Sprievodca 3D skenermi: aké sú ich výhody a nevýhody?

25. januára 2020, 17:24 | Ešte pred niekoľkými rokmi technológia zo sci-fi knižiek, dnes bežná rutina. 3D skenovanie má svoje nezastupiteľné miesto v archeológii, lekárstve, ale tiež napríklad vo vývoji videohier alebo mapovaní terénu. V 3D skener už môžeme premeniť aj svoj inteligentný telefón. Viac sa dozviete v článku.

3D skenovanie je prevod trojrozmerného objektu na digitálny model, s ktorým je možné ďalej pracovať. Digitálne scany fungujú ako predloha pre trojrozmernú tlač, využívajú sa ku kontrole kvality (napr. v priemyselnej výrobe) alebo k digitálnej archivácii (napr. historických sôch alebo objektov).

Okrem toho sa 3D skenovanie bežne využíva v zábavnom priemysle (animácie, digitalizácia objektov do virtuálnej reality) či geodézii. V medicíne sa zase uplatňujú pri modelovaní čeľustných alebo kĺbových náhrad.

Ako 3D skenovanie funguje?

Fungovanie 3D skeneru vychádza z dvoch základných princípov. Buď šošovka kamery sníma svetlo odrazené od objektu (bezkontaktné skenery), alebo sa informácie o objekte získavajú zo sondy, ktorá povrch snímaného predmetu prechádza (kontaktné skenery). Získané dáta následne špecializovaný software prevádza na digitálny model.

Záber 3D skenerov je obrovský: od malých predmetov (mince) po obrovské objekty - automobily, budovy a dokonca aj zemský povrch alebo morské dno.

Dotykové skenery

Pri dotykovom skenovaní je snímaný objekt pevne uchytený k podložke. Samotné skenovanie zaisťuje guličková sonda citlivá na tlak; jej aktuálnu pozíciu zisťuje skener technikou CCM (Coordinate Measuring Machine).

Dotykové skenery môžu byť:

• uchytené na mechanickom ramene, ktorým hýbe človek (využíva sa napr. v animačných štúdiách),
• súčasťou robotického ramena (automatizované, opakujúce sa procesy v priemyselnej výrobe),
• ručné (využitie v teréne).

Praktická ukážka robotického dotykového skeneru a využitie nasnímaného objektu pri sústružení

Veľkou výhodou dotykových skenerov je, že s nimi bez problémov nasnímate aj priehľadné a lesklé objekty, s ktorými majú tradičné optické techniky radu problémov. Dotykové skenovanie sa uplatňuje tiež v nebezpečných priestoroch (napr. s výskytom zdraviu škodlivých chemikálií) alebo v miestach so zlou viditeľnosťou. Nevýhoda dotykových skenerov je zrejmá - len ťažko s nimi nasnímate väčšie (a vzdialené) objekty.

Optické skenery

Optické skenery sú rozumným kompromisom medzi cenou a kvalitou skenovania. Nie sú tak nákladné ako laserové alebo dotykové skenery, na druhú stranu ani natoľko presné. Využívajú prirodzene odrazené svetlo; v zásade fungujú rovnakým spôsobom ako kamera alebo oči.

Podmienkou úspešného optického (a laserového) skenovania je - podobne ako pri fotení - prázdny priestor medzi šošovkou a snímaným objektom.

Najjednoduchšie optické skenery majú jednu šošovku. Pri snímaní metódou fotogrammetrie môžete pre naskenovanie využiť aj vlastný smartphone. Skenovaný objekt sa nafotí z rôznych uhlov a špeciálna aplikácia potom fotografie prevedie na digitálny model. Spracovanie dát prebieha kvôli vysokým výpočtovým nárokom v počítači s výkonnou grafickou kartou.

Vysvetlenie princípu 3D skenovania mobilným telefónom

Pre hrubý model je potrebné urobiť aspoň 20 snímok. Slušnú kvalitu dosiahnete už s 80 fotografiami - platí, že čím viac fotiek, tým presnejší výsledný model bude.

3D laserové skenery

Mimoriadne presných modelov je možné dosiahnuť s laserovým skenovaním. 3D laserové skenery sa preto hojne využívajú v priemysle, kde dohliadajú na kvalitu výroby.

Laserové skenery fungujú na totožnom princípe ako optické snímače - aj oni výsledný model skladajú na základe nasnímaného obrazu. Hlavný rozdiel je v tom, že skenovaný predmet aktívne osvetľujú lúčom laseru. Svetlo odrazené od povrchu objektu sníma vysokorýchlostná kamera a výsledný model opäť generuje špecializovaná aplikácia.

Lacnejšie laserové skenery využívajú bodové svetlo, kvalitnejšie zariadenia sa spoliehajú na laserové riadkovanie (poskytuje presnejšie výsledky).

Laserové skenovanie nie je závislé na vonkajšom osvetlení a za určitých podmienok môže fungovať na vzdialenosť desiatok kilometrov. To sa využíva u tzv. LIDARov, optických radarov, ktoré sa používajú na snímanie budov, terénu alebo morského dna.