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2020-02-27 【3D掃描知識】3D掃描大剖析:5種技術比較懶人包!

【3D掃描知識】3D掃描大剖析:5種技術比較懶人包!

3D掃描是一種「逆向工程」,藉由透過光照或接觸方式為實體物件運算出立體圖檔,可以數位化保存、編輯或直接用於3D列印生產。目前市面上有多種3D掃描技術,從小型的工具零件、中型的人體四肢或大型的汽車到地景環境,各有不同應用範圍,以下就簡單說明帶大家一起來了解!

基礎概念
在進行3D掃描的過程中,3D掃描器可以逐步建立出目標物的數位圖像,且掃描結果通常會與CAD設計軟體以及3D列印程式具有相容性,以便直接修改或產出3D列印實體。


應用類別
近代的3D掃描器廣泛用於汽車製造、航太、牙科、文物保存或遊戲人物…等,其中影視特效及VR虛擬場景更是蓬勃發展。根據3D掃描技術依賴於不同的建構原理,主要可分為接觸式與非接觸式3D掃描

一、非接觸式掃描
.時差測距(Time Of Flight)
「時差測距」或稱為「飛時測距」,主要使用雷射光探測目標物,再透過雷射光的往返時間換算出物件的表面成像。由於每發雷射訊號只能測量一個端點,因此通常配有旋轉鏡,以便能360度掃描物體。


特點與限制:「時差測距」每秒約可量測10,000到100,000個目標點,主要用於大型工業物體和場域、精度較高,但相對其他3D掃描技術的速度也較緩慢。

.三角測距(Laser Triangulation)

「三角測距法」顧名思義是指物體上的雷射光點、感測器與雷射器構成一個三角形,利用雷射光發射到待測物體上,並透過感測器紀錄雷射光點的反射時間及偏離角度,並以此運算出物體的造型。


特點與限制:「三角測距法」是具有較高分辨率和準確性的3D掃描技術,然而它對掃描物體的表面特性相對敏感,不適用於表面高反光或透明的物體。

.攝影測量法(Photometric Stereo)
攝影測量(或「立體光學」)的原理是分析從不同角度拍攝的靜態照片,並自動檢測相互對應的像素,由於資訊量龐大,需要透過高功率電腦進行運算。

 

特點與限制:攝影測量技術非常適合用於地表模型或空拍攝影…等大型場域,缺點之一則是對於細節的分辨率較低以及成型運算所需的時間久。

.結構光3D掃描(Structured Lighting)
將線性圖案(或稱「光柵」)投影到待測物上,並透過光柵邊緣的形變演算物體的表面造型,而光源通常為LED白光或藍光,因此廣泛用於人體或面部成像。有些3D掃描器還能讀取彩色效果,這種全彩掃描輔助工具常稱為「紋理相機」;由於能一次測量多點或大片區域,常分為固定式360度掃描或手持式快速掃描兩種方法。(延伸閱讀:EinScan Pro 2X+大考驗!保險桿建模只要3分鐘!



特點與限制:結構光3D掃描能在速度及成像品質間取得平衡,手持式掃描也相對簡單,是較普遍的應用技術;然而這項技術對環境光的影響較為敏感,因此更適合用於室內,戶外環境中則建議在沒有大陽光的陰天進行掃描。(延伸閱讀:逆向工程實測,怪獸與牠們的模型!

二、接觸式掃描
.「接觸式3D掃描」(Contact Based)
透過物理方式探測對象物,使用探針在表面上移動到各個端點以計算出3D成像,可以想像成是用筆描繪出立體結構的計算方式。

 

特點與限制:由於接觸式3D掃描有較高的準確度且幾乎不受物體表面的光照影響,然而速度方面僅適用於中小型物體,因受限於物理接觸而不適合脆弱的古文物或藝術品。

重點歸納

(以1~5做為相對指標,1為數值最小、5為數值最大。)

.時差測距:透過雷射光點在發射和接收的往返時間差描繪物體的幾何數據。

.三角測距:將雷射光投射到物體表面,並測量雷射角度的數據以換算3D圖面。

.攝影測量法:利用電腦和視覺圖像從大量2D重疊像素中以3D方式重建圖像。

.結構光:依據光柵照射物體所產生的形變,以建構3D掃描成像,通常為LED光源。

.接觸式掃描:依賴對實體進行物理方式的多點採樣,並使用探針的接觸軌跡來建立圖像。

經過這次的介紹是否對於3D掃描有更進一步的了解呢?不清楚3D掃描器是否能解決您的需求嗎?歡迎聯絡我們為您解答,或者我們也提供高品質的代客掃描服務。

參考資料1
參考資料2
參考資料3

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