三维扫描_.ppt

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三维扫描三维扫描三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。

它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。

三维扫描仪的用途是建立物体几何表面的点云（pointcloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以建立更精确的模型（这个过程称做三维重建）。

若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上贴上材质贴图，亦即所谓的材质印射（texturemapping）。

一、简介二、三维扫描仪的分类三维扫描仪接触式铣削测量机三坐标测量机非接触式CT断层扫描仪照相式扫描仪激光扫描仪1、三坐标测量机接触式测量又称为机械测量，这是目前应用最广的自由曲面三维模型数字化方法之一。

三坐标测量机是接触式测量仪中的典型代表，它以精密机械为基础，综合应用了电子技术、计算机技术、光学技术和数控技术等先进技术。

根据测量传感器的运动方式和触发信号的产生方式的不同，一般将接触式测量方法分为单点触发式和连续扫描式两种。

工作原理：

三坐标测量机的测量传感器的主要形式为各种不同直径和形状的探针（或称为接触测头），当探针沿被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使探针发生形变。

这种形变触发测量传感器，将测出的信号反馈给测量控制系统，经计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。

特点：

适用性强、精度高（可达微米级别）；不受物体光照和颜色的限制；适用于没有复杂型腔、外形尺寸较为简单的实体的测量；由于采用接触式测量，可能损伤探头和被测物表面，也不能对软质的物体进行测量，应用范围受到限制；受环境温湿度影响；同时扫描速度受到机械运动的限制，且测量前需要规划测量路径，测量速度慢、效率低；目前还需要人工干预，不可能实现全自动测量；接触测头的扫描路径不可能遍历被测曲面的所有点，它获取的只是关键特征点，因而，它的测量结果往往不能反映整个零件的形状。

2、三维激光扫描仪现代计算机技术和光电技术的发展使得基于光学原理、以计算机图像处理为主要手段的三维自由曲面非接触式测量技术得到了快速发展，各种各样的新型测量方法不断产生，它们具有非接触、无损伤、高精度、高速度以及易于在计算机控制下实行自动化测量等一系列特点，已经成为现代三维面形测量的重要途径及发展方向。

而三维激光扫描仪在非接触式扫描中占据着非常重要的角色。

分类及原理：

三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为一维（单点）扫描仪、二维（线列）扫描仪和三维（面列）扫描仪。

而按照不同工作原理来分类，可分为脉冲测距法脉冲测距法（亦称时间差测量法）和三角测量法三角测量法。

三维激光扫描仪的特点：

（1）非接触测量

（2）数据采样率高（3）主动发射扫描光源（4）高分辨率、高精度（5）数字化采集、兼容性好（6）可与外置数码相机、GPS系统配合使用83、三维照相式扫描仪在非接触式三维扫描仪中，还有一个很重要的就是三维白光扫描仪，其工作过程类似于照相过程，扫描物体的时候一次性扫描一个测量面，快速，简洁，因此而得名。

照相式三维扫描采用的是面光技术，扫描速度非常快，一般在几秒内便可以获取百万多个测量点，基于多视角的测量数据拼接，则可以完成物体360度扫描，是三维扫描和工业设计、工业检测的好助手。

三维白光扫描仪工作原理：

采用结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的三维非接触式测量方式，测量时光栅（光点）装置投射数幅特定编码的结构光线（点）到待测物体上，成一定夹角的两个（或多个）摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行相位和解码计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，解算出两个（或多个）工业相机公共视场内物体表面像素点的三维坐标。

三维白光扫描仪的特点：

（1）非接触测量

（2）精度高单面测量精度可达微米级别；（3）对环境要求较低（4）对个别颜色（如黑色）及透明材料有限制，需要喷涂显像剂方能较好的扫描出来。

类型品牌品牌类别类别精度精度价格价格（万元）（万元）包含包含适用适用照相三维三维（北（北京）京）固定固定0.03mm0.03mm1818（三目）（三目）系统系统+硬件硬件便携，精度适中，用便携，精度适中，用于普通工件外部扫描于普通工件外部扫描ShaningShaning3D3D（浙（浙江）江）固定固定0.02mm0.02mm1414（双目）（双目）系统系统+硬件硬件激光日章日章（上（上海）海）手持手持0.1mm0.1mm1818系统系统+硬件硬件+电脑电脑手持，精度低，用于手持，精度低，用于腔体内部扫描腔体内部扫描0.05mm0.05mm35350.04mm0.04mm4545三坐标天准天准（苏州（苏州，美，美资）资）固定固定600*800*600600*800*6002.5um2.5um3636（手动头）（手动头）系统系统+硬件硬件+电脑电脑+打印打印机机精度高，用于多数工精度高，用于多数工件外形尺寸检测件外形尺寸检测4848（自动头）（自动头）5656（接触扫描）（接触扫描）精度高，接触点多，精度高，接触点多，用于工件外部精确扫用于工件外部精确扫描描类型对比三维扫描仪的功能主要是对工件的形位公差形位公差和尺寸公差尺寸公差的测量，三种扫描仪各有优势，照相扫描仪价格适中，精度中等，便携性强；手持激光扫描仪较为灵活，可深入工件内部，对腔体工件有较大优势，精度偏低，价格高；三坐标扫描仪最为实用，精度极高，能满足工业精度要求，主要评价标准分为量程量程，精度精度和测头测头三方面，其中测头价格占比较高，分为自动头，手动头和接触扫描头，现已出现五轴测头，价格依次递增。

