Nem kertelünk, kikapcsolt 3D-szkennert látni csalódás: az ember a sci-fi filmekben látott pörgő-forgó leolvasókra, lézerfényekre, stroboszkópra számít, a valóságban viszont egy fotóállványból, egy kamerából, egy projektorból és tíz méter kábelből áll a berendezés. Nem is mozog, nem is ad ki hidraulikus szisszenéseket, csak úgy van, pedig másodpercek alatt letapogat bármilyen tárgyat, és akár egy pénzérmét is precízen le lehet másolni vele. Azt is megmutatjuk, hogyan lehet egyszerű digitális kamerával 3D-s modellt készíteni egy tárgyról.

Néhány héttel ezelőtt a 3D-nyomtatás rejtelmeibe avattuk be olvasóinkat, ezúttal az ellenkező irányú feldolgozást vizsgáltuk meg: miként lehet egy tetszőleges formájú tárgyról tökéletes pontosságú modellt készíteni úgy, hogy az ne igényeljen több heti számítógépes tervezést? 3D-s szkennerrel! 

Egy legyártott motorblokk, alkatrész, de akár muzeális értékű műtárgy száz százalékig pontos virtuális modelljét lehet elkészíteni a térhatású szkennelés segítségével. A technológia akár azt is lehetővé teszi, hogy egy meglévő tárgyból azzal teljesen megegyező formájú műanyag másolatot készítsenek, ha ehhez rendelkezésre áll egy 3D-nyomtató.

Nem a hardver, a szoftver a különleges

A zuglói Varinex Zrt-nél több, eltérő működési elvű háromdimenziós szkennert használnak, mert ezek mindegyike más jellegű felhasználást tud kiszolgálni optimálisan. Az egyszerűbb berendezést egy alagsori szoba sarkában helyezték el, és külsőre nem látványosabb egy fotósüzlet igazolványkészítő sarkánál: mindössze egy asztalból, egy projektorból és egy nagy felbontású webkamerából áll. A varázslatért nem is ezek az eszközök, hanem a szkennerre kötött PC-n futó szoftver a felelős.

 

Nézze meg, hogy működik a 3D-szkenner!

A projektor arra szolgál, hogy megfelelő, világos és sötét részekből álló fényrácsot vetítsen a beszkennelni kívánt tárgyra: a letapogatáshoz szükséges mintákat pár másodperc alatt végigvillogtatja, persze a kitakart részek miatt több nézetből kell elkészíteni a felvételeket. Ez már valóban időigényes, az érme teljes 3D-s modellje jó tíz perc alatt állt össze. Mire szolgál a rácsozat? A tárgyra vetített egyenesek mintájának torzulását érzékeli a számítógép: az egymás után felvillanó rácsmintázatok segítségével néhány mikronnyi sűrűséggel mintát lehet venni a tárgy alakjából (egy mikron, azaz egy mikrométer a milliméter ezredrésze).

Szabadon lehet nagyítani, módosítani a beszkennelt tárgyat

A beolvasások végeredménye egy pontfelhő, azaz miniatűr minták milliói: a szkennelés során ráadásul nemcsak a tárgy - esetünkben egy Liszt Ferenc-emlékérme -, hanem az alatta elhelyezett bársony alakját is beolvasta a gép. Ebből pedig a 3D-szkenneléshez kifejlesztett szoftverrel utólag ki kell vágni a lényeget. A pontok millióiból a program háromszögekből összeállított modellt készít a számítógépes tervezőprogramok által értelmezhető formátumban: ez már alkalmas további feldolgozásra.

Forrás: [origo]
A pénzérme makettje csak az utómunka után lesz ilyen tökéletes

A próbánkhoz használt bronz emlékérmét például CAD-szoftverben szabadon felnagyították és lekicsinyítették, így a 3D-printeren óriási és miniatűr változatát is egyszerűen el lehetett készíteni műanyagból anélkül, hogy a részletei a legkisebb mértékben elvesztek vagy torzultak volna.

A lézer szkennel igazán precízen

Egy teljesen eltérő működési elvű szkennert is használnak a zuglói cégnél: ez egy CNC marógépre szerelt lézeres távmérőből áll. Működése során a szélességi és hosszúsági  koordinátákat a marógépet mozgató elektronikától kapja a rendszer, a szkennelt tárgy képét pedig a lézer által visszaadott magassági koordináták alapján rajzolja ki a szoftver. Mivel a módszer egy miniatűr lézerpontot használ a letapogatáshoz, jóval időigényesebb, mint a strukturált fényes megoldás. Pontossága miatt mégis előszeretettel használják, és előnyére szolgál az is, hogy a videóban szereplő érméhez hasonló egyszerűbb tárgyak beolvasásához forgatni sem kell a tárgyat.

