Uncategorised

Skanowanie 3D - w poszukiwaniu ideału

 

Skanery 3D Artec to mobilne, ergonomiczne i wysoce precyzyjne urządzenia do pomiarów. Za pomocą wiązki światła białego - skaner 3D Artec Eva lub przy użyciu wiązek światła niebieskiego - skaner 3D Space Spider można zeskanować praktycznie wszystko, obiekt o dowolnych gabarytach i dowolnych, nawet skomplikowanych kształtach.

 skaner 3D artec spider

Skanery 3D są jednocześnie urządzeniami całkowicie bezpiecznymi dla zdrowia i życia ludzi i zwierząt. Kilkakrotnie przedstawialiśmy różne metody pomocy niepełnosprawnym osobom i zwierzętom. Dzięki osiągnięciom najnowszych technologii 3D - skanerom 3D Artec oraz drukarkom pracującym w trójwymiarze udało się pomóc chorym przynajmniej częsciowo odzyskać sprawność i zdrowie.

Dziś nowe technologie sprzyjają rozwojowi sektora o nazwie inżynieria odwrotna, umożliwiając rekonstrukcję maszyn i tworzenie dowolnych kompnentów bez potrzeby posiadania dokumentacji technicznej. Skanery 3D wpływają na produkcję w wielkich fabrykach, ratują zdrowie ludziom i zwierzętom, służą rozrywce i artystom niejednokrotnie zastępując ich zdolności manualne i przyśpieszając pracę, pokazując spektakularne efekty na ekranie kinowym. Skuteczne i błyskawicznie działające algorytmy zawarte w oprogramowaniu skanera 3D Artec Studio 11 pomagają automatycznie dopasować skany i stworzyć dokładny model 3D.

Jak wygląda proces skanowania 3D?

Proces skanowania 3D za pomocą skanerów 3D Artec jest bezbolesny i bezpieczny, a dodatkowo trwa krótko. Ważną sprawą jest to, że rezultaty są natychmiast wyświetlane na ekranie monitora w czasie rzeczywistym, a analiza dokonanych pomiarów i dopasowanie skanów 3D jest zautomatyzowanym procesem i umożliwia szybkie uzyskanie oczekiwanych efektów.

Coraz większą popularnością cieszą się także w branży rozrywkowej. W show biznesie skanery 3D służą nie tylko do tworzenia bohaterów filmów video i gier komputerowych, ale także do opracowania efektów specjalnych. 

Najpierw z wielu skanów 3D przy pomocy oprogramowania Artec Studio i Geomagic powstaje cyfrowy portret 3D. Następnie specjalista ds. skanowania 3D przystępuje do nałożenia tekstury, aby uzyskany portret był fotorealistyczny.

skan 3D portret cyfrowy

Jednym z ostatnich pomysłów Organizatorów Konkursu Piękności jest stworzenie postaci  kobiety idealnej. Inicjatorom pomysłu chodzi o to, aby przy użyciu skanera 3D Artec stworzyć wizerunek kobiety wspólczesnej o idealnych proporcjach i klasycznie pięknych rysach twarzy. Oto efekty pracy specjalisty ds. skanowania 3D:

 

skanowanie 3D modelki skany 3d

 W ten nieskomplikowany sposób powstał cyfrowy portret 3D kobiety o idealnej sylwetce.

Kolejnym etapem takiego eksperymentu jest opracowanie rysów twarzy oraz włosów celem uzyskania idelnej twarzy współczesnej kobiety. W oparciu o statystyki dotyczacej uznanych za idealne cech i rysów twarzy stworzono wytyczne do opracowania dzisiejszego kanonu piękna. W tym celu oprócz skanerów 3D Artec wykorzystano program ZBrush. Program ZBrush to program 3D przeznaczony przede wszystkim dla artystów, którzy potrafią rzeźbić, modelować i malować tym razem metodą cyfrową. Program ten umożliwia modelowanie dowolnych kształtów czy przedmiotów, a praca przypomina elastyczne modelowanie w glinie i rzeźbienie. Ponadto jest niezwykle precyzyjny, więc artysta ma możlliwość stworzenia dokładnie takich kształtów czy rysów, jakie sobie wymyślił lub odtworzenia istniejących. Dzięki takim możliwościom programu ZBrush można uzyskać wyjątkowe, niezwykłe efekty i stworzyć doskonały portret cyfrowy kobiety idealnej. 

