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三维激光扫描技术
发布日期:2019-07-25

 什么是三维扫描仪?


三维扫描仪(3D scanner)是一种科学仪器,用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算,在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。

这些模型具有相当广泛的用途,举凡工业设计、缺陷检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。



三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术,各种不同的重建技术都有其优缺点,成本与售价也有高低之分。目前并无一体通用之重建技术,仪器与方法往往受限于物体的表面特性。例如光学技术不易处理闪亮(高反照率)、镜面或半透明的表面,而激光技术不适用于脆弱或易变质的表面。


三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的点云(point cloud),这些点可用来插补成物体的表面形状,越密集的点云可以创建更精确的模型(这个过程称做三维重建)。若扫描仪能够获取表面颜色,则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图,亦即所谓的材质印射(texture mapping)。


三维扫描仪可类比为照相机,它们的视线范围都呈现圆锥状,信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息,而三维扫描仪测量的是距离。由于测得的结果含有深度信息,因此常以深度视频(depth image)或距离视频(ranged image)称之。


由于三维扫描仪的扫描范围有限,因此常需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘(turnable table)上,经过多次的扫描以拼凑物体的完整模型。将多个片面模型集成的技术称做视频配准(image registration)或对齐(alignment),其中涉及多种三维比对(3D-matching)方法。 


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