3D Skenavimo Technologijos
3D skenavimas – tai metodas, kurį naudojant 3D skeneriu užfiksuojama objektų forma. 3D skeneriais kuriami skaitmeniniai tikrovės objektų atvaizdai. Rezultatas – 3D objekto failas, kurį galima išsaugoti, redaguoti ar net atspausdinti 3D spausdintuvu. Pasitelkus šią technologiją fiksuojama tokia informacija, kaip forma, medžiaga, spalva bei kitos nuskaitomo objekto savybės.
Svarbiausia 3D skenerio paskirtis – surinkti duomenis apie subjektą. Subjektas gali būti:
- konkretus objektas
- aplinka (pvz., kambarys)
- žmogus (3D kūno nuskaitymas)
3D nuskaitymas – svarbi technologija, skirta ne tik atkurti objektus (atgalinė inžinerija) ar sudaryti 3D spausdinimui pritaikytus modelius, bet plačiai naudojama ir kitose srityse. 3D nuskaitymo technologijos gali būti taikomos senovės meno kūriniams išsaugoti ar apsaugoti juos nuo karų daromos žalos. Jos nepamainomos ir medicinoje: tarkim, pasitelkus 3D skaitytuvu sukurtą modelį galima atstatyti suskilusią kaukolę ar pagal individualų užsakymą sukurti protezą. 3D skaitytuvo pagalba kuriami net animaciniai filmai ar specialieji efektai. 3D nuskaitymas plačiai taikomas automobilių ir aviacijos pramonėje kurti įvairiems modeliams ir dizainams.
Konkretiems objektams, aplinkai ir žmogaus kūnui nuskaityti 3D formatu naudojamos skirtingos 3D technologijos. Kiekviena jų turi savų trūkumų, privalumų ir skiriasi jų kaina.
Struktūrizuota šviesa
Struktūrizuotos šviesos 3D skaitytuvų technologija yra pagrįsta trigonometrinės trianguliacijos metodu, bet nenaudoja lazerio. Taikant struktūrizuotos šviesos technologiją linijinės šviesos struktūros nukreipiamos į skenuojamą objektą. Tada sistema gali nustatyti kiekvienos šviesos linijos kraštą ir apskaičiuoti atstumą nuo skaitytuvo iki objekto paviršiaus. 3D nuskaitymo struktūrizuotos šviesos technologijai naudojamos balta arba mėlyna šviesos, kurias gali generuoti įvairią technologiją naudojantys projektoriai, pvz., Digital Light Processing (DLP). Matomą raštą paprastai sudaro šviesos spindulių eilė, bet tai gali būti ir atsitiktinių taškų struktūra.
Svarbiausi struktūrizuotos šviesos technologija pagrįsto 3D nuskaitymo privalumai – greitis, skiriamoji geba ir galimybė 3D skaitytuvu nuskaityti žmogaus kūną.
Vienas iš struktūrizuotos šviesos technologijos trūkumų – jautrumas apšvietimui ir iššūkiai dirbant lauko sąlygomis.
Lazerinė trianguliacija
Lazerinės trianguliacijos technologija pagrįsti 3D skaitytuvai nuskaito objekto paviršių lazerio linijos arba lazerio taško pagalba. 3D skaitytuvas sukuria lazerio spindulį. Kai lazerio spindulys atsispindi nuo skenuojamo objekto, jo pirminė trajektorija pasikeičia ir yra užfiksuojama jutiklio pagalba. Pagal lazerio trajektorijos pasikeitimą ir trigonometrinės trianguliacijos sistemą galima nustatyti specifinį nukrypimo kampą. Apskaičiuotas kampas yra tiesiogiai susijęs su atstumu nuo objekto iki skaitytuvo. Kai 3D skaitytuvas surenka pakankamą duomenų kiekį, jis yra pasiruošęs nustatyti objekto paviršių ir sukurti 3D modelį.
Pagrindiniai 3D lazerinės trianguliacijos technologijos privalumai yra jos raiška ir tikslumas.
Vienintelis lazerinės trianguliacijos trūkumas – jautrumas nuskaitomo objekto paviršiaus savybėms. Ypač daug keblumų kyla su itin blizgiais ar permatomais paviršiais.
Fotogrametrija
Fotogrametrija – mokslas apie matavimus atliekamus naudojant fotografijas, ypač siekiant atkurti tikslias paviršiaus taškų pozicijas. Fotogrametrija derina kompiuteriu atliktą vizualizaciją bei dideliu skaičiavimo našumu pasižyminčius geometrinius algoritmus. Fotogrametrijos principas – kelių statiško objekto, nufotografuoto skirtingais kampais, nuotraukų analizė ir automatinis pikselių, atitinkančių tokį pat fizinį tašką, parinkimas. Vartotojui pačiam tenka nustatyti tokius vaizdo kameros parametrus, kaip fiksuotas židinio nuotolis ir objektyvo nuokrypis.
Paviršiaus kontakto metodas
Paviršiaus kontakto 3D nuskaitymo technologija dar vadinama skaitmeninimu. Ši 3D nuskaitymo technologija yra kontaktu pagrįsta 3D duomenų rinkimo forma. Paviršiaus kontakto technologija pagrįsti 3D skaitytuvai tikrina objektą per fizinį kontaktą, kai objektas išlieka nepajudintas. Kontaktiniu davikliu liečiamas objekto paviršius įvairiuose jo taškuose ir renkama 3D informacija. Kartais dėl didesnio nuskaitymo tikslumo zondas yra pritvirtinamas prie dirbtinės rankos, kuri pajėgi surinkti apie visas objekto paviršiaus konfigūracijas ir kampus. Kai kurios specifinės sistemos veikiančios paviršiniu kontaktu pagrįstų 3D skaitytuvų pagalba yra vadinamos Koordinačių matavimo mašinomis (angl. Coordinated Measuring Machines (CMM)).
Paviršiaus kontakto 3D nuskaitymo technologija plačiai taikoma užtikrinti pagamintų detalių kokybę ar jau pradėjus jas eksploatuoti ir atliekant techninio aptarnavimo užduotis. Svarbiausias šios technologijos privalumas – tikslumas ir galimybė nuskaityti permatomus bei šviesą atspindinčius paviršius. Jos trūkumai – greitis ir sunkumai apdorojant organinius, laisvos formos objektus.
Lazerio pulsavimu paremtas 3D nuskaitymas
Lazerio pulsavimu paremti 3D skaitytuvai, dar vadinami „Time-of-Flight“ arba „Lidar“ skaitytuvais, matuoja kiek užtrunka lazerio spinduliui pasiekti objektą ir sugrįžti atgal. Šviesos greitis yra tiksliai žinomas, todėl apskaičiavus lazerio spindulio grįžimo laiką, galima sužinoti tikslų atstumą tarp 3D skaitytuvo ir nuskaitomo objekto. Norint tiksliai išmatuoti atstumą, 3D skaitytuvai apskaičiuoja milijonus lazerio pulsų pikosekundės (0,000000001 sekundės) tikslumu.
Vienu metu apskaičiuojamas tik vienas taškas, todėl 3D skaitytuvas turi spinduliuoti lazerį 360° laipsnių kampu aplink tą tašką. Siekiant atkurti išsamų vaizdą į 3D skaitytuvą paprastai įmontuojamas veidrodis, kuris pakeičia lazerio spindulio kryptį.
Pagrindinis lazerio pulsavimu paremtų 3D skaitytuvų privalumas – galimybė 3D formatu nuskaityti itin didelius objektus bei aplinką. Tiesa, tokie skaitytuvai yra ganėtinai lėti.