Cosa sono e come funzionano gli Scanner 3D e tecnologie di scansione
Le tecnologie di scansione 3D sono utilizzate per acquisire la forma di un oggetto mediante uno scanner 3D. Il risultato è un file 3D dell’oggetto che può essere salvato, modificato e stampato in 3D. Esistono diverse tecnologie di scansione 3D scelte sulla base dell’oggetto, ambiente o persone da scansionare.
Alcuni scanner 3D possono contemporaneamente raccogliere dati di forma e colore. Una superficie di colore scansionata è chiamata texture.
Gli scanner 3D sono potenti strumenti per professionisti e trovano applicazioni in diversi settori, come l’automobilistico, aeronautico, dentistico, gioielliero, nonché videogiochi, effetti speciali, film d’animazione arte e cultura.
Le tecnologie di scansione 3D si basano su diversi principi fisici e si differenziano tra quelli più adatti per per la scansione a breve raggio e quelli maggiormente adatti per la scansione a medio o lungo raggio, così come la scansione 3D di oggetti molto piccoli è diversa da quella necessaria per scansionare in 3D oggetti di grandi dimensioni.
Quali sono le tecnologie di scansione 3D?
Scanner 3D a breve raggio:
Per questo tipo di scansione si utilizza in genere una tecnologia di triangolazione laser o luce strutturata, dove viene proiettato un raggio laser su una superficie e ne viene misurata la deformazione.
1. Scanner 3D basati su triangolazione laser
Quetsi scanner 3D utilizzano un processo chiamato triangolazione trigonometrica per catturare con precisione una forma in 3D. Gli scanner laser funzionano proiettando un raggio laser o più raggi su un oggetto, catturandone il riflesso con un singolo sensore o più sensori (fig. 01).
2. Scanner 3D a luce strutturata
Storicamente noti come scanner 3D a “luce bianca”, gli scanner 3D a luce strutturata utilizzano la luce proiettata di un LED blu o bianco con lo stesso metodo di triangolazione trigonometrica degli scanner laser (fig. 02).
Principali vantaggi degli scanner 3D a breve raggio:
• Scansione di superfici difficili, come le finiture lucide o scure
• Poco sensibili al cambiamento delle condizioni di luce e della luce ambientale
• Tempi di scansione molto rapidi – fino a 2 secondi per scansione
• Ampia area di scansione
• Alta risoluzione: fino a 16 milioni di punti per scansione e 16 micron (.00062 “) di spaziatura tra punti
• Elevata precisione: fino a 10 micron (.00039 “)
• Soluzioni portatili che ne agevolano l’utilizzo
Fig. 01 Esempio scanner a triangolazione laser
Fig. 02 Esempio scanner (specifico dentale) a luce strutturata
Scanner 3D a medio e lungo raggio:
Gli scanner 3D a lungo raggio sono disponibili in due formati principali: a impulsi e sfasamento. Entrambi perfettamente adatti ad oggetti di grandi dimensioni come edifici, strutture e aerei.
1. Scanner 3D a sfasamento
Gli scanner 3D a sfasamento catturano milioni di punti ruotando di 360 gradi e, oltre a pulsare il laser, i sistemi di sfasamento modulano anche la potenza del raggio laser. Le scansioni sono in genere più accurate ma meno flessibili rispetto agli scanner 3D basati su impulsi (fig. 03).
2. Scanner 3D a impulso
Gli scanner a impulso laser (chiamato anche tempo di volo) misurano quanto tempo impiega un laser per colpire un oggetto e tornare indietro. Poiché la velocità della luce è nota, il tempo impiegato dal laser per tornare indietro fornisce la distanza esatta tra lo scanner 3D e l’oggetto. Per misurare con precisione la distanza, lo scanner 3D calcola milioni di impulsi laser con una precisione al picosecondo (0,000000001 secondi). Inoltre, possono scansionare oggetti fino a 1000 metri di distanza (fig. 04).
Principali vantaggi della scansione 3D a medio e lungo raggio
• Scansione 3D di milioni di punti in un’unica scansione: fino a 1 milione di punti al secondo
• Ampia area di scansione fino a 1000 metri
• Buona precisione e risoluzione in base alla dimensione dell’oggetto
• Soluzioni portatili che ne agevolano l’utilizzo
La fotogrammetria: scansione 3D da fotografie
La fotogrammetria è la tecnica di fare misurazioni da fotografie e ricostruire in 3D un soggetto da acquisizioni 2D. In particolare, per recuperare le posizioni esatte dei punti di superficie, la fotogrammetria si basa su un mix di visione artificiale e potenti algoritmi di geometria computazionale.
Il principio della fotogrammetria è quello di analizzare diverse fotografie di un soggetto statico, prese da diversi punti di vista, e di rilevare automaticamente i pixel corrispondenti a uno stesso punto fisico. I dati di input richiesti dall’utente sono i parametri della fotocamera come la lunghezza focale e la distorsione dell’obiettivo.
La principale sfida di questa tecnologia di scansione 3D consiste nell’analizzare molte foto e migliaia di punti con elevata precisione.
I principali vantaggi della fotogrammetria:
• Precisione
• Velocità di acquisizione
• Possibilità di ricostruire soggetti di varie scale
La tecnologia di scansione 3D basata sui contatti
Questa tecnologia di scansione 3D effettua un campionamento di più punti su una superficie misurata dalla deformazione di una sonda. Conosciuta anche come digitalizzazione, questa tecnica richiede il contatto fisico dell’oggetto attraverso delle sonde che vengono spostate sulla superficie in vari punti dell’oggetto per registrare le informazioni 3D.
La sonda è talvolta collegata ad un braccio articolato in grado di raccogliere tutte le configurazioni dell’oggetto e gli angoli, per una maggiore precisione. Un esempio di questo tipo di scansione 3D è la Macchina di Misura a Coordinate (CMM). Questa scansione 3D è ampiamente utilizzata per eseguire il controllo di qualità delle parti dopo la fabbricazione o durante le operazioni di manutenzione.
I principali vantaggi sono:
• La precisione
• La capacità di scansionare in 3D superfici trasparenti o riflettenti
Le tecnologie di scansione 3D disponibili, come abbiamo visto, richiedono delle competenze tecniche necessarie alla buona riuscita della scansione. In Prototek offriamo un servizio di scansione 3D professionale, anche a domicilio, utilizzando le migliori soluzioni disponibili sul mercato.
Fonte ARTEC 3D
Fig. 03 Scanner a sfasamento
