Розділ 2 методи сканування об’єктів 3d сканером

2.1. Принцип дії 3d сканера

Останнім часом технологія 3D наземного лазерного сканування все більше використовується для вирішення широкого кола задач в різних областях будівництва, промисловості, архітектури.

Суть технології лазерного сканування полягає у визначенні просторових координат точок поверхні об’єкта. Результатом роботи являється множина точок з відомими тривимірними координатами. Такі набори точок прийнято називати хмарами точок або сканами. Кількість точок в одному скані може варіюватись від декількох десятків тисяч до десятків і сотень мільйонів.

Зростаюча популярність лазерного сканування обумовлена рядом переваг, зокрема:

-суттєве зменшення термінів польових робіт;

-точність, як у традиційних геодезичних методів;

-легка інтеграція у виробництво;

-сумісність з традиційними геодезичними методами;

-отримання максимально повної інформації про об’єкт;

-можливість повторного використання результатів зйомки;

-отримання точних і наочних результатів вже на попередньому етапі робіт.

Рис.2.1. Лазерні сканери Z+F IMAGER

2.1.1. Приклади використання лазерного сканування:

Лазерне сканування використовується в таких сферах:

-Швидка і точна зйомка на всіх етапах будівельних робіт;

-Визначення відхилень реального об’єкта від проектних показників на всіх стадіях будівництва;

-Періодичні спостереження з метою визначення величин осадок та деформацій як окремих конструкцій, так і об’єкта в цілому;

-Випуск традиційних карт і планів;

-Легке отримання, обробка і збереження такої інформації, як окремих елементів оздоблення, ліпки, будь-яких інших фрагментів історичних споруд або пам’яток, всієї області археологічних розкопок або їх окремого фрагмента тощо;

-Визначення крену будівель, відхилення від горизонталі або вертикалі, ступеню прогину окремих елементів;

-Отримання планів та перерізів (фактичні розміри);

-Безпрецедентно точне визначення об’ємів виїмки/насипу при кар’єрних та земляних роботах;

-Робота з дистанційним керуванням (кабель або Wi-Fi зв'язок) в місцях, небезпечних для знаходження людей.

3D сканери можуть бути використані для широкого кола завдань в багатьох галузях промисловості, науки, медицини та мистецтва. Зокрема вони успішно вирішують завдання реверс-інжинірингу, контролю форми об'єктів, збереження культурної спадщини, використовуються в музейній справі, в медицині і дизайні. Таким чином, вони необхідні у всіх випадках, коли потрібно зареєструвати форму об'єкта з високою точністю і за короткий час. Тривимірні сканери дозволяють спростити і поліпшити ручну працю, а часом навіть виконати завдання, які здавалися неможливими.

Як правило, 3D сканер являє собою невеликий електронний пристрій, ручний (вагою до 2 кг ) або стаціонарний, в якому використовується підсвічування лазером або спалах лампи. Існують моделі 3D сканерів, призначені для сканування об'єктів різних типів і розмірів, будь то ювелірні вироби, музейні експонати або особи людей.

Точність одержуваних моделей об'єктів варіюється від десятків до сотень мікрометрів. Можливо сканування з передачею кольору або тільки форми поверхні. Ці пристрої не тільки спрощують процес створення тривимірних моделей, а й вирішують це завдання з максимальною точністю по відношенню до вихідного оригіналу.

Кінцевим результатом роботи 3D сканера є хмара точок, яка являє собою набір просторових координат поверхні певного об’єкта, визначених з певною точністю у певній координатній системі. Оскільки результатом робіт є цифрова модель реального фізичного об’єкта, то можна говорити про обернений інжиніринг цього предмета. Обернений інжиніринг являє собою повний аналіз певного об’єкта з метою його відтворення як в цифровій, так і у фізичній формі (реплікації) за допомогою верстата чи 3D принтера. Це в багатьох випадках необхідно для вивчення принципу роботи об’єкта сканування та вдосконалення його конструкції. Отже, 3D сканування є однією з основних ланок реінжинірингу. Як вже зазначалось, сканування проводять з різною метою на різних об’ єктах. Для забезпечення повноцінної роботи створено різні типи сканерів, які класифікують за певними ознаками. Наведена нижче класифікація (рис. 2.2.) є певним узагальненням запропонованого нами поділу, який далі розглянуто детальніше.

Рис.2.2. Класифікація 3D сканерів