 


Skanery 3D w inżynierii odwrotnej

 

Inżynieria odwrotna (wsteczna), nazywana również programowaniem zwrotnym, to proces badania produktu za pomocą precyzyjnych urządzeń pomiarowych. Celem takiego pomiaru jest  określenie cech budowy i działania danego produktu. Inżynieria odwrotna jest zazwyczaj stosowana w celu odtworzenia danego elementu (komponentu całej konstrukcji/mechanizmu) lub całego produktu, w przypadku braku modelu 3D CAD i/lub dokumentacji. Proces ten jest również wykorzystywany w procesie kontroli jakości, aby porównać element rzeczywisty z pierwowzorem.

Skaner 3D Artec inżynieria odwrotna

Proces skanowania odlewu za pomocą ręcznego skanera Artec Spider

Budowanie modelu 3D części od podstaw, w przypadku, jeśli nie dysponujemy odpowiednią dokumentacją (opisem technicznym, specyfikacją paramentów), może okazać się żmudne i czasochłonne nawet przy użyciu parametrycznych systemów CAD. Proces ten można uprościć i przyspieszyć posługując się procesem inżynierii odwrotnej (reverse engineering), wspomaganej przez ręczne skanery 3D. 

Poniżej pokażemy cały proces inżynierii odwrotnej na wybranym przykładzie. Za pomocą skanera 3D Artec Space Spider skanowany zostanie przedmiot dekoracyjny.

 

Space Spider to ręczny skaner 3D, który przy użyciu technologii światła strukturalnego niebieskiego pozwala szybko skanować obiekty z wysoką dokładnością do 0,05 mm. Proces skanowania 3D jest bezdotykowy i bezpoeczny, a powstałe pomiary otrzymujemy także w kolorze, co umożliwia dodatkowe wykorzystanie pomiaru w wizualizacji bądź wydruk 3D na kolorowej drukarce 3D.

Jak wygląda proces skanowania 3D?

 

Skanowanie 3D polega na przemieszczaniu skanera dookoła obiektu w taki sposób, aby uchwycić wszystkie powierzchnie, które operator chce odwzorować. W trakcie skanowania w czasie rezczywistym powstaje model 3D, który jest widocznie na ekranie monitora. Dzięki temu operator skanera na bieżąco może kontrolować wyniki swojej pracy i czuwa nad popprawnym przebiegiem procesu.

skanowanie 3d eskponaty muzealne

Działanie skanera Artec pozwala uzyskać kompletny model 3D całego przedmiotu bez konieczności przerywania pomiaru.

Utrudniony dostęp do obiektu lub wielkość obiektu uniemożliwiająca jego transport również nie jest przeszkodą, gdyż skanere 3D Artec jest lekki, mobilny i skutecznie dociera do miejsc trudno dostępnych. Operatot łatwo może przeprowadzić część pomiaru, przerwać go, a następnie zeskanować kolejne, brakujące części. Program Artec Studio posiada wbudowane algorytmy, dzięki którym połączenie kilku takich skanów w jeden spójny model nie przysparza trudności, a model nie musi być oklejany znacznikami. Nie trzeba również wskazywać precyzyjnego miejsca łączenia skanów 3D (punktów wspólnych na łączonych skanach).

 

 Dopasowywanie skanów

Jeśli skanujemy z przerwami, to aby połączyć dwa skany w jeden, należy wskazać na nich co najmniej trzy punkty wspólne (mogą być przybliżone lokalizacje), a oprogramowanie bez trudu dopasuje skany na bazie geometrii i tekstury. W razie potrzeby możliwe jest dołączenie kolejnych fragmentów (takie połączenie skanów jest stosunkowo proste, gdyż obiekt nie zmienia się w trakcie skanowania). Odpowiednie algorytmy łączą skany elementów „nie sztywnych” (m.in. twarz człowieka, który w trakcie kolejnego przejścia zmienia mimikę twarzy). Złączenie  pojedynczych skanów w jeden pozwala wygenerować jeden spójny model 3D.

 

 Tworzenie siatki trójkątów

Wygenerowany model tworzy najczęściej siatka trójkątów, powstała w oparciu chmurę punktów. Najczęściej siatkę trójkątów trzeba zoptymalizować przez usunięcie małych elementów, uproszczenie, wypełnienie otworów oraz wygładzenie powierzchni. Można również wygenerować kolor (zarejestrowany podczas skanowania) na modelu.

 

Eksport wyników

Gdy model 3D jest gotowy, pozostaje jedynie eksport pliku: do siatki trójkątów (STL, {LY, OBJ, WRL) lub chmury punktów (ASC, XYZRGB). Chmurę punktów można następnie w systemach CAD zamieniać na powierzchnie, natomiast bezpośrednio na siatce trójkątów można w niektórych systemach CAM (np. w programie ZW3D) generować programy obróbkowe. Jeśli zeskanowany model wymaga naprawy lub zamiany na powierzchnie NURBS, warto skorzystać z przeznaczonych do tego celu programów (np. Geomagic Studio, Leios). 

