اسکن سه بعدی

اسکن سه بعدی

اسکن سه بعدی در دنیای واقعی گاهی اجسامی به چشم ما می‌خورند که از طراحی داخلی و متریال استفاده شده در آن‌ها اطلاعی نداریم. با کمک اسکنر‌های سه بعدی می‌توان از این جسم فیزیکی، کپی دیجیتالی تهیه کرد و با استفاده از اسکن سه بعدی آن را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

پس از تجزیه، تحلیل و جمع‌آوری اطلاعات می‌توان از آن داده‌ها برای بازسازی دقیق شی مدنظر استفاده کرد.

 

پرینت سه بعدی

برای انجام پرینت سه بعدی، ابتدا مدل سه بعدی آن در کامپیوتر طراحی می‌شود سپس این نمونه توسط پرینتر‌های سه بعدی به‌صورت لایه لایه ساخته می‌شود تا در نهایت محصول فیزیکی مطابق با مدل طراحی‌شده توسط کامپیوتر، تولید شود.

جنس طرح سه بعدی مدنظر بستگی به نوع پرینتر داشته و پرینتر‌های سه بعدی می‌توانند محصولات چوبی، پلاستیکی، سرامیکی، فلزی و … تولید کنند.

 

اسکنر سه بعدی

برای تبدیل یک شی واقعی به یک مدل سه بعدی دیجیتالی، احتیاج به اسکنر سه بعدی داریم. اسکنر‌ها با دقت‌های متفاوتی وجود دارند و هرکدام در صنعت خاصی استفاده می‌شوند. به‌عنوان مثال اسکنر‌های صنعتی دارای حساسیت و دقت بالایی هستند.

روش‌ها و دستگاه‌های مختلفی برای اسکن اشیا به‌صورت سه بعدی وجود دارند، اما سه روش اصلی که برای اسکن سه بعدی به کار برده می‌شوند عبارتند از:

• اسکن سه بعدی لیزری:

روش اسکن سه بعدی لیزری جز دقیق‌ترین روش‌های اسکن است و قابلیت اندازه‌گیری جزئیات ظریف را دارد. در اسکن سه بعدی لیزری با تابش پرتو لیزر به محصول یا قطعه موردنظر و دریافت انعکاس و بازتابش آن، می‌توان یک نمونه دیجیتالی از شی واقعی به‌دست‌آورید.

 

نحوه تابش لیزر به دو صورت مدل مثلثی و مدل زمان پرواز اتفاق می‌افتد.

در روش اسکن سه بعدی مثلثی با جمع‌آوری نور‌های لیزری بازتابیده از شی توسط حس‌گر و استفاده از یک سیستم محاسبات مثلثاتی، فاصله شی تا اسکنر اندازه گرفته می‌شود.

زاویه میان حس‌گر و منبع نور هم مشخص بوده و با استفاده از این مقادیر می‌توان فاصله منبع نور تا جسم فیزیکی را محاسبه کرد.

 روش اسکن سه بعدی زمان پرواز بر اساس یک مفهوم فیزیکی عمل می‌کند. از آن‌جا که سرعت نور عددی مشخص و برابر عدد C است برای به‌دست آوردن مسافت منبع نور تا جسم، باید مدت زمانی که نور لیزر هنگام بازتاب برای رسیدن از شی به سمت منبع طی می‌کند، محاسبه کرد.

• اسکن نور ساختار یافته (اپتیک):

در روش اسکن نور ساختار یافته به جای استفاده از لیزر از پروژکتور استفاده می‌شود تا الگو‌های مختلف بازتاب نور ثبت شوند و پس از محسابات دقیق ریاضی بر روی آن‌ها، امکان اسکن فراهم گردد.

در این روش از پروژکتور ال سی دی و تعداد زیادی دوربین استفاده می‌شود تا بازتاب نوری که توسط شی اتفاق می‌افتد از طریق دوربین‌ها ثبت شوند.

از کاربرد‌های رایج اسکن سه بعدی اپتیک می‌توان به فناوری تشخیص تشخیص چهره و یا محیط اشاره کرد.

• فتوگرامتری:

ساده‌ترین راه برای اسکن سه بعدی استفاده از فتوگرامتری یا نورسنجی است. در این تکنیک از زوایای مختلف از سوژه عکس‌برداری می‌شود و سپس این عکس‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند.

در نهایت با کمک تکنیک‌های پردازش عکس و توسط نرم‌افزار‌هایی مثل D Catch 123، Trimensional تبدیل به یک تصویر سه بعدی می‌شود.