Forrás: [origo]
Az eltérő színek eltérő szögből való letapogatást jeleznek


Mit érdemes szkennelni?

Bár a 3D-szkennelés arra is használható, hogy egy különösen jól sikerült legóautót bevigyenek a számítógépbe, vagy apró műanyag tárgyakat "fénymásoljanak", mégis az ipar él vele a leginkább - hiszen a kinyomtatott játék sokszorosába kerülne, mint a bolti eredetije. Gyakori, hogy egy számítógépes tervezőszoftverben elkészített, legyártott, majd csiszolással tökéletesített fröccsöntő szerszámból szeretne több példányt valamelyik vállalat. Ilyenkor 3D-szkeneléssel lehet a kézzel végzett tökéletesítéseket visszadolgozni az eredeti modellbe. Egyszerűbb és olcsóbb is, mint újrakezdeni a szerszámok csiszolgatását.

A gyártósorok ellenőrzésére is térbeli szkennerek szolgáltatják a megoldást. A 3D-szkenelés végén kapott STL fájlt össze lehet hasonlítani az eredeti modellel. Ha a szerszámgyártás során nem volt gond, a két tárgy azonos, a gyártósor pedig nem állít elő nagyon drága műanyag hulladékot.

Forrás: [origo]
Ilyen rácsozattal tapogatja le a tárgyat a kivetítős 3D-szkenner

 

Otthon is lehet 3D-szkennere

A 3D-s nyomtatáshoz még mindig néhány ezer dolláros beruházás kell, ha otthon szeretne vele kísérletezni az ember, az ipari pontosságú berendezéseket pedig több tízmillió forintért adják. A 3D-s szkennelés ennél lényegesen olcsóbban megvalósítható otthoni körülmények között. A labor összerakásához egy webkamera szükséges, egy vonalszerű fényt kibocsátó lézer - esetleg egy mutatólézer és egy üvegrúd - és a David Laserscanner nevű ingyenes program. A szoftvert gyártó cég indulócsomagokat és alkatrészeket is árul: a minden alkatrészt tartalmazó doboz sem drágább négyszáz eurónál, vagyis százhúszezer forintnál. Ez ugyan karácsonyi ajándéknak még drága, ám iskolai oktatóeszköznek el tudjuk képzelni. A barkácsolós utat követők pedig húsz-harmincezer forintból rakhatják össze az otthoni 3D-szkennert, ez már "zsebpénz" ezért a csúcstechnológiáért.

Forrás: Photo-To-3D.com
Egyszerű, digitális kamerával és célszoftverrel készített 3D-modell

Aki beéri kevésbé profi modellek készítésével, annak az Autodesk 123D Catch nevű ingyenes szoftvere lehet a jó választás. Ennek használatához ugyanis elegendő egy hagyományos digitális fényképezőgép, amellyel a tárgyakat több irányból kell lefotózni. A szoftver a betáplált fotókat továbbítja az Autodesk felhőalapú feldolgozó rendszerének, ez képes előállítani a 3D-s virtuális modellt, amely az eredeti tárggyal azonos textúrával bír.

Hasonló elven működik a Photo-to-3D.com is, amely két különböző szögből készült fotóból képes előállítani háromdimenziós modellt ugyancsak felhőalapú elemzésen keresztül. A szájton számos példafelvételt lehet átböngészni, és akár tervezőprogramokban megnyitható fájlokat is képes előállítani.

3D-ben szkennel a Google is

Speciális, háromdimenziós szkennert használ a Google is webes térképén elérhető Street View panorámafelvételeinek rögzítéséhez is. A cég autóit Long Range szkennerekkel szerelték fel, ezek a berendezések egy elindított lézersugár visszaérkezésének idejéből számolják ki a közelben lévő tárgyak, épületek távolságát.

Fénysugaruk egy 45 fokos szögben elhelyezett féligáteresztő tükör mögül indul útnak, amely a visszaverődő nyalábot egy érzékelőbe irányítja át. A mérés során a berendezés körülfordul saját függőleges tengelye körül, a tükröt pedig a vízszintes tengely körül billegteti, ezért háromszázhatvan fokos lefedettséget tud biztosítani.