Массовое использование 3D-сканеров началось с промышленного производства

В настоящее время существует две различные по принципу методики сканирования трёхмерных объектов: контактный и бесконтактный.

Контактные 3D-сканеры представляют собой устройства со специальным щупом, который, проходя по контурам объекта, составляет его трёхмерную копию на экране компьютера. Контактные сканеры точны, просты в использовании и прекрасно подходят для объектов с несложной геометрией – например промышленных деталей.

Однако их использование затруднено там, где объекты имеют богатую детализацию, а форма контуров вместо чётко очерченных граней включает плавные линии. В этом случае сканирование может занимать неоправданно много времени. Кроме того, контактные сканеры неприменимы там, где принципиально невозможен сам контакт сканирующего узла с объектом. В качестве примера тут можно назвать необходимость сканирования живых объектов и внутренних органов для медицинских нужд или сканирование предметов со сверхмалыми размерами. Тем не менее, в настоящее время контактные сканеры успешно применяются в промышленности, нередко являясь дополнительной опцией различных фрезерных и гравировальных станков.

Более универсальный метод 3D-сканирования – бесконтактный. По принципу работы бесконтактные 3D-сканеры весьма похожи на свои «обычные» аналоги. Тут тоже используется эффект отражения волн – в первую очередь световых – от поверхности объекта. Отражённые волны улавливаются специальными сенсорами, анализируются и с помощью различных алгоритмов преобразуются в виртуальное отображение. Однако если обычный сканер имеет дело с плоским объектов (рисунком, текстом) и способ его работы весьма прост, то 3D-сканеры вынуждены использовать сложные механизмы для анализа облика трёхмерной фигуры.

По типу сканирования бесконтактные 3D-сканеры делятся на пассивные и активные. Пассивные 3D-сканеры для своей работы используют уже имеющийся окружающий свет, отражение которого от фигуры и анализируется. Фактически, пассивные бесконтактные 3D-сканеры представляют собой фото- или видеокамеру, оснащённую алгоритмами сведения снятого материала в единую объёмную фигуру. Работа этих алгоритмов может требовать как съёмки некоторого числа кадров с определённых ракурсов, так и круговой видеосъёмки с определённой скоростью движения камеры.

Основное достоинство пассивных бесконтактных 3D-сканеров – простота их технической реализации, которая компенсируется за счёт сложности алгоритмов обработки и непростой (нередко многоступенчатой) процедуры приготовления объекта к сканированию. Кроме того, пассивные бесконтактные 3D-сканеры выделяются в среднем невысоким качеством итогового результата – а значит, перед пользователем встаёт проблема последующей ручной доработки модели в редакторе.

Активные 3D-сканеры, помимо имеющегося окружающего света, генерируют собственный волновой сигнал, который может быть как световым или лазерным, так и, к примеру, звуковым. Кроме того, собственный волновой сигнал активных 3D-сканеров может иметь заданную производителем конфигурацию и форму – которая помогает сканировать объект с повышенной точностью. К примеру, некоторые 3D-сканеры проецируют на поверхность сканируемого объекта сетку (или другую регулярную структуру) из линий белого света. Искажения проекции от наложения на неровности объекта становятся дополнительным источником информации для алгоритмов 3D-сканера.

Полученные методом сканирования 3D-модели в дальнейшем могут быть обработаны средствами САПР и, в дальнейшем, могут использоваться для разработки технологии изготовления (CAM) и инженерных расчётов (CAE). Для вывода 3D-моделей могут использоваться такие средства, как 3D-монитор, 3D-принтер или фрезерный станок с поддержкой G-кода.

На производстве, в магазине, в госпитале…

Несмотря на видимую сложность технологий 3D-сканирования, 3D-сканеры с каждым годом получают всё большее развитие. Это связано с массой причин, среди которых можно назвать главные.

Во-первых, современному промышленному производству нужны всё более быстрые, эффективные и дешёвые технологии разработки товаров. 3D-сканирование как одно из звеньев цепочки разработки и производства с каждым годом становится всё более востребованным.

Во-вторых, торговля, всё больше и больше использующая возможности интернета и стевых маркетинговых технологий, нуждается в постоянном создании 3D-моделей товаров – для рекламных, презентационных нужд и нужд электронных версий каталогов.

В-третьих, максимально реалистичными виртуальными копиями реальных объектов сейчас пользуются такие разные по своей сути сферы как мода, медицина, кино. Моделировать реальность предпочитают спецслужбы и службы спасения.

Наконец, в-четвёртых, и мы говорили об этом в начале, распространение 3D-принтеров подталкивает вперёд распространение 3D-сканеров, с помощью которых производится всё большее количество вещей: от детских игрушек до протезов, палеонтологических копий скелетов и даже домов.

Производство 3D-сканеров давно уже перестало быть серией технологических прорывов. В настоящее время 3D-сканеры производятся во многих странах мира тысячью различных компаний: от всемирно известных имён до дебютантов рынка.

Тем не менее, иногда тот или иной 3D-сканер какой-нибудь компании становится героем новостной ленты. Среди этих устройств есть и серьёзные модели для промышленного производства, и концептуальные разработки, и примеры выполненных запросов рынка, и творческие вариации инженеров-одиночек. Ниже мы постарались собрать несколько примеров наиболее любопытных на сегодняшний день 3D-сканеров, каждый из которых способен так или иначе повлиять на всю индустрию в целом.