تکنیک فتوگرامتری به یک یا چند دوربین (دوربین گوشی هم می‌تواند باشد)، یک کامپیوتر و یک نرم‌افزار مناسب نیاز دارد که در دسترس همه هست و این مشخصه، باعث محبوبیت این تکنیک شده است.

 

در یک روش دیگر اسکنر‌های سه بعدی را می‌توان به دو دسته تماسی و غیرتماسی تقسیم کرد:

• اسکنر سه بعدی تماسی

این نوع اسکنر‌ها، از طریق لمس و تماس فیزیکی جسم، اطلاعات را دریافت می‌کنند.

در اسکنر سه بعدی تماسی، احتمال آسیب دیدن جسم به دلیل تماس فیزیکی وجود دارد.

• اسکنر سه بعدی غیرتماسی

در این اسکنر با پرتوافشانی به ابرنقاط جسم مورد نظر اطلاعات ظاهری آن را دریافت می‌کند.

اسکنر‌های نوری، اپتیک و لیزری به این دسته از اسکنر‌های سه بعدی تعلق دارند.

اسکن سه بعدی غیرتماسی برای اسکن اجسام نرم، حساس و پیچیده مناسب‌تر است. از مزایای آن می‌توان به سرعت بالا، هزینه پایین و دقت بسیار بالا اشاره کرد.

 

پرینتر سه بعدی

با استفاده از پرینتر‌های سه بعدی شما می‌توانید مدلی که در ذهن خود دارید به شکل یک مدل سه بعدی در نرم‌افزار‌های کامپیوتری طراحی کنید. در صورتی‌که نیاز به تغییری دارد آن تغییر را توسط نرم‌افزار روی نمونه خود اعمال کرده و در نهایت طرح سه بعدی شما به پرینتر سه بعدی داده می‌شود.

پرینتر سه بعدی به‌صورت لایه لایه یا اصطلاحاً “افزایشی” طرح شما را چاپ می‌کند.

در نتیجه با کمک پرینتر سه بعدی شما می‌توانید مدل ذهنی خود را تبدیل به یک محصول واقعی و فیزیکی کنید.

 

خدمات اسکن سه بعدی

با فراگیرشدن تکنولوژی اسکن سه بعدی در کشور تقاضا برای استفاده از آن نیز افزایش یافته‌است.

اسکنر‌های سه بعدی نقش مهمی در صنعت برای بررسی تجهیزات پیشرفته دارند. عدم محدودیت در استفاده از آن‌ها، دقت بالا، سرعت تهیه فایل نمونه سه بعدی و کاربرد فراوانی که اسکنر‌های سه بعدی دارند باعث شده تا جایگاه ویژه‌ای در صنعت داشته‌باشند.

از اسکنر سه بعدی برای استخراج تمام ابعاد و اندازه‌های یک جسم با دقت بالا استفاده می‌شود تا ر نهایت با استفاده از آن بتوان یک فرمت دیجیتالی از جسم را طراحی کرد.

خدمات اسکن سه بعدی برای شرکت‌هایی که دارای پروژه‌ها و یا قطعات حساسی هستند، یا جزئیات زیادی دارند، برای کسانی که زمان لازم برای تهیه طرح سه بعدی ندارند و به همین دلیل قصد دارند طراحی آن را برون‌سپاری کنند و به‌طور کلی برای انجام پروژه‌های مهندسی بسیار مناسب است.

خدمات اسکن سه بعدی در بخش صنعت برای کنترل کیفیت قطعات صنعتی و بازرسی، هوافضا و صنایع نظامی، طراحی قطعات پیچیده صنعتی، طراحی و تولید قطعات خودرو، در بخش هنر به‌عنوان مثال برای مجسمه‌سازی یا بررسی اشیا موجود در موزه، در بخش پزشکی و دندان‌پزشکی برای ساخت تجهیزات پزشکی، اندام‌های مصنوعی و …، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

همچنین در صنعت سرگرمی برای تهیه بازی‌های رایانه‌ای، واقعیت-مجازی، انیمیشن، تولیدمحتوا و فیلم، در بازسانی انواع حرکات، صحنه جرم و تصادفات، در معماری و طراحی سه بعدی، زیورآلات و جواهرات و برای مهندسی معکوس مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از اسکن و پرینت سه بعدی در راستای هم می‌توان برای انجام مهندسی معکوس تجهیزات و قطعاتی که تحریم هستیم، استفاده کرد. بدین شکل با استفاده از تکنیک تماسی یا غیرتماسی و انجام برخی محاسبات مهندسی، یک مدل سه بعدی طراحی می‌شود که می‌توان آن را مورد تجزیه و تحلیل و بررسی قرار داد؛ در نهایت با استفاده از پرینتر سه بعدی آن مدل را به چاپ رساند.

