چگونه یک اسکنر سه بعدی بسازیم؟
قبل از اینکه شرح دهیم چگونه یک اسکنر سه بعدی بسازیم؟ لازمه با اسکن سه بعدی آشنا بشویم.
اسکن سه بعدی چیست؟
اسکن سه بعدی در واقع استفاده از تکنولوژی به منظور تهیه شکل سه بعدی اشیاء، سطوح و یا مناطق مختلف است. طی این کار، اندازه و شکل دقیق جسم فیزیکی مورد نظر را با حفظ ابعاد سه بعدی آن به داخل کامپیوتر وارد می کنیم. استفاده از عنوان «اسکن سه بعدی» معمولاً به عمل تهیه اطلاعات خام از چیزی اطلاق می شود که آن را اسکن می کنیم. این اطلاعات خام معمولاً در قالب ابری از نقاط و یا تصاویر هستند. بنابراین، این تنها یکی از مراحل تهیه محصول نهایی است و بهتر است این مرحله را «جمع آوری» نام گذاری کنیم. پس از آنکه اطلاعات خام جمع آوری شدند، حال امکان آن را داریم که اندازه گیری ها و محاسبات خود را روی این اطلاعات انجام دهیم و یا آنکه مدل هایی سه بعدی را با استفاده از آن ها بسازیم و به عبارت دیگر از آن ها تصویر سازی کنیم. ساخت مدل و یا انجام اندازه گیری ها را در مرحله ی دوم انجام فرآیند اسکن سه بعدی، یعنی مرحله ی «پردازش» قرار می دهیم. درک تمایز بین این دو مرحله به این معنا است که این دو لزوماً نباید همیشه همزمان انجام شوند. شما در ابتدا می توانید اسکن را انجام داده و اطلاعات لازم را با استفاده از اسکن استخراخ کنید، و سپس در زمان مناسب اقدام به پردازش این اطلاعات کنید. این امر همچنین به این معنا است که این دو مرحله تخصص خاص خود را می طلبند و حتی ممکن است عمل اسکن توسط یک تیم انجام شده و سپس اطلاعات استخراج شده جهت پردازش برای تیم دیگری ارسال شوند.
مدل های مختلف اسکنر سه بعدی از نظر اندازه دستگاه، اندازه اسکن، دقت و سرعت عملکرد تفاوت های زیادی با یکدیگر دارند. برخی از اسکنرها می توانند رنگ ها را نیز تشخیص دهند و بنابراین مدل های سه بعدی و شبیه سازی کاملاً واقعی را در اختیار شما قرار دهند. به هرحال، مدل های مختلف و متنوعی از اسکنر سه بعدی امروزه در بازار موجود است. مهم ترین دسته بندی های این محصولات شامل بازوهای مکانیکی اسکن سه بعدی، دستگاه های اسکن سه بعدی دور برد، سی‌تی اسکن صنعتی، اسکن نور سازمان یافته، فتوگرامتری و اسکن دور برد می شود. البته هرکدام از این دسته بندی ها نیز به بخش های مختلفی ممکن است تقسیم شوند و وارد حیطه‌هایی تخصصی تر شوند. برای مثال، فتوگرامتری را می توان به عکس برداری هوایی، دوربین های شخصی و دوربین های صنعتی و حرفه‌ای تقسیم کرد. برخی از مدل های اسکنر سه بعدی نیز ترکیبی از دوربین، لیزر و انعکاس نورهای ساختار یافته را به کار می گیرند.
این نکته را هم باید در نظر داشته باشید که اسکن سه بعدی نیز بدون عیب و محدودیت نیست. هر مدل اسکن سه بعدی مزایای خاص خود را دارد، برخی سرعت عملکرد بهتری دارند، برخی رزولوشن و برخی نیز دقت بالاتری دارند. بنابراین، هنگام انتخابم مدل دستگاه اسکنر سه بعدی باید انتخاب خود را با آگاهی از این محدودیت ها و با در نظر گرفتن تکنولوژی ساخت دستگاه و یا روش کار آن انجام دهید. انتخاب شما باید با در نظر گرفتن نیازهای خود باشد.
چطور یک اسکنر سه بعدی بسازیم؟
دستگاه های اسکنر سه بعدی و مدل های تهیه شده توسط اسکن سه بعدی تاثیر زیادی روی صنایع مختلف گذاشته اند. از تجهیزات امنیتی گرفته، تا کارخانه های خودروسازی و یا بخش پزشکی، همگی از استفاده از اسکن سه بعدی منفعت برده اند. از اسکن سه بعدی در شاخه های علوم کامپیوتری، روباتیک، رانندگی اتوماتیک نیز استفاده می شود. همانطور که می دانیم، یکی از مهم ترین مزایای استفاده از اسکن سه بعدی، صرفه جویی چشمگیر در زمان و هزینه ها است. چراکه با استفاده از اسکن سه بعدی دیگر احتیاجی به صرف زمان بسیار زیادی برای مدت سازی نخواهید داشت.
ساخت دستگاه های اسکنر سه بعدی حرفه ای امری بسیار حرفه ای و زمان بر است که مستلزم دانش فنی و علمی بالایی است. به همین خاطر، عموماً دستگاه های اسکنر سه بعدی قیمت نسبتاً بالایی نیز دارند. از سوی دیگر، استفاده روزمره و خانگی از اسکنر سه بعدی چندان متداول نیست و کاربرد آن ها عموماً صنعتی و برای مشاغل خاص است. با این حال، شما با چند ترفند ساده و با استفاده از برخی نرم افزارها که در آماده به آن ها اشاره خواهیم کرد، می توانید در منزل خود اسکن های سه بعدی تهیه کنید. برای این کار احتیاج به یک دوربین SLR و یا استفاده از دوربین گوشی های هوشمند خود خواهید داشت. البته ناگفته نماند که اسکن نهایی که با استفاده از این تکنیک ها تهیه می کنید مبتدیانه بوده و برای تهیه اسکن سه بعدی حرفه ای باید از اسکنرهای حرفه ای استفاده کنید.
اهمیت نور در ساخت اسکن سه بعدی
قبل از اینکه چگونگی ساخت یک اسکن سه بعدی بپردازیم، لازم است اشاره ای به برخی مسائل مهم دیگر نیز داشته باشیم که رعایت آن ها هنگام اسکن بسیار ضروری است. فرقی نمی کند از دستگاه های اسکنر سه بعدی حرفه ای استفاده کنید، و یا اینکه از مدل هایی استفاده کنید که خودتان آن ها را ساخته اید؛ در هر صورت شما باید از نور برای اسکن استفاده کنید! حسگرهای اسکنر سه بعدی شما ممکن است از نور محیط استفاده کنند، و شاید هم خودشان چراغ و یا پروژکتور داشته باشند. به هرحال، فوتون های نور باید با جسم مورد نظر برخورد کنند و سپس به داخل حسگرهای اسکنر وارد شوند.
بر همین اساس، اسکن سه بعدی اجسام تیره رنگ که نور زیادی را جذب خود می کنند امری بسیار دشوار خواهد بود، چراکه عدم بازگشت نور کافی باعث می شود اطلاعات در مورد بخش های مختلف این اجسام از دست بروند و وارد حسگر نشوند. از سوی دیگر، اسکن سه بعدی اجسام شفاف و یا نیمه شفاف نیز با همین مشکل روبرو خواهند بود.
موضوع مهم دیگری که در همین حیطه باید به آن توجه داشت، سطحِ جسم مورد نظر است. ممکن است سطح جسم مورد نظر شما مات و یا بسیار صیقلی و براق باشد. جسم های با سطوح براق، نور را خیلی منعکس می کنند و امر اسکن سه بعدی را با مشکل مواجه می سازند.
اگر از اسکنر سه بعدی لیزری استفاده نمی کنید، قطعاً دوست خواهید داشت که جسم مورد نظر تا جای ممکن روشن باشد و نور کافی به آن برسد. اگر از نظر هزینه و مالی با محدویتی مواجه نیستید، استفاده از اجسام سفید می تواند کمک زیادی در این زمینه به شما کند. در غیر این صورت، استفاده از اسپری رنگ سفید هم می تواند گزینه ای مناسب روشن کردن جسم مورد نظر باشد.
ساخت اسکنر سه بعدی با گوشی هوشمند
فتوگرامتری یا تصویرسنجی، فرایند اندازه‌گیری مختصات هندسی اجسام از روی عکس های مختلف از آن جسم است. فتوگرامتری را می توان آسان و ارزان ترین راه دسترسی شما به تصاویر سه بعدی دانست. برای ساخت اسکن های فتوگرامتری معمولاً از تصاویر هوایی استفاده می شود. خرید و یا ساخت اسکنرهای هوایی حرفه ای دوربرد ممکن است صدها هزار دلار هزینه داشته باشد. با این حال می توانید از بالون و یا کایت استفاده کنید و دوربین را به آن ها ببندید و اسکن هوایی را شاید بل ۱ درصد هزینه‌ی خرید اسکنرهای حرفه‌ای تهیه کنید.
استفاده از دوربین گوشی هوشمند نیز می تواند این کار را برای شما انجام دهد. دوربین های گوشی های هوشمند امروزی آنقدر کیفیت تصویر بالایی دارند تا بتوانند تصاویر خوبی از پروژه‌ی شما آماده کنند. برای این کار کافیست اکسپوژر دوربین را در حالت دستی قرار دهید دوربین را در دستتان بگیرید و از زوایای مختلف از جسم/محیط مورد نظر تصویربرداری کنید. توجه داشته باشید که زوایایی که از آن عکس می گیرید باید حدود ۷۰ الی ۸۰ درصد هم پوشانی داشته باشند و تا جایی که می توانید عکس های زیادی بگیرید. هنگام ثبت تصاویر دقت داشته باشید تا فاصله‌ی شما از جسم همیشه در میزان خاصی حفظ شود و همیشه جسم مربوطه در وسط چهارچوب تصویر شما قرار گرفته باشد. این نکته را در نظر داشته باشید که هرچه تصاویر بیشتری بگیرید، دقت مدل ساخته شده نیز بالاتر خواهد بود.
فتوگرامتری حاصله ارتباط زیادی با نرم افزاری خواهد داشت که از آن استفاده می کنید. بنابراین در انتخاب نرم افزار خود دقت داشته باشید.
نرم افزارهای کمکی تهیه اسکن سه بعدی
برای انتخاب نرم افزارهای تهیه اسکن سه بعدی و ویرایش اطلاعات حاصل از اسکن سه بعدی، گزینه های متعددی را پیش رو خواهید داشت. برخی از این نرم افزارها ممکن است قیمت بسیار بالایی داشته باشند. به صورت کلی، معمولاً شرکت های تولید کننده‌ی تجهیزات اسکنر سه بعدی حرفه ای، نرم افزارهای مخصوص و تخصصی خود را نیز همراه با آن ها ارائه می کنند.
اگر قصد تهیه اسکن فتوگرامتری که پیش‌تر توضیح داده شد را دارید، می توانید از مجموعه‌ای از نرم افزارهای رایگان استفاده کنید. ColMap، VisualSFM و استفاده از آن ها همراه با CMVS-PMVS گزینه ای مناسب است. اگر قصد پردازش بیشتری را دارید، می توانید از نرم افزارهای اوپن سورس مختلفی نظیر MeshLab، Blender و یا Cloud Compare نیز جهت ویرایش اطلاعات حاصل از اسکن استفاده کنید.
اگر قصد پردازش کمتری دارید و ترجیح می دهید تصاویر را مستقیماً از گوشی همراه خود تبدیل به مدل سه بعدی کنید، می توانید از نرم افزار TRNIO (در گوشی های iOS) استفاده کنید. در گوشی های اندروید نیز می توان از نرم افزار SCANN3D استفاده کرد. البته برای استفاده از این نرم افزار اندروید، مشخصات فنی گوشی شما باید بالا و قوی باشد.
اگر قصد استفاده از کامپیوتر دارید، نرم افزارهای3DF Zephyr، Agisoft Photoscan و Reality Capture نیز گزینه های مناسبی شمرده می شوند. البته نرم افزار ReCap هم امکاناتی را برای تهیه و پردازش اسکن فتوگرامتری لیزری در اختیار شما قرار خواهد داد.
مادر دفتر مهندسی خدمات پرینت سه بعدی افرا تلاش داریم تا شما را بیشتر با انواع خدمات سه بعدی آشنا کنیم و مقاله فوق گوشه ای از دنیای بزرگ و مدرن اسکن سه بعدی است و امیدواریم مورد پسند شما قرار گرفته باشد.
