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2020-02-27 【3D掃描知識】3D掃描大剖析：5種技術(shù)比較懶人包！
【3D掃描知識】3D掃描大剖析：5種技術(shù)比較懶人包！
3D掃描是一種「逆向工程」，藉由透過光照或接觸方式為實體物件運(yùn)算出立體圖檔，可以數(shù)位化保存、編輯或直接用於3D列印生產(chǎn)。目前市面上有多種3D掃描技術(shù)，從小型的工具零件、中型的人體四肢或大型的汽車到地景環(huán)境，各有不同應(yīng)用範(fàn)圍，以下就簡單說明帶大家一起來了解！
基礎(chǔ)概念
在進(jìn)行3D掃描的過程中，3D掃描器可以逐步建立出目標(biāo)物的數(shù)位圖像，且掃描結(jié)果通常會與CAD設(shè)計軟體以及3D列印程式具有相容性，以便直接修改或產(chǎn)出3D列印實體。
應(yīng)用類別
近代的3D掃描器廣泛用於汽車製造、航太、牙科、文物保存或遊戲人物…等，其中影視特效及VR虛擬場景更是蓬勃發(fā)展。根據(jù)3D掃描技術(shù)依賴於不同的建構(gòu)原理，主要可分為接觸式與非接觸式3D掃描：
一、非接觸式掃描
．時差測距（Time Of Flight）
「時差測距」或稱為「飛時測距」，主要使用雷射光探測目標(biāo)物，再透過雷射光的往返時間換算出物件的表面成像。由於每發(fā)雷射訊號只能測量一個端點(diǎn)，因此通常配有旋轉(zhuǎn)鏡，以便能360度掃描物體。
特點(diǎn)與限制：「時差測距」每秒約可量測10,000到100,000個目標(biāo)點(diǎn)，主要用於大型工業(yè)物體和場域、精度較高，但相對其他3D掃描技術(shù)的速度也較緩慢。
．三角測距（Laser Triangulation）
「三角測距法」顧名思義是指物體上的雷射光點(diǎn)、感測器與雷射器構(gòu)成一個三角形，利用雷射光發(fā)射到待測物體上，並透過感測器紀(jì)錄雷射光點(diǎn)的反射時間及偏離角度，並以此運(yùn)算出物體的造型。
特點(diǎn)與限制：「三角測距法」是具有較高分辨率和準(zhǔn)確性的3D掃描技術(shù)，然而它對掃描物體的表面特性相對敏感，不適用於表面高反光或透明的物體。
．?dāng)z影測量法（Photometric Stereo）
攝影測量（或「立體光學(xué)」）的原理是分析從不同角度拍攝的靜態(tài)照片，並自動檢測相互對應(yīng)的像素，由於資訊量龐大，需要透過高功率電腦進(jìn)行運(yùn)算。
特點(diǎn)與限制：攝影測量技術(shù)非常適合用於地表模型或空拍攝影…等大型場域，缺點(diǎn)之一則是對於細(xì)節(jié)的分辨率較低以及成型運(yùn)算所需的時間久。
．結(jié)構(gòu)光3D掃描（Structured Lighting）
將線性圖案（或稱「光柵」）投影到待測物上，並透過光柵邊緣的形變演算物體的表面造型，而光源通常為LED白光或藍(lán)光，因此廣泛用於人體或面部成像。有些3D掃描器還能讀取彩色效果，這種全彩掃描輔助工具常稱為「紋理相機(jī)」；由於能一次測量多點(diǎn)或大片區(qū)域，常分為固定式360度掃描或手持式快速掃描兩種方法。（延伸閱讀：EinScan Pro 2X+大考驗！保險桿建模只要3分鐘！）
特點(diǎn)與限制：結(jié)構(gòu)光3D掃描能在速度及成像品質(zhì)間取得平衡，手持式掃描也相對簡單，是較普遍的應(yīng)用技術(shù)；然而這項技術(shù)對環(huán)境光的影響較為敏感，因此更適合用於室內(nèi)，戶外環(huán)境中則建議在沒有大陽光的陰天進(jìn)行掃描。（延伸閱讀：逆向工程實測，怪獸與牠們的模型！）
二、接觸式掃描
．「接觸式3D掃描」（Contact Based）
透過物理方式探測對象物，使用探針在表面上移動到各個端點(diǎn)以計算出3D成像，可以想像成是用筆描繪出立體結(jié)構(gòu)的計算方式。
特點(diǎn)與限制：由於接觸式3D掃描有較高的準(zhǔn)確度且?guī)缀醪皇芪矬w表面的光照影響，然而速度方面僅適用於中小型物體，因受限於物理接觸而不適合脆弱的古文物或藝術(shù)品。
重點(diǎn)歸納
（以1~5做為相對指標(biāo)，1為數(shù)值最小、5為數(shù)值最大。）
．時差測距：透過雷射光點(diǎn)在發(fā)射和接收的往返時間差描繪物體的幾何數(shù)據(jù)。
．三角測距：將雷射光投射到物體表面，並測量雷射角度的數(shù)據(jù)以換算3D圖面。
．?dāng)z影測量法：利用電腦和視覺圖像從大量2D重疊像素中以3D方式重建圖像。
．結(jié)構(gòu)光：依據(jù)光柵照射物體所產(chǎn)生的形變，以建構(gòu)3D掃描成像，通常為LED光源。
．接觸式掃描：依賴對實體進(jìn)行物理方式的多點(diǎn)採樣，並使用探針的接觸軌跡來建立圖像。
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參考資料1
參考資料2
參考資料3