 

Naprawa, wygładzanie i zamiana na powierzchnie

Program Geomagic Wrap pozwala na zaawansowaną edycję siatek trójkątów i chmur punktów, a także na sprawną zamianę nawet skomplikowanego modelu powstałego przez skanowanie 3D na powierzchnie NURBS. Dzięki temu inżynier posługujący się programem CAD/CAM ma możliwość wykonania na nim operacji Boole’a. Na przykładzie zeskanowanej części możemy naprawić defekty modelu, w tym przypadku powstałe podczas procesu odlewania (rys. 4).

Tak przygotowany model można bez trudności zamienić go na powierzchnie NURBS. Powierzchnie można nałożyć ręcznie lub automatycznie. Tryb automatyczny pozwala uniknąć błędów popełnianych przy trybie manualnym i znacznie skraca czas pracy. Uzyskany wynik można zapisać w jednym z wielu dostępnych formatów (np. iges lub step) i kontynuować pracę przenosząc model do systemu CAD/CAM. 

 

 

Procesy inżynierii odwrotnej z wykorzystaniem nowoczesnych skanerów 3D stają się coraz bardziej popularne. Ich atutem jest możliwość realnego przyśpieszenia procesu rekonstrukcji różnych elementów bez dokumentacji. Kolejną zaletą tej metody szansa na idealnie dopasowanie produktów do istniejącego kształtu (w protetyce i ortopedii). Wykorzystanie skanerów służy także archiwizacji przedmiotów i tworzenia ich wiernych kopii (stosowane w muzealnictwie, archeologii, archiwizacji) oraz podczas kontroli jakości (porównanie produktu z projektem CAD).

Geomagic Wrap ®

Program Geomagic Wrap dostarcza zestaw najlepszych narzędzi niezbędnych do pracy dla skanerów 3D. Dzięki nim możliwe jest szybkie i efektywne przekształcenie skanu 3D i importowanych plików w model 3D gotowy do natychmiastowego wykorzystania. Inżynieria odwrotna (reverse engineering) ułatwia rozwój nowych produktów poprzez szybkie prototypowanie w wielu branżach: staje się coraz bardziej popularna w przemyśle, inżynierii, masowej produkcji. Jest również szeroko wykorzystywana w badaniach naukowych: w archeologii i sztuce oraz muzealnictwie - w oparciu o procesy inżynierii odwrotnej powstają wirtualne muzea. Znajduje zastosowanie także w show biznesie. Można przyjąć, że inżynieria odwotna powoli stosowana jest w niemal każdej dziedzinie życia, gdyż przy jej pomocy można otrzymać doskonałe modele 3D na podstawie skanów 3D i plików CAD przy pomocy programu Geomagic Wrap. 

 

Geomagic Wrap chmura punktów Geomagic wrap model 3d

 

Rewolucja podczas obróbki skanów 3D

Geomagic Wrap to łatwe w obsłudze, szybkie, dokładne i relatywne tanie narzędzie do przetwarzanie chmury punktów na trójwymiarową siatkę trójkątów STL i model powierzchniowy. Te komponenty zostają zastosowane w procesie inżynierii współbieżnej, wytwarzaniu, inżynierii, sztuce, wzornictwie przemysłowym i wielu innych dziedzinach działalności ludzkiej. 

System Geomagic Wrap wykorzystuje możliwości cyfrowe (digital bridge), aby zapewnić użytkownikowi tworzenie jak najbardziej precyzyjnych plików przeznaczonych m.in. do druku 3D, frezowania, archiwizacji i wielu innych obszarów zastosowań 3D

Geomagic wrap popiersie

Zaawansowane narzędzia tworzenia powierzchni wbudowane w system Geomagic Wrap umożliwiają łatwy dostęp do funkcji modelowania i tworzenia doskonałych modeli 3D. Skrypty i makra zapewniają również utworzenie automatycznych funkcji do powtarzalnych zadań występujących w procesie inżynierii odwrotnej. 

Geomagic Wrap umożliwia użytkownikom transformację plików chmury punktów, probe data i importowanych formatów 3D (STL, OBJ itp.) na siatki trójkątów STL, które następnie można wykorzystać do wytwarzania, analiz, projektowania, rozrywki, archeologii. 

 

Anatomiczna wizualizacja 3D: skanowanie kości pozwala na rekonstrukcję twarzy ludzi