触主动式扫描

    主动式扫描是指将额外的能量投射至物体,借由能量的反射来计算三维空间信息。常见的投射能量有一般的可见光、高能光束、超音波与 X 射线。

时差测距(Time-of-Flight)

    时差测距(time-of-flight,又称“飞时测距”)的3D激光扫描仪是一种主动式(active)的扫描仪,其使用激光光探测目标物。激光测距仪确定仪器到目标物表面距离的方式,是测定仪器所发出的激光脉冲往返一趟的时间换算而得。即仪器发射一个激光光脉冲,激光光打到物体表面后反射,再由仪器内的探测器接收信号,并记录时间。由光速和时间,算出被测体的一点到仪器的距离。

三角测距(Triangulation)

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三角测距原理

    三角测距3D激光扫描仪,也是属于以激光去侦测环境的主动式扫描仪。相对于飞时测距法,三角测距法3D激光扫描仪发射一道激光到待测物上,并利用摄影机查找待测物上的激光光点。随着待测物(距离三角测距3D激光扫描仪)距离的不同,激光光点在摄影机画面中的位置亦有所不同。这项技术之所以被称为三角型测距法,是因为激光光点、摄影机,与光源本身构成一个三角形。在这个三角形中,光源与摄影机的距离、及激光在三角形中的角度,是我们已知的条件。通过摄影机画面中激光光点的位置,可以决定出摄影机位于三角形中的角度。这三项条件可以决定出一个三角形,并可计算出待测物的距离。在很多案例中,人们以一线形激光条纹取代单一激光光点,将激光条纹对待测物作扫描,大幅加速了整个测量的进程。

手持激光(Handhold Laser)

    手持激光扫描仪通过上述的三角形测距法建构出3D图形:通过手持式设备,对待测物发射出激光光点或线性激光。以两个或两个以上的探测器(通常是摄像头)测量待测物的表面到手持激光产品的距离。扫描仪获得的数据,会被导入电脑中,并由软件转换成3D模型。手持式激光扫描仪,通常还会综合被动式扫描(可见光)获得的数据(如待测物的结构、色彩分布),建构出更完整的待测物3D模型。

非接触被动式扫描

    被动式扫描仪本身并不发射任何辐射线(如激光),而是以测量由待测物表面反射周遭辐射线的方法,达到预期的效果。由于环境中的可见光辐射,是相当容易取得并利用的,大部分这类型的扫描仪以侦测环境的可见光为主。但相对于可见光的其他辐射线,如红外线,也是能被应用于这项用途的。因为大部分情况下,被动式扫描法并不需要规格太特殊的硬件支持,这类被动式产品往往相当便宜。

PrimeSense技术

    PrimeSense技术用光源照明给需要测量的空间编码。光照在空间物体上形成光斑,这些光斑具有高度的随机性,而且会随着距离的不同变换图案。也就是说空间中任意两处的光斑图案都是不同的。只要在空间中打上这样的结构光,整个空间就都被做了标记,把一个物体放进这个空间,只要看看物体上面的光斑图案,就可以知道这个物体在什么位置了。由于PrimeSense技术使用的是连续的照明,不需要特制的感光芯片,而只需要普通的CMOS感光芯片,这让3D扫描仪的成本大大降低。

标签:3D打印机
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