3D掃描技術如何運作？

 

 

1.我們世界的維度，用於查看、掃描等

在我們深入了解 3D 掃描的迷人世界（包括大量雷射掃描器、結構光掃描器、設計軟體、3D 模型等）之前，讓我們花一點時間更好地了解我們所談論的內容。無論我們走到哪裡，這三個維度都圍繞著我們並描述著我們。每個人都知道我們生活在一個 3D 世界，即使是那些不知道 3D 掃描器是什麼的人。但「3D 世界」到底意味著什麼呢？這意味著我們周圍的空間具有三個維度，並且可以使用三個數字（也稱為參數或座標）來描述任何物體的位置。有多種方法可以指定這三個參數，這樣做的規則稱為座標系。

 

 

當我們談論周圍事物的寬度、高度和深度時，我們使用的是笛卡爾座標系的術語——它可以是右手座標系 (RHS) 或左手座標系 (LHS)。兩者之間的唯一差異是 z 軸的方向，即指某物的深度。

 

 

所有 3D 座標系的共同點是它們具有三個獨立的參數，可以清楚地描述空間中任何點（無論是表面還是其他）的位置。這似乎是一個很簡單的觀點，但當涉及 3D 掃描器和掃描時，正是諸如此類的基本原則才能真正幫助您更好地掌握並成功地使用這項改變世界的技術。

當我們考慮到當今專業 3D 掃描解決方案和軟體的準確性和解析度時，任何與 3D 掃描和掃描器領域相關的尺寸討論都變得更加重要。最新 3D 掃描器的效能遠遠超出人眼可見的水平，完全取決於可靠且可重複的基於硬體和軟體的座標系統。

 

2.關於物體及其 3D 掃描的非常簡短的介紹

 

除了它們在空間中的位置之外，所有物理物件都具有尺寸。物件可以是 0D、1D、2D 或 3D。

讓我們考慮一些非常小的東西，例如原子，我們可以說它幾乎不佔據任何空間，所以我們可以稱它為點。當點物件在空間中的位置可以透過其 x、y 和 z 座標來描述但沒有尺寸時，它被稱為 0D 物件。雖然您當然可以找到用於 1D、2D 和 3D 物體的掃描儀，但對於 0D 物體卻不能這樣說。

非常細的鏈就是一維物件的一個例子。除了第一個和最後一個連結之外，每個連結都只有兩個「鄰居」或相鄰連結。

一張薄紙 (c) 是一個 2D 對象，因為其第三維度（厚度）與其寬度和高度相比微不足道。

3D 物件的一個簡單範例是一個盒子，它具有寬度、高度和深度，並在所有 3 個維度上佔據一定程度的空間。

就當今市場上的專業 3D 掃描器而言，製造商在其產品頁面以及產品文件中明確指定了最佳物件尺寸（要進行 3D 掃描）。 3D 掃描儀的尺寸範圍廣泛，包括適用於微小和小型物體的自動桌上型掃描儀、適用於中小型物體的手持式結構光掃描儀以及適用於大型甚至大型物體的大型掃描儀，例如3D 雷射掃描儀。反過來，透過這些掃描器創建的 3D 模型可以根據需要調整大小，包括透過專業 CAD 設計軟體。

 

 

3.透過掃描、CAD 等創建 3D 模型

目前一代專業3D掃描解決方案，包括結構光掃描器、雷射掃描器和軟體，與電腦技術緊密相連。這使得開發新的電腦控制機械，又稱 CNC（電腦數控）成為可能。借助數控技術，我們在生產多種形狀的物體（有時稱為自由曲面）方面邁出了一大步。

CNC的主要思想是由電腦取代人來控制工具機。計算機可以以最高水準的準確性、非常精確且有效率的方式完成此操作。話雖如此，電腦需要特殊的命令來準確地告訴它們要執行什麼操作。這些命令由稱為電腦輔助製造 (CAM) 和電腦輔助設計 (CAD) 的軟體系統產生。讓我們簡單地看一下電腦如何處理 3D 物件。

 

4.什麼是頂點？它與 3D 掃描有何關係？

電腦圖形和 3D 掃描器領域中的頂點是指描述點的各種屬性的資料結構。任何點的主要屬性是它的位置，但其他屬性可以包括顏色、反射率、座標、法線和切向量等。

通常，頂點被假定為直線、曲線或邊相交的點，因此這種基本幾何特徵經常用於描述其他更複雜的幾何形狀，例如邊、面、網格或網格。表面。這就是為什麼某些頂點屬性不僅僅描述一個點，而是描述一個點周圍或附近的整個表面。

點雲是通常由 3D 掃描器（尤其是 3D 雷射掃描器）產生的頂點陣列。

 