 

کاربرد پرینت سه بعدی

شما می‌توانید پیش از شروع تولید محصول، با استفاده از نرم‌افزار‌های کامپیوتری، یک مدل سه بعدی از محصول اولیه خود طراحی کنید. سپس توسط پرینتر سه بعدی نمونه فیزیکی آن را دریافت کنید؛

برروی آن نمونه آزمایشات خود را انجام دهید و درصورتی‌که آزمایشات موفقیت‌آمیز بود اقدام به سری‌سازی محصول یا قطعات آن کنید. از پرینت سه بعدی برای نمونه‌سازی، بازسازی فسیل‌ها و ساخت آثار باستانی، پزشکی و دندان‌پزشکی، ساخت محصولات مصرفی مثل کفش، مبل، عینک و در صنعت الکترونیک و خودرؤسازی استفاده می‌شود.

این روش باعث صرفه‌جویی بسیاری در زمان و هزینه خواهد شد. علاوه‌بر این قابلیت ساخت نمونه‌های پیچیده را داشته و ضایعات کمتری تولید می‌کند.

 

فایل خروجی اسکن سه بعدی

اسکنر سه بعدی پس از دریافت مجموعه‌ای از نقاط (ابر نقاط) که مطابق با هندسه جسم موردنظر هستند، یک فایل خام به ما تحویل می‌هد که با فرمت‌های مختلفی قابل ذخیره‌سازی هستند. انتخاب نوع فرمت با توجه به خواسته‌ای که شما از طرح سه بعدی دارید رابطه مستقیم دارد.

فرمت XYZ یک فرمت ابتدایی برای ابرنقاط است که رنگ را شامل نمی‌شود اما با اکثر نرم‌افزار‌های CAD سازگار است.

فرمت PLY می‌تواند اطلاعات مربوط به نور و شفافیت را هم در خود ذخیره کند.

پرکاربردترین فرمت، فرمت OBJ است چرا که توانایی ذخیره بافت را در خود دارد و در تصویرسازی کامپیوتر پر کاربرد است. محبوب‌ترین فرمت استفاده شده در پرینتر‌های سه یعدی، فرمت STL می‌باشد.

دقت اسکنر به شرایط محیطی هم‌چون نور و سطح جسم بستگی دارد. درنتیجه هرچقدر محیط پرنور و سطح شفاف و براق باشد، جزئیات ثبت شده در اسکن دقیق‌تر هستند.

مدل‌های طراحی شده با اسکن سه بعدی قابلیت استفاده سریع را داشته و می‌توانند در مدل‌سازی توسط پرینتر سه یعدی به کار گرفته‌شوند، زیرا فرمت فایل خروجی اسکنر سه بعدی بدون تغییر در پرینتر سه بعدی قابل استفاده است.

اسکن سه بعدی با موبایل

آیا می‌دانستید که با استفاده از گوشی که در دست دارید هم می‌توانید اسکن سه بعدی انجام دهید؟

این تکنولوژی به قدری توسعه یافته‌است که اسکن سه بعدی با موبایل را هم در اختیار ما قرار داده‌است.

امروزه علاوه بر پرینت سه بعدی که در دسترس همگان قرار گرفته است به لطف وجود اپلیکیشن‌های رایگان، اسکن سه بعدی نیز توسعه پیدا کرده‌است.

با توجه به تجهیزات پیشرفته‌ای که در گوشی‌های هوشمند به کار گرفته شده‌اند، کیفیت دوربین‌ها نیز افزایش یافته درنتیجه شرکت‌های بیشتری سعی در توسعه اپلیکیشن‌های اسکن دارند تا بتوانند در عرصه اسکن سه بعدی با موبایل حرفی برای گفتن داشته‌باشند. در نتیجه شما با استفاده از موبایل خود، در کنار تکنولوژی فتوگرامتری می‌توانید گوشی همراه خود را به اسکنر سه بعدی تبدیل کنید.

برخی اسکنر‌های سه بعدی قیمت بالایی دارند و گاهی کار با مدل‌های پیشرفته آن‌ها پیچیده نیز می‌باشد؛ اما در این برنامه‌ها به شما این امکان داده شده تا با استفاده از موبایل خود و تنها با چند کلیک ساده از یک شی واقعی، یک مدل سه بعدی تهیه کنید.

 

تکنولوژی استفاده شده در اسکن سه بعدی با موبایل

همانطور که گفتیم در تکنولوژی فتوگرامتری شما توسط دوربین از زوایای مختلف از جسم تصاویری را تهیه می‌کنید سپس با کمک نرم‌افزار این تصاویر دو بعدی به هم متصل شده و یک مدل سه بعدی به نمایش در می‌آید.

