Застосування 3д сканера

3D-сканери відкривають нові горизонти у технологіях та науці для фіксації, аналізу та використання даних про навколишній світ. Вони здатні точно відтворювати форму та розміри об’єктів, створюючи цифрові моделі, які можуть бути використані в різних сферах: в промисловості, будівництві, медицині, індустрії розваг і т.д. Ця технологія дозволяє створювати високодеталізовані тривимірні моделі об’єктів і середовищ, що мають безліч застосувань у сучасному світі, від виробництва до збереження культурної спадщини. Розвиток 3D-сканування відкриває нові можливості для проектування, візуалізації та навіть захоплення реальності, роблячи наш світ точнішим і доступнішим для вивчення та використання.

Як працює 3D сканер?

3D-сканери можна умовно розділити на два основних типи:

1. Оптичний 3D-сканер

Можуть збирати 3D-дані, аналізуючи взаємодію світла з об’єктом, що досліджується. Вони працюють за допомогою різних методів, включаючи проектування шаблонів, захоплення стереозображень і використання структурованого світла, кожен з яких має свої унікальні переваги і недоліки.

Оптичні 3D-сканери використовують наступні методи для збору даних:

• Метод стереокамери – передбачає використання двох камер, які знімають об’єкт з різних кутів. Потім, за допомогою тріангуляції, аналізується різниця між зображеннями, щоб точно відтворити тривимірну структуру поверхні об’єкта. Цей підхід заснований на принципах стереозору, тобто використанні двох зображень для визначення глибини та форми об’єкта, подібно до того, як людські очі сприймають глибину. Стереокамери є ефективними для створення 3D-моделей, особливо коли потрібно отримати детальну інформацію про об’єкти без контакту з ними. Застосовується в 3D-моделюванні, фотограмметрії, робототехніці, доповненій реальність та інше.

• Метод структурованого світла полягає в проектуванні на поверхню об’єкта певного світлового патерну (наприклад, ліній, сітки або інших форм). Після аналізу, як цей патерн деформується, коли проходить через поверхню об’єкта, визначається тривимірна форма об’єкта. Застосовується в медичній візуалізації, стоматології, скануванні обличчя, 3D-друку, дизайні продуктів та інших сферах.

2. Лазерний 3D-сканер

3D лазерне сканування – це передова технологія збору просторових даних, яка використовує лазери для створення точних тривимірних моделей об’єктів та навколишнього середовища. Під час процесу сканер випромінює лазерні промені, які відбиваються від поверхні об’єкта і повертаються до пристрою. Враховуючи час проходження променю до об’єкту та назад, а також кут його відбиття, сканер обчислює координати точок на поверхні, утворюючи так звану "хмару точок". Ця хмара точок складається з численних координат, які можуть бути використані для створення детальних 3D-моделей.

Лазерні 3D-сканери використовують наступні методи для збору даних:

• Метод часу прольоту (ToF) –  працює шляхом вимірювання часу, необхідного лазерному імпульсу для проходження до об’єкта і назад. Серед переваг: дуже швидкий та може охоплювати великий діапазон. Недоліки: може бути дорогим та менш точним, ніж інші методи. Використовується в геодезії, будівництві, археології, архітектурі, лісовому господарстві, астрономії тощо.

• Метод тріангуляції – працює шляхом вимірювання кута між джерелом лазера, об’єктом і камерою для визначення поверхні об’єкта. Має високу точність, добре підходить для невеликих об’єктів, але повільніший, ніж метод ToF, та має обмежений діапазон. Застосовується для реінжинірингу, дизайну виробів, контролю якості, 3D-друку та медичної візуалізації.

Основні сфери застосування 3D-сканерів

1. Промисловість

3D-сканери використовуються для створення цифрових модулів існуючих об’єктів. Це дозволяє за допомогою спеціальних комп’ютерних програм проаналізувати та зрозуміти відсканований об’єкт, а потім запропонувати методи відтворення його конструкції. Це робить 3D-сканери безцінними у розробці, ремонті та кастомізації продуктів.

Їх також використовуються для неруйнівного контролю виготовлених деталей та інших конструкцій. 3D-сканери можуть надавати точні дані та візуалізацію навіть для складних механізмів, що дає можливість ефективно виявляти дефекти та запобігати їх виникненню. Це дозволяє використовувати їх для різних операцій з контролю якості та безпеки.

Впровадження технології 3D-сканування значною мірою сприяло підвищенню якості продукції та оптимізації ефективності виробництва завдяки розширеним можливостям збору та аналізу даних, і очікується, що її значення продовжить зростати в майбутньому.

2. Геодезія та будівництво

3D-сканери є одними з найпоширеніших інструментів у цій галузі. Призначення 3Д сканера в геодезії полягає в створенні детальних зображень наземних будівель та інфраструктури. Ці дані є життєво важливими для планування та будівництва, моніторингу різних факторів навколишнього середовища, аналізу біомаси і навіть реагування на катастрофи.

Зокрема, зйомка проводиться в наступних ситуаціях:

• Для збору фундаментальних даних при проектуванні нових будівель, реконструкції або ремонті існуючих будівель.

