Máy Scan 3D

1.  Giới thiệu về Máy Scan 3D:

   

   Máy quét 3D là một thiết bị dùng để phân tích một vật thể trong thế giới thực hay môi trường để thu thập dữ liệu về hình dạng, kích thước, tính chất của vật thể đó. Các dữ liệu sau khi thu thập thường được sử dụng để xây dựng lại mô hình kỹ thuật 3 chiều của đối tượng. Scan 3D đã mở ra một bước ngoặt mới trong công nghệ 3D, bất kỳ mô hình vật chất nào tồn tại trên thế giới đều được có thể mô hình hóa bằng dữ liệu kĩ thuật số chỉ trong vòng vài giờ đồng hồ.
   Khác với máy Scan 2D được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày thường dùng để Scan tài liệu, giấy tờ, hình ảnh. Máy Scan 3D được ứng dụng trong lĩnh vực kĩ thuật. Nhiều công nghệ khác nhau được dùng để tạo nên các thiết bị scan 3D, mỗi công nghệ đi kèm với những lợi thế, hạn chế và chi phí riêng của nó. Nhiều hạn chế trong các vật thể được số hóa vẫn còn hiện hữu, ví dụ, công nghệ quang học gặp nhiều khó khan với bóng, sự phản chiếu hoặc các đối tượng trong suốt; quét cắt lớp điện toán công nghiệp có thể được sử dụng để xây dựng các mô hình 3D kỹ thuật số, áp dụng thử nghiệm không phá hủy.
   Thu thập dữ liệu 3D là hữu ích cho một loạt các ứng dụng. Các thiết bị này được sử dụng rộng rãi bởi ngành công nghiệp giải trí trong sản xuất phim và trò chơi điện tử. Các ứng dụng phổ biến của công nghệ này bao gồm thiết kế công nghiệp, dụng cụ chỉnh hình và chân tay giả, kỹ thuật đảo ngược  và tạo mẫu, kiểm soát chất lượng /kiểm tra và các tài liệu của văn hóa hiện vật.

   2.      Chức năng của Máy Scan 3D:

   
   
   
   
   
   Mục đích của một máy quét 3D thường là để tạo ra một đám mây điểm của mẫu hình học trên bề mặt của vật thể. Những điểm này sau đó có thể được sử dụng để ngoại suy các hình dạng của vật thể  (một quá trình được gọi là xây dựng lại). Nếu thông tin màu được thu thập tại mỗi điểm, sau đó màu sắc trên bề mặt của vật thể cũng có thể được xác định.
   Máy quét 3D có một số đặc điểm giống như máy ảnh, nó có một vật hình nón giống như tầm nhìn chỉ có thể thu thập thông tin về những bề mặt không bị che khuất. Trong khi một máy ảnh thu thập thông tin về màu sắc của các bề mặt trong tầm nhìn, thì một máy quét 3D thu thập thông tin về khoảng cách các bề mặt trong tầm nhìn. "Hình ảnh" sản xuất bởi một máy quét 3D mô tả khoảng cách đến bề mặt tại mỗi điểm trong hình. Điều này cho phép vị trí ba chiều của mỗi điểm được xác định.  Đối với hầu hết các tình huống, quét một lần sẽ không tạo ra một mô hình hoàn chỉnh của vật thể. Quét nhiều lần, thậm chí hàng trăm lần, từ nhiều hướng khác nhau mới có được thông tin về tất cả các mặt của vật thể. Các kỹ thuật này phải được đưa vào một hệ thống tham khảo chung, một quá trình thường được gọi là liên kết hoặc đăng ký, và sau đó sáp nhập để tạo ra một mô hình hoàn chỉnh. 

   3.      Công nghệ:

   
   
   
   
   
   Có một loạt các công nghệ kỹ thuật số để có được hình dạng của một đối tượng 3D. Chia thành hai loại: tiếp xúc và không tiếp xúc. Giải pháp không tiếp xúc có thể được chia thành hai loại chính: chủ động và thụ động. Có rất nhiều các công nghệ thuộc mỗi loại

   4.      Cơ chế tiếp xúc:

   
   
   Máy quét 3D thăm dò vật thể thông qua cảm ứng vật lý khi vật thể được đặt chính xác trên một tấm bề mặt phẳng (hoặc mặt đất) sau khi đã được đánh bóng để làm rõ các bề mặt gồ ghề của vật thể.
   Cơ chế quét có 3 hình thức khác nhau:
   ·        Một hệ thống di chuyển với cánh tay cứng nhắc được giữ chặt trong một hệ vuông góc và mỗi trục trượt dọc theo một đường. Hệ thống này làm việc hiệu quả nhất với các vật thể có dạng bằng phẳng hoặc bề mặt cong lồi đơn giản.
   ·        Một cánh tay có khớp nối với khung xương cứng và sự chính xác cao của bộ cảm biến góc. Các vị trí ở phần cuối cánh tay liên quan đến những tính toán phức tạp của góc quay cổ tay và góc bản lề ở mỗi phần. Hệ thống này rất lý tưởng cho việc thăm dò vào những kẽ nứt và không gian bên trong chỉ với một khe hở nhỏ.
   ·        Sự kết hợp của cả hai phương pháp trên có thể được sử dụng, chẳng hạn như một cánh tay được treo trên một chiếc xe để lấy dữ liệu về không gian bên trong của vật thể thông qua các lỗ hổng hoặc trên các bề mặt chồng chéo lên nhau.

   5.      Không tiếp xúc chủ động:

   
   
   Máy quét khi hoạt động sẽ phát ra một loạt các bức xạ hoặc ánh sáng và truyền các phản xạ hoặc bức xạ của nó qua vật thể đẻ thăm dò về vật thể và môi trường. Loại này thường được sử dụng trong siêu âm hoặc chụp X- quang.
   
   

   6.      Không tiếp xúc thụ động:

   
   
   Máy quét khi hoạt động sẽ không phát ra bất kì một loại bức xạ nào mà sẽ dựa vào sự phản ánh của môi trường xung quanh phát hiện ra ánh sáng có thể nhìn thấy vì nó đã có sẵn bức xạ của môi trường xung quanh. Các loại bức xạ, chẳng hạn như tia hồng ngoại có thể được sử dụng. Phương pháp này có thể rất rẻ vì trong nhiều trường hợp họ không nhất thiết phải sử dụng đến phần cứng.
   ·        Stereoscopic (hệ thống lập thể) thường sử dụng 2 máy quay video đặt xa nhau cùng nhìn vào một hình ảnh. Bằng cách phân tích những khác biệt nhỏ giữa những hình ảnh được nhìn thấy bởi mỗi máy quay, nó có thể xác định khoảng cách tại mỗi điểm trong hình ảnh. Phương pháp này được dựa trên cùng một nguyên tắc về tầm nhin khi con người lái xe.
   ·        Photometric (hệ thống quang) thường sử dụng một máy ảnh duy nhất nhưng có nhiều hình ảnh trong các điều kiện ánh sáng khác nhau. Kỹ thuật này sẽ cố gắng đảo ngược hình ảnh đẻ thu hồi các hướng trên bề mặt tại mỗi điểm khác nhau.
   ·        Silhouette (hình bóng) thường dùng để phác thảo các đường nét được tạo ra từ một chuỗi các hình ảnh xung quanh một vật 3 chiều trên nền tương phản tốt. Những cái bóng sẽ được đẩy lên cắt ngang nhau để tạo thành lớp vỏ gần giống như hình ảnh của vật thể.