Průvodce 3D skenery: jaké jsou jejich výhody a nevýhody?

12. ledna 2020, 22:51 | Ještě před několika lety technologie ze sci-fi knížek, dnes běžná rutina. 3D skenování má své nezastupitelné místo v archeologii, lékařství, ale také třeba ve vývoji videoher nebo mapování terénu. Ve 3D skener už můžeme proměnit i svůj chytrý telefon. Více se dozvíte v článku.

3D skenování je převod trojrozměrného objektu na digitální model, se kterým je možné dále pracovat. Digitální skeny fungují jako předloha pro trojrozměrný tisk, využívají se ke kontrole kvality (třeba v průmyslové výrobě) nebo k digitální archivaci (např. historických soch nebo objektů).

Vedle toho se 3D skenování běžně využívá v zábavním průmyslu (animace, digitalizace objektů do virtuální reality) či geodézii. V medicíně se zase uplatňují mj. při modelování čelistních nebo kloubních náhrad.

Jak 3D skenování funguje?

Fungování 3D skeneru vychází ze dvou základních principů. Buď čočka kamery snímá světlo odražené od objektu (bezkontaktní skenery), nebo se informace o objektu získávají ze sondy, která povrch snímaného předmětu přejíždí (kontaktní skenery). Získaná data následně specializovaný software převádí na digitální model.

Záběr 3D skenerů je obrovský: od malých předmětů (mince) po obrovské objekty - automobily, budovy a dokonce i zemský povrch nebo mořské dno.

Dotykové skenery

Při dotykovém skenování je snímaný objekt pevně uchycený k podložce. Samotné skenování zajišťuje kuličková sonda citlivá na tlak; její aktuální pozici zjišťuje skener technikou CCM (Coordinate Measuring Machine).

Dotykové skenery mohou být:

• uchycené na mechanickém rameni, kterým hýbe člověk (využívá se např. v animačních studiích),
• součástí robotického ramene (automatizované, opakující se procesy v průmyslové výrobě),
• ruční (využití v terénu).

Praktická ukázka robotického dotykového skeneru a využití nasnímaného objektu při soustružení

Velkou výhodou dotykových skenerů je, že s nimi bez problémů nasnímáte i průhledné a lesklé objekty, se kterými mají tradiční optické techniky řadu problémů. Dotykové skenování se uplatňuje také v nebezpečných prostorách (např. s výskytem zdraví škodlivých chemikálií) nebo v místech se špatnou viditelností.

Nevýhoda dotykových skenerů je zřejmá - jen těžko s nimi nasnímáte větší (a vzdálené) objekty.

Optické skenery

Optické skenery jsou rozumným kompromisem mezi cenou a kvalitou skenování. Nejsou tak nákladné jako laserové nebo dotykové skenery, na druhou stranu ani natolik přesné. Využívají přirozeně odraženého světla; v zásadě fungují stejným způsobem jako kamera nebo oči.

Podmínkou úspěšného optického (a laserového) skenování je - podobně jako u focení - prázdný prostor mezi čočkou a snímaným objektem.

Nejjednodušší optické skenery mají jednu čočku. Při snímání metodou fotogrammetrie můžete pro naskenování využít i vlastní smartphone. Skenovaný objekt se nafotí z různých úhlů a speciální aplikace pak fotografie převede na digitální model. Zpracování dat probíhá kvůli vysokým výpočetním nárokům v počítači s výkonnou grafickou kartou.

Vysvětlení principu 3D skenování mobilním telefonem

Pro hrubý model je potřeba pořídit alespoň 20 snímků. Slušné kvality dosáhnete už s 80 fotografiemi - platí, že čím více fotek, tím přesnější výsledný model bude.

3D laserové skenery

Mimořádně přesných modelů lze dosáhnout s laserovým skenováním. 3D laserové skenery se proto hojně využívají v průmyslu, kde dohlíží na kvalitu výroby.

Laserové skenery fungují na totožném principu jako optické snímače - i ony výsledný model skládají na základě nasnímaného obrazu. Hlavní rozdíl je v tom, že skenovaný předmět aktivně osvětlují paprskem laseru. Světlo odražené od povrchu objektu snímá vysokorychlostní kamera a výsledný model opět generuje specializovaná aplikace.

Levnější laserové skenery využívají bodové světlo, kvalitnější zařízení spoléhají na laserové řádkování (poskytuje přesnější výsledky).

Laserové skenování není závislé na vnějším osvětlení a za určitých podmínek může fungovat na vzdálenost desítek kilometrů. To se využívá u tzv. LIDARů, optických radarů, které se používají ke snímání budov, terénu nebo mořského dna.