• Для планування і проектування будівництва та реконструкції інфраструктури, наприклад, доріг, мостів і дамб.

• Для планування видобутку корисних копалин та підтвердження безпеки.

• Для 3D-моделювання та консервації стародавніх руїн та історичних пам’яток. 

3. Медицина

3D-сканування – інноваційний інструмент у медицині, оскільки забезпечує точність, персоналізацію та ефективність процедур. Технологія дозволяє отримувати детальні тривимірні моделі частин тіла, які допомагають лікарям у діагностиці, плануванні лікування та створенні індивідуальних медичних пристроїв.

Приклади використання:

• У ортопедії 3D-сканування використовується для створення індивідуальних імплантатів та протезів, що ідеально відповідають анатомії пацієнта, покращуючи результати операцій та скорочуючи час відновлення.

• У стоматології ця технологія дозволяє отримувати точні зображення ротової порожнини для виготовлення імплантатів, коронок та ортодонтичних пристроїв, що прискорює лікування та робить процедури менш інвазивними.

• У пластичній та реконструктивній хірургії застосування 3D-сканера допомагає планувати операції та зробити візуалізацію результатів, що підвищує задоволеність пацієнтів.

• У кардіології 3D-моделі серця допомагають лікарям візуалізувати складні структури органу та планувати операції з високою точністю, покращуючи результати процедур, таких як заміна клапанів та корекція вроджених вад.

• В онкології використання 3D-сканера дозволяє зробити детальні зображення пухлин, точно визначити їх розмір, форму та розташування для розробки індивідуальних планів лікування.

4. Створення комп’ютерної графіки

Наші улюблені фільми та відеоігри були б неможливими, якби не розвиток технології 3D-сканування. Анімація, монтаж і відстеження руху тіла в сучасному світі покладаються на технологію 3D-сканування, щоб скоротити час обробки і підвищити якість вихідних даних. Це революціонізує дизайн сторітелінгу та навчання.

Зокрема, технологія 3D-сканування використовується в:

• Ігрова індустрія. Для 3D-моделювання персонажів відеоігор, предметів і фонів на основі реальних об’єктів і локацій. Наприклад, в реалістичних гоночних іграх скануються реальні автомобілі і траси, які потім відтворюються в грі.

• Кіно- і телеіндустрія. Для створення спецефектів і CG-сцен, які використовують реалістичні 3D-дані фонів і об’єктів. Наприклад, це може бути корисно для реалістичного зображення масштабних батальних сцен або фентезійних світів.

• Віртуальна (VR) або доповнена (AR) реальність. Використовується для створення 3D-контенту, пов’язаного з реальним світом. Наприклад, при створенні AR-гідів для музеїв і туристичних напрямків або VR-контенту, з реальними локаціями та експонатами, які скануються і відтворюються у вигляді цифрового контенту.

Види та виробники 3д сканерів

Існують різні типи сканерів, кожен з яких пристосований для різних потреб:

• Ручний тип – це портативна модель, яка ідеально підходить для сканування в дорозі.

• Автономний тип – це стаціонарний сканер, який використовується для великих об’єктів і конструкцій.

• Настільний тип – надточний, призначений для сканування невеликих об’єктів.

• Медичний сканер – спеціалізований для оцифрування частин тіла пацієнта та медичного обладнання.

1. 3D-сканер 3DMakerpro Lynx (Standard Pack)

Портативний 3D-сканер, який для створення високоточних цифрових копій об'єктів  використовує технологію структурованого світла. Підходить для різноманітних завдань, включаючи реверс-інжиніринг, дизайн, освіта та інші. Може використовуватися для сканування середніх та великих по розміру об’єктів, наприклад, людини, меблів, автомобільних деталей, скульптур і т.д.

Основні характеристики:

• Виробник: 3DMakerpro

• Джерело світла: структуроване світло

• Точність: 0,1 мм

• Швидкість сканування: 10 кадрів за секунду

• Роздільна здатність: 0,3 мм

• Робоча відстань: 400-900 мм

• Розмір одиничного захоплення: 250×400 мм

• Типові розміри об'єктів для сканування: 100-2000 мм

• Вихідні формати: OBJ, STL, ASC 

2. 3D-сканер 3DMakerpro Magic Swift Plus (Premium pack)

Професійний 3D-сканер, призначений для детального сканування об'єктів з високою роздільною здатністю. Ідеальний для застосувань у промисловості для контролю якості, реверс-інжинірингу, проектуванню та розробки нових виробів; в медицині для ортопедії та протезування, хірургічного планування та дентального лікування; в мистецтві для реставрації, створення 3D-моделей культурних артефактів та розробки нових арт-об’єктів.

Основні характеристики:

• Виробник: 3DMakerpro

• Джерело світла: структуроване світло

• Точність сканування: до 0,1 мм

• Роздільна здатність: 0,25 мм

• Швидкість сканування: до 1 200 000 точок за секунду

• Робоча відстань: 250-650 мм

• Розмір одиничного захоплення: 400×250 мм

• Типи об'єктів для сканування: від дрібних деталей до середніх і великих об’єктів