اکثرا در اسکن سه بعدی با موبایل از تکنولوژی فتوگرامتری استفاده می‌کنند، ابتدا بایدکاربر از زوایای مختلف از جسم تصاویری را تهیه نماید (از تمام ابعاد تقریباً به‌صورت ۳۶۰ درجه). بیشتر اپلیکیشن‌ها به کاربر راهنمایی‌های لازم را برای تهیه عکس‌، می‌کنند. سپس عکس‌ها در فضای داخلی نرم‌افزار به یکدیگر متصل شده و مدلی سه بعدی می‌سازند.

این مدل ساخته شده در بیشتر مواقع قابلیت پرینت شدن را دارد؛ اما می‌توانید با سایر نرم‌افزار‌ها برروی آن تغییرات مدنظر خود را نیز اعمال کنید.

در نظر داشته باشید که استفاده از این تکنولوژی سختی‌های خود را هم دارد:

1. زمان‌بر بودن: در تکنولوژی فتوگرامتری به تعداد ۵۰ تا ۱۰۰۰ عکس نیاز هست که این پروسه مقداری زمان‌بر خواهدبود.
2. محیط مناسب: برای اطمینان از کیفیت عکس‌ها لازم است سعی کنید که نور مناسبی تهیه کنید که از نظر روشنی و میزان پخش، کیفیت خوبی داشته‌باشد.
3. کیفیت: درصورتی‌که کیفیت دوربین گوشی همراه شما، چندان مناسب نباشد در نتیجه بر کیفیت اسکن نیز تأثیر می‌گذارد.

بهترین اپلیکیشن‌ های اسکن سه بعدی

این اپلیکشن‌ها بسیار کاربرپسند هستند که به‌صورت پولی و یا رایگان در اختیار کاربران قرار داده شده‌اند که برخی از آن‌ها نیازی به تهیه سخت‌افزار اضافه نیز ندارند. اگر به نورپردازی توجه شود و جسم در کنار دیواری خالی از طرح و اشیا اضافی قرار گیرد، می‌توان به راحتی یک اسکن سه بعدی با موبایل از جسم تهیه کرد.

 

• اپلیکیشن Trnio

Trnio برنامه اسکن سه بعدی متناسب با دستگاه‌های ios است.

یکبار استفاده از آن رایگان بوده و برای استفاده دوباره و مداوم از آن باید هزینه پرداخت کنید.

در این اپلیکیشن شما می‌توانید تصاویر را به اشیا سه بعدی تبدیل کنید و یا از یک شی یک اسکن سه بعدی تهیه کنید.

Trnio قابلیت ضبط جزئیات کوچک تا یک محیط کامل را دارد. کافی‌است شما دکمه را فشار دهید و در اطراف جسم موردنظر بچرخید تا در حالت Object، به‌طور خودکار عکس‌ها را از جسم تهیه کند.

اگر می‌خواهید از یک محیط یا جسم بزرگ اسکن سه بعدی تهیه کنید بهتر است از حالت Scene این اپلیکیشن استفاده کنید تا در نهایت عکس‌ها را به یک سیستم ابری ارسال کند و مدل سه بعدی را برای شما تولید کند.

در این حالت، میزان زمانی که طول می‌کشد تا طرح سه بعدی آماده شود بستگی به رزولوشن انتخابی شما دارد.

فرمت نهایی فایل اسکن سه بعدی OBJ است و برای استفاده از سایر فرمت‌ها باید از برنامه‌های تبدیل‌کننده فرمت استفاده کنید.

 

• اپلیکیشن Qlone

Qlone یک اپلیکیشن حرفه‌ای ولی رایگان است که برای هر دو پلتفرم android و ios در دسترس می‌باشد. استفاده از این اپلیکیشن بسیار سریع و آسان بوده و به شما این امکان را می‌دهد تا با استفاده از گوشی همراه خود از یک جسم، اسکن سه بعدی تهیه نمایید. Qlone یک سیستم راهنما دارد تا با استفاده از آن بتوانید به درستی عکس خود را اسکن کنید.

عدم استفاده از سیستم ابری (cloud) باعث شده تا این اپلیکیشن سرعت بالایی داشته باشد اما برای کار با آن نیاز است جسم روی یک سطح مشخص قرار گیرد (در عکس نشان داده شده) که گاهی منجر به محدود شدن اسکن، می‌شود.

