Skenování

Destruktivní

Tento typ skenerů je poněkud atypický, protože jde v podstatě o frézku s kamerou. Na začátku je potřeba měřený objekt zalít do bloku tak, aby pomocný materiál dokonale zatekl do všech dutin. Barva tohoto materiálu musí být kontrastní oproti barvě skenovaného objektu. Takto nachystaný díl se upne na desku frézky a postupně se odfrézovávají tenké vrstvičky konstantní tloušťky. Každá nově odkrytá vrstva je vždy vyfocena a snímek uložen pro pozdější zpracování. Výsledkem je tedy sada 2D fotek s uloženou informací, v jaké výšce Z byla fotka pořízena. Software na každé fotce na přechodu barev zalitého objektu a pomocného materiálu vyextrahuje okrajovou křivku. Tato křivka je reprezentována jako body v rovině. Pokud se spojí křivky ze všech odfrézovaných hladin, pak dostaneme 3D mrak bodů.

Nedestruktivní

Nedestruktivní kontaktní skenery zahrnují všechny narozdíl od destruktivních metod objekt není při digitalizaci nijak poškozen. Kontaktní 3D skenery zkoumají povrch objektu pomocí fyzického hmotného dotyku. Zatímco objekt zůstává v klidu připevněný k podložce, polohovací rameno, na kterém je upevněna bodová nebo kuličková sonda umožňuje uživateli bodově snímat 3D data z fyzického objektu.

Magnetické skenery

Můžeme je rozdělit na skenery s magnetickou sondou nebo skenery využívající magnetickou rezonanci. Použitím druhého zmíněného typu zařízení můžeme získávat informace o vnitřní geometrii součástí. Jedná se o nedestruktivní skenery pracující na stejném principu jako klasické magnetické rezonance požívané ve zdravotnictví. Zařízení jsou většinou mobilní a používají se např. ke kontrole potrubí, kotlů nebo jiných uzavřených nádob.

Transmisivní skenery

Zástupcem transmisivních skenerů jsou skenery využívající technologii počítačové tomografie (CT). Stejně jako u skenerů využívajících magnetickou rezonanci je možné tímto typem skeneru získávat údaje o vnitřní stavbě zkoumaného objektu. Pro přenos informace se využívá rentgenové záření. Na rozdíl od zdravotnických verzí CT se při tomto použití používá vyšší intenzita záření. Tyto zařízení jsou stále poměrně vzácné, to dokazuje i fakt, že se v České republice vyskytuje pouze jeden exemplář.

Reflexivní skenery

Do této kategorie spadají skenery akustické (např. sonar), laserové, ale především optické. Optické skenery jsou nejrozšířenější a nejpoužívanější větev 3D skenerů. Z toho vyplývá i největší množství různých technologických řešení a tím i dalšího dělení.

Optické – aktivní 3D skenery

Aktivní optické metody se dále dělí podle toho, jaká fyzikální vlastnost daného záření se použije pro výpočet prostorové souřadnice bodu

Rekonstrukce modelu nohy

Potřebné modely jsou foot_scan.bin a foot_reference.stl. Model nohy je z portálu Thingiverse, CC BY-NC 3.0 Voodoo Manufacturing.

V souboru foot_scan.bin je mračno bodů vzniklé naskenováním modelu nohy. Otevřete jej v aplikaci CloudCompare.

Pro práci s modelem je potřeba jej vybrat v levé horní části programu (DB Tree). Zaškrtávací políčko slouží k zobrazení (respektive skrytí) modelu. Vybraný model je zvýrazněn.

Pro rekonstrukci nejprve použijeme celé mračno. Pro slabší počítače se toto nedoporučuje, mračno má cca milion bodů a mohlo by to trvat dlouho. Dále si ukážeme, jak zrekonstruovat model z menšího poštu bodů.

Nejprve je potřeba spočítat normály pomocí Edit → Normals → Compute. Pro naše potřeby postačí použít výchozí hodnoty.

Někdy se normály spočítají obráceně (jsou zobrazeny černě). V takovém případě je třeba je invertovat. Pokud bychom to neudělali, zrekonstruovaný model bude převrácen naruby. Normály se invertují pomocí Edit → Normals → Invert.

Když máme normály, můžeme použít Plugins → Poisson Surface Reconstruction.

Pokud je mračno příliš velké, můžeme ho před rekonstrukcí samplovat: tedy získat jen část bodů. Pro naši nohu stačí cca sto tisíc bodů.

Někdy se stane, že výsledná mesh je příliš zrnitá. Je možné ji „podle chuti“ zjemnit pomocí Edit → Mesh → Smooth (Laplacian).

Do programu je možné načíst i hotovou mesh ze souboru foot_reference.stl (stačí soubor otevřít).

Pro zpřehlednění zobrazení meshe můžete použít Plugins → P. C. V. (Ambient Occlusion).

Když zrekonstruovanou a referenční mesh napozicujeme na stejné místo, můžeme je porovnat. Na cvičení si to ukážeme, pokud materiály čtete z domova, více se dozvíte v další ukázce.

Model zahrady: Registrace dvou skenů

Potřebné modely jsou garden1.bin a garden2.bin, stažené přímo z projektu CloudCompare, GPL 2+.

Stručný sled kroků (předpokládá shlédnutí videa nebo účast na cvičení):

Model zahrady: Segmentace, vyrovnání podle referenčních bodů

Potřebné modely jsou stejné jako výše: garden1.bin a garden2.bin.

Nejprve potřebujeme dva skeny, které si nejsou tak moc podobné jsou výše. Abychom to předvedli, vyřízneme pouze část s hlínou pomocí nástroje Segment.

Nástroj se ovládá levým tlačítkem myši, pro potvrzení se použije pravé tlačítko. Poté vyberte symbol vyříznutého polygonu a potvrďte fajfkou. Operace vytvoří dvě nová mračna ve stromu.

Poté je třeba pomocí nástroje Align two clouds by picking (at least 4) equivalents point pairs.

Dále se dá pokračovat jako u minulé ukázky.