O dezvoltare cvasi-corelată în direcțiile hardware și software – adică în privința dispozitivelor destinate să capteze imagini (foto/video) laolaltă cu informații privind distanțele, și respectiv a aplicațiilor capabile să convertească astfel de informații în modele tridimensionale compatibile CAD – a dus, convergent, la ceea ce astăzi putem considera ca fiind scannarea 3D funcțională, aplicabilă fie în rezolvarea unor probleme dificile (angajând eventual un proces de inginerie inversă), fie la rezolvarea artizanală a unor cerințe particulare (precum crearea de proteze medicale prin tipărire 3D).
Generalități şi clasificări
Știm că scannarea 3D consistă în prelevarea de imagini (2D, fotografice) ale unor entități reale (obiecte, produse manufacturate, piese de artă, sisteme tehnice, instalații tehnologice, clădiri, construcții, interioare de hale industriale, ș.a.m.d.) în vederea obținerii modelelor 3D digitale ale respectivelor entități, cu scopul de a le studia, de a le dezvolta, de a le integra în fluxuri de proiectare, de fabricație, de management (adică inclusiv CAD, CAE, CAM, PLM). Desigur, pentru a obține rezultate de calitate înaltă (presupunând precizie dimensională, corectitudinea formelor și detaliilor, informații despre materiale constituente, despre rugozitate, etc), preluarea imaginilor sursă se face cu camere foto specializate, însă în extremis ele pot fi captate și cu camera foto încorporată în smartphone. De asemenea, și aplicațiile software care prelucrează imaginile sursă și generează modelul 3D aferent entității vizate acoperă o plajă largă: de la destinațiile profesionale (precum CAE/ CAE/CAM sau AEC/BIM) până la cele domestice sau de divertisment. Deja intuim că această arie cuprinde atât aplicații cu valoare comercială, cât și aplicații gratuite. (Vom reveni cu exemple din ambele categorii.)
Un element cheie al scannării 3D îl constituie distanța de la camera foto (sau de la senzor) la entitatea reală vizată, distanță care va intra în calculul geometric necesar pentru generarea modelului 3D corespondent (care este o reprezentare vectorială). Din perspectiva tehnicii fotografice, teoretic la orice obiectiv foto comandat electronic se poate determina distanța până la locul unde are loc focalizarea, însă precizia acestei determinări este insuficientă pentru a obține detaliile necesare modelării profesionale. Și pentru că este nevoie de mai mult de atât, se recurge la diverse abordări, precum tehnica LiDAR sau precum triangulația cu folosirea simultană a mai multor obiective/camere foto.
În privința principiului prin care este evaluată această distanță, aflăm că există trei metode (trei tipuri de dispozitive de scannare și respectiv trei categorii de software pentru procesare/modelare): (1) scannare LASER, (2) fotogrammetrie, și (3) scannare cu lumină structurată. Desigur, fiecare metodă are anumite particularități care o recomandă pentru anumite aplicări. De exemplu, fotogrammetria folosește fotografii dar și informații de poziționare spațială (de la smartphone, de la dronă, de la camera foto) pentru a crea modelul 3D al unor entități mari (clădiri, poduri, căi rutiere/ ferate, munți), și are – așa cum ne așteptăm – multe aplicări în domeniile geo-spațiale (GIS și conexe). Pentru modelarea de entități relativ mici (obiecte, piese, ansambluri) se recomandă metodele de scannare LASER sau cu lumină structurată, iar scannerele în aceste cazuri sunt fie unele portabile (manevrate de operatorul uman), fie unele cu suport/masă de lucru.
Referitor la informația obținută la finalul procesului, aflăm că de regulă modelul 3D obținut prin scannare este fie o rețea ,,mesh’’ de aproximare a formelor/suprafețelor 3D, fie un nor de puncte 3D, fie chiar un model conform uzanțelor MCAD (constituit din suprafețe/solide geometrice sau chiar din entități de modelare parametrice). De regulă, și depinzând de domeniul de aplicare, acest model 3D constituie un fișier care va fi deschis/importat într-o aplicație de sorginte CAD pentru folosință/dezvoltare ulterioară.
Hardware şi software
Dacă se pune problema să alegem un scanner 3D profesional pentru o aplicare concretă (sau pentru o familie de aplicări), pe lângă tipul tehnologiei/metodei de modelare 3D, avem de luat în calcul și câteva caracteristici de operare semnificative (portabilitate, manevrabilitate, ușurința de asimilare), dar și o serie de parametri numerici privind sca-nnarea obiectului și captarea detaliilor:
- precizia/acuratețea măsurătorii: 0.5 – 0.05 mm
- gabaritul obiectelor: 0.1 – 4 m
- calibrarea volumetrică (la dimensiunile piesei): 0.05 mm + 0.15 mm
- rezoluția măsurătorii: 0.3 – 0.05 mm
- rezoluția rețelei de modelare (mesh): 1 – 0.1 mm
- viteza/rata de măsurare: 100000 – 2000000 măsurători/secundă
- sursa de lumină: lumină albă, lumină filtrată cromatic, lumină polarizată
- metoda de poziționare/referențiere: geometrie (muchii, suprafețe); puncte/ținte; culoare
- aria de scannare: 400 x 400 mm
- distanța standard: 400 mm
- profunzimea: 300 mm
- rezoluția texturii (~rugozitate): 50 – 200 DPI
- culoarea texturii: 24 de biți
- tipuri de fișiere: STL, DAE, FBX, MA, OBJ, X3D, 3MF
- conexiune/interfață hardware: USB 2.0, USB 3.0
- temperatura și umiditatea maxime suportate în operare
- greutate, dimensiuni, etc.
Aplicații software pentru smartphone: 3D Creator (Sony); Dot3D; EveryPoint; Evryway Scanner; Heges; Itseez3D; Open Constructor; Partikle; Qlone; RealityScan; Scandy Pro; Scaniverse; Scann3D; SiteScape; Trimensional; Trnio; etc.
După ce aplicația a terminat de generat modelul 3D, îl putem eventual trimite unui serviciu internet/on-line de fabricație aditivă pentru a obține (prin tipărire 3D) copia obiectul vizat.
La final facem observația că subdomeniul scannării 3D este foarte asemănător cu un subdomeniu CAD/CAE/CAM deja consacrat: măsurarea 3D (unde avem furnizori/soluții precum Bruker, Creaform/AMETEK, Digital Surf, EDM Intelligent Solutions, GoMeasure3D, InnovMetric, Keyence, Mahr, Measurement Solutions, Nikon, Solid Solutions, Verisurf, Wenzel, Zeiss, etc).
