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三维扫描技术:3D世界的逆向工程

发布日期:2020/10/29 19:06:28 访问次数:325

三维扫描技术:3D世界的逆向工程


3D智能数字化技术主要分为两大类:3D智能数字化设计和3D智能数字化扫描。3D智能数字化设计技术是从无到有地设计3D数字化产品,与传统的CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)技术关系密切。然而,并非人人都有能力来设计3D产品,因此3D扫描技术应运而生。

3D扫描属于逆向工程(Reverse Engineering)的一种,通过扫描产品实物的3D外形来获取原本不公开的数字化设计3D模型。因此这可能会涉及到版权问题,比如厂商通过3D扫描逆向取得产品的设计图纸后生产,以获取商业利益。


3D扫描技术可广泛应用于考古、汽车制造、工业检验、医疗等行业,以提高生产效率。

三维扫描仪的发展历程

1.第一代三维扫描仪:点测量

点测量三维扫描仪通过每一次的测量点来获得物体的表面特征。精度高,但速度慢,通常用于物体表面的误差检测。

代表系统有:固定式三坐标测量机、便携式关节臂测量机、点激光测量仪。



2.第二代三维扫描仪:线扫描

通过一段激光线照射到物体表面,再通过传感器获取物体表面的三维信息。

手持式激光扫描仪非常便携,若采用普通的激光线则精度较低,但是成本低,可以以很低的成本来搭建多条激光线组对3D物体实现全方位的扫描。

代表系统:台式三维激光扫描仪、手持式三维激光扫描仪。



3.第三代三维扫描仪:面扫描

通过一组光栅的位移,再通过传感器来获取物体表面的数据信息。面扫描一般采用投影仪(如高压汞灯的灯泡光源UHP)发出的白光来扫描。


相比于线扫描,面扫描速度更快、精度更高。对于大型物体的测量,结构光要借助于摄影测量系统(如分段测量)来完成,扫描范围可到10m,两天时间就可以完成整车的内外表面扫描。缺点是适合表面起伏不大、较为平坦的物体,对于表面凹凸不平的物体,扫描难度较高。



在扫描过程中,每次扫描得到物体一个侧面的形状,然后将物体转动一个角度后再扫描新的侧面,直到得到物体360°各个方位的形状。每两次扫描之间要保证有重叠的部分,以便于将两个侧面拼接起来。为了便于拼接,有时需要在物体上随机贴上标记点(Marker)。



代表系统:“拍照式”(光栅)结构光三维扫描仪、三维摄影测量系统。





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