5.什麼是邊緣？ 17 個字的描述。

邊是連接兩個點（頂點）的任何直線。可以是臉部的一部分

 

 

3D 掃描世界中的網格

3D 技術中的網格（包括透過 3D 掃描器建立的模型）是指透過電腦圖形在軟體中表示表面的方式。簡而言之，網格是頂點和麵的集合，以及有關頂點如何構成面以及它們如何相互連接的資訊。

通常，面可以由任何類型的多邊形組成，但在大多數情況下，使用三角形，因為它們更容易在圖形處理單元 (GPU) 中實現。不同類型的網格需要特定的多邊形類型，並且它們的規則是特定於應用程式的：

面頂點— 頂點和指向其使用的頂點的一組多邊形。

翼邊— 每條邊都有兩個頂點、兩個面和四個接觸它們的邊。

四邊形— 由邊、半邊和頂點組成，不涉及任何多邊形。

角表— 這些表將頂點儲存在預先定義的表中以定義多邊形。

這本質上是硬體圖形渲染中使用的三角扇。表示更緊湊，檢索多邊形更有效，但任何更改多邊形的操作都很慢。此外，角表不能完全代表網格。需要多個角桌（三角扇）來表示大多數網格。

頂點-頂點網格 - 這些網格僅使用指向其他頂點的頂點。儘管可以執行的網格高效操作的範圍有限，但這是一種非常節省尺寸的格式。

可以手動建立簡單的網格，而更複雜的網格可以透過數學方程式、演算法或使用 3D 掃描器以數位方式捕捉真實物體來建模。網格最重要的特徵之一是其簡單性。可以透過多種方式捕捉和數位化相同的表面。

 

關於 3D 技術、掃描、當前使用和未來趨勢的結論

了解 3D 技術的各個組成部分不僅可以幫助我們更清楚地理解周圍世界的一些發人深省的方面，還可以讓我們了解 3D 解決方案（包括 3D 掃描）的實際工作原理。

特別是在過去的二十年裡，3D技術參與了從東西方許多具有挑戰性和關鍵性的科學計畫。其中包括用於保護瀕臨破壞的文化遺產地和物體的3D 雷射掃描器和軟體，工程師使用手持式結構光3D 掃描器對具有複雜表面和形狀的零件進行逆向工程，然後將CAD 設計軟體與3D 模型結合使用在最後階段，醫生和醫療專業人員對患者進行 3D 掃描以進行各種應用，包括假體設計、皮膚病診斷等等。

就對 3D 技術的深入理解的有用性而言，在世界各地，這些知識每天都變得越來越重要。 3D技術在全社會的應用日益廣泛，一些專家表示，未來家庭、學校和工作場所將廣泛使用3D技術

 

目前，3D 技術的採用已廣泛應用於航空航太、工程、數位製造、醫療保健、CGI 等領域。而在未來，具有掃描經驗的 3D 專家可能會面臨對其技能和專業知識的更大需求。

 

如今的年輕一代逐漸認識到 3D 掃描儀不僅僅是實驗室裡的東西，或者像過去幾十年那樣出現在科幻電影和小說中。年復一年，專業 3D 掃描越來越接近我們的日常生活，而此類技術的製造商已將其解決方案無縫整合到社會各個層面。結果是，即使是孩子也開始習慣在教室中使用結構光掃描儀，並看到醫療和牙科診所使用 3D 掃描儀。曾經嚴格限制在專業領域的東西現在已經成為我們日常生活中不可取代的一部分。

專業 3D 掃描器和軟體（包括雷射掃描器和結構光掃描器）製造商在提高掃描器的精度和解析度方面取得了長足進步。同時，設計專業人員和其他技術專家比以往任何時候都更容易採用3D 掃描，他們意識到此類掃描器以及生成的3D 模型可以減輕他們的工作負擔，使他們能夠完成一些以前不可能或無法完成的任務。極為困難。

技術專家正在設想廣泛使用 VR/AR 教育應用程式等解決方案，孩子們將在安全舒適的教室裡參觀亞馬遜雨林或崎嶇的喜馬拉雅山峰或任何其他地方；數位設計工程師將廣泛使用 3D 掃描和建模，利用 VR/AR 環境來查看他們設計的物件並與之交互，然後根據需要用各種材料 3D 列印它們；醫生很快將能夠對您的身體進行 3D 掃描，然後使用您自己的幹細胞 3D 列印逼真的替代器官和其他解剖結構，從而完全消除免疫系統排斥的可能性…等等。當談到挖掘 3D 掃描的巨大潛力時，這只是一個開始。 

 

 

 

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