 

 

• اپلیکیشن Scann3D

متناسب با دستگاه‌های android و رایگان است. رابط کاربری ساده آن باعث کاربرپسند بودن Scann3D شده است. برای تهیه یک مدل سه بعدی نیاز است حدود ۲۰ تا ۴۰ عکس از سوژه گرفته شود اما برای سایز‌های متفاوت (هم جسم کوچیک و هم جسم بزرگ) قابل‌استفاده است. سرعت بازسازی مدل سه بعدی در این اپلیکین بالا است.

 

• اپلیکیشن ItSeez3D

نرم‌افزار با ios هم‌خوانی داشته و دو نسخه رایگان و پولی دارد. برای export کردن فایل در نسخه رایگان آن باید هربار مبلغی بپردازید، اما در نسخه غیررایگان، تعداد اسکن محدود ولی خروجی فایل رایگان می‌باشد.

برای استفاده از این اپلیکیشن و تهیه اسکن سه بعدی با موبایل به سنسور Occipital Structure نیاز دارید که باید به‌صورت جداگانه خریداری کنید.

این برنامه راهنمایی‌هایی برای تهیه عکس‌های مناسب از جسم به شما ارائه می‌دهد و در نهایت یک فایل سه بعدی ایجاد می‌کند که می‌توان در همین اپلیکیشن آن را ویرایش کرد هم از فایل خروجی آن با فرمت OBJ یا PLY برای ویرایش در سایر نرم‌افزار‌ها استفاده کرد.

 

• اپلیکیشن Scandy Pro

Scandy برای دستگاه‌هایی با سیستم‌عامل ios طراحی شده که از تکنولوژی LiDAR استفاده می‌کنند. این تکنولوژی با استفاده از نور، فاصله‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. در این اپلیکیشن بهتر است تلفن‌همراه را ثابت نگهداشته و جسم را بچرخانید.                                                                                     

 

• اپلیکیشن Sony 3D Creator

این نرم‌افزار طراحی شده برای اسکن سه بعدی با موبایل مناسب سیستم‌عامل android بوده و رایگان است.

دارای سرعت بالا و رابط کاربری آسانی است و برای اسکن موارد مختلفی از جمله سر، صورت، غذا و اشکالی با فرم آزاد در دسترس است. هنگامی‌که اسکن به کمک راهنمایی‌های ارائه شده توسط اپلیکیشن، انجام شد؛ امکان ویرایش در داخل نرم‌افزار هم برای کاربر فراهم شده‌است.

 

• اپلیکیشن Heges

اگر از دستگاه‌های ios مجهز به FaceID یا LiDAR استفاده می‌کنید شما می‌توانید با کمک اپلیکیشن Heges به‌طور رایگان، هر جسمی را اسکن کنید. بهتر است جسم ثابت بوده و شما آهسته به دور جسم بچرخید، هرچقدر آهسته‌تر این حرکت انجام شود و جسم بیشتر اسکن شود خروجی بهتر خواهد بود.

این برنامه به شما اجازه می‌دهد تا جسم را در یک محیط تاریک اسکن نمایید و بعد از اتمام اسکن می‌توان فایل نهایی را با فرمت PLY یا STL دریافت کرد.                                                            

 

• اپلیکیشن Canvas

Canvas 3D Scanning طراحی شده برای دستگاه‌های ios بوده و کاربر به کمک آن می‌تواند یک مدل سه بعدی از یک فضا ایجاد کند. این اپلیکیشن مناسب برای مشاغل خاصی مانند طراحان، معماران و مشاورین املاک است. این افراد می‌توانند در اتاق قدم بزنند و با استفاده از اپلیکیشن Canvas اسکن سه بعدی را انجام دهند.

 

• اپلیکیشن Bellus3D

این اپلیکیشن به‌صورت حرفه‌ای بر روی اسکن سه بعدی صورت در گوشی‌های با سیستم‌عامل ios کار می‌کند که دارای دوربین TrueDepth هستند. میزان دقت در Bellus3D به قدری زیاد است که دندان‌پزشکان هم در طرح‌های پیشنهادی خود به بیمار، از آن استفاده می‌کنند.

دانلود آن رایگان بوده ولی برای گرفتن هربار خروجی، باید هزینه‌ای پرداخت نمایید.

 

جمع‌بندی

در این مقاله درباره اسکن و پرینت سه بعدی، کاربرد و نحوه کار آن‌ها در زندگی توضیح داده شد. خرید اسکنر‌های سه بعدی پیشرفته علاوه بر دانش خاص خود، هزینه‌های بسیار زیادی نیز در بر دارد از این رو برای اسکن سه بعدی با موبایل تعدادی اپلیکیشن معرفی کردیم که با استفاده از آن‌ها می‌توان در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد.