Vodnik po 3D skenerjih: kakšne so njihove prednosti in slabosti?

Še pred nekaj leti tehnologija iz znanstvenofantastičnih knjig, danes pa vsakodnevna rutina. 3D skeniranje ima svoje nenadomestljivo mesto v arheologiji, medicini, pa tudi na primer pri razvoju video iger ali kartiranju terena. Zdaj lahko v 3D skener spremenimo tudi svoj pametni telefon. Več o tem lahko izveste v članku.

3D skeniranje je pretvorba tridimenzionalnega predmeta v digitalni model, s katerim je mogoče naprej delati. Digitalni skeni delujejo kot predloga za tridimenzionalni tisk, uporabljajo se za nadzor kakovosti (npr. v industrijski proizvodnji) ali za digitalno arhiviranje (npr. zgodovinski kipi ali predmeti).

Poleg tega se 3D skeniranje pogosto uporablja v zabavni industriji (animacije, digitalizacija objektov v virtualno resničnost) ali geodeziji. V medicini se uporabljajo pri modeliranju nadomestkov čeljusti ali sklepov.

Kako 3D skeniranje deluje?

Delovanje 3D skenerja temelji na dveh osnovnih principih. Bodisi objektiv kamere zajame svetlobo, ki se odbija od predmeta (brezkontaktni skenerji), ali pa se informacije o predmetu pridobijo iz sonde, ki gre skozi površino skeniranega predmeta (kontaktni skenerji). Pridobljeni podatki se nato s specializirano programsko opremo pretvorijo v digitalni model.

Obseg 3D skenerjev je ogromen: od majhnih predmetov (kovanci) do ogromnih predmetov - avtomobilov, zgradb in celo zemeljske površine ali morskega dna.

Skenerji na dotik

Pri skeniranju na dotik je skenirani predmet trdno pritrjen na podlago. Samo skeniranje zagotavlja kroglična sonda, ki je občutljiva na pritisk; njegov trenutni položaj določi skener s tehniko CCM (Coordinate Measuring Machine).

Skenerji na dotik so lahko:

• nameščen na mehanski roki, ki jo premika oseba (uporablja se npr. v animacijskih studiih),
• del robotske roke (avtomatizirani, ponavljajoči se procesi v industrijski proizvodnji),
• ročni (uporaba na terenu).

Praktična predstavitev robotskega skenerja na dotik in uporabe skeniranega predmeta pri struženju

Velika prednost skenerjev na dotik je, da lahko z njimi enostavno skenirate prozorne in svetleče predmete, s katerimi ima tradicionalna optična tehnika kar nekaj težav. Skeniranje na dotik se uporablja tudi v nevarnih območjih (npr. kjer so zdravju škodljive kemikalije) ali na mestih s slabo vidljivostjo. Slabost skenerjev na dotik je očitna – z njimi težko zajamemo večje (in oddaljene) objekte.

Optični skenerji

Optični skenerji so razumen kompromis med ceno in kakovostjo skeniranja. Niso tako dragi kot laserski skenerji ali skenerji na dotik, niti niso tako natančni. Uporabljajo naravno odbito svetlobo; v bistvu delujejo na enak način kot fotoaparat ali oči.

Pogoj za uspešno optično (in lasersko) skeniranje je - podobno kot pri fotografiranju - prazen prostor med lečo in skeniranim predmetom. Najenostavnejši optični bralniki imajo eno samo lečo. Pri skeniranju s fotogrametrično metodo lahko za skeniranje uporabite tudi svoj pametni telefon. Skenirani predmet fotografiramo iz različnih zornih kotov, posebna aplikacija pa fotografije nato pretvori v digitalni model. Obdelava podatkov poteka zaradi visokih računalniških zahtev v računalniku z zmogljivo grafično kartico.

Razlaga principa 3D skeniranja z mobilnim telefonom

Za okvirni model je potrebno narediti vsaj 20 slik. Spodobno kakovost lahko dosežete že s 80 fotografijami – več fotografij boste naredili, bolj natančen bo končni model.

3D laserski skenerji

Iz laserskim skeniranjem je mogoče doseči zjemno natančne modele. 3D laserski skenerji se zato pogosto uporabljajo v industriji za spremljanje kakovosti proizvodnje.

Laserski skenerji delujejo po enakem principu kot optični skenerji – tudi ti sestavijo nastali model na podlagi zajete slike. Glavna razlika je v tem, da aktivno osvetljujejo skenirani objekt z laserskim žarkom. Svetlobo, ki se odbije od površine predmeta, ujame hitra kamera, nastali model pa generira specializirana aplikacija.

Cenejši laserski skenerji uporabljajo reflektor, kakovostnejše naprave pa se zanašajo na lasersko poravnavo (zagotavlja natančnejše rezultate).

Lasersko skeniranje ni odvisno od zunanje osvetlitve in pod določenimi pogoji lahko deluje na razdalji več deset kilometrov. To se uporablja pri t.i LIDAR, optičnih radarjih, ki se uporabljajo za skeniranje zgradb, terena ali morskega dna.