现市面上的三维扫描仪德国质量居首，价格昂贵，同等尺寸精度，进口比国产价格高出1/3左右。

国产三维扫描仪大多为合资，国外的技术和主要部件，国内组装，价格合理。

个人三维扫描现正处于起步阶段，可以通过普通相机对物体不同角度照多张照片，再通过软件（例123D）在电脑上建模，也可以得到物体的精确三维模型。

建模建模就是建立模型，是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。

主要的3D制作软件软件有3DMax,Maya,CAD等，一些3D打印机厂商也提供3D模型制作软件。

机械设计中，UG、Pro/E、CATIA、SOLIDWORK等软件都能够直接支持；工业设计软件有Rhino、Alias等；CG设计软件有3DMAX、MAYA、Zbrush等，不能直接使用时可以将OBJ文件转换为STL文件；另外，Autodesk123D是一款免费的三维CAD软件；123DCatch能够把普通照片转换成3D模型；ZEditPro大大简化产品设计以及其它三维打印工作；3-MATIC软件直接对STL进行设计修改、扫描和CAD数据。

（一）

（一）网络建立三维模型。

网络建立三维模型。

CAD设计软件会提供一些模型，但更多的模型需要从网上下载的，国内一些论坛和平台也会提供相关模型下载，不过内容准确度和丰富性尚待完善。

三、三维建模网上下载网上下载，软件建模软件建模和3D3D扫描扫描是三维建模的主要途径。

CATIACATIA：

广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。

SolidworksSolidworks：

基于windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零实体造型、复杂装配和生成工程图。

图形界面友好，用户上手快。

UGUG：

优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数cad/cam软件厂商所采用。

Pro/EPro/E：

单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械cad/cae/cam的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准。

SolidedgeSolidedge：

基于参数和特征实体造型的新一代机械设计cad系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。

（二）常用的三维建模软件

（二）常用的三维建模软件（三）（三）3D3D扫描流程扫描流程利用相关软件如Geomagic,Imageware,Rapidform等对点云数据进行预处理测量方案制定、获取点云数据产品/原型测量规划测量数据模型分析建模方案制定数据预处理数据分块特征约束重建平面、二次曲面、Beiser曲面、NURBS曲面数字化模型STL模型新产品数字化模型重构RP快速原型CAE/CAM/CNC新产品/新原型利用软件进行曲面重构，得到更精确的实模型体，为产品的快速原型制造或快速开发做好准备。

曲面重构曲面重构几何约束几何约束创新设计创新设计四、三维扫描仪的应用三维扫描技术的应用面非常宽广。

在诸多领域如：

逆向工程、数据可视化、计算机辅助设计、虚拟现实环境、数字文物、数字博物馆、数字考古、地形勘测、犯罪现场检测、数字城市、城市规划、数字娱乐（游戏、动画、电影）等，均有广泛的应用。

（11）逆向工程）逆向工程：

逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。

比如，现在需要快速而精确的复制一个机械零件。

首先通过三维激光扫描，获取其表面点云的三维数据信息，并由此信息在计算机中建立该物体的三维几何模型，并对该模型进行修正改进，进而开发出同类产品。

当需要对零件设计进行修改的时候，只需对计算机中已经建立的三维模型进行修改，就可以获得同样的效果，大大提高了工作效率，缩短了工期。

（22）测绘、检测技术）测绘、检测技术20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘、检测领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

通过远距离扫描高温物体表面进行检测，这是其它检测方法很难做到的。

（33）人体、服装）人体、服装三维激光扫描仪在扫描人体、服装等柔性物体时优越性就体现出来了。

由于采用的是非接触式的测量，保证了所测量的物体数据不失真。

真正可以做到量体裁衣。

人体扫描点云人体扫描点云人体三维数据人体三维数据（44）医学、整形）医学、整形激光器按其输出大小以及对人体造成的危害程度可分为四个等级，其中第一、二级激光器发出的激光对人体基本没有伤害。

据此，拥有此类激光器的三维扫描仪便可直接对人体进行扫描。

五五、三维扫描仪的市场和产品三维扫描仪的市场和产品美国FARO公司FOCUS3D三维激光扫描仪是用于复杂测量和建档的高速三维扫描仪，也是世界上唯一的模块化的三维激光扫描系统，还是世界上最快的三维大空间激光扫描仪，以每秒最大976,000点的速率可扫描最长为503英尺（153米）的文档。

Focus3D采用激光技术，只需数分钟即可产生复杂环境和几何结构的详细三维图像。

Focus3D配有触摸操作屏，用于控制扫描功能和参数。

最终的图像是由数百万彩色点的点云组成，可用来对现有环境进行数字化再现。

美国3D打印机厂商MakerBotCEO布瑞佩蒂斯（BrePettis）在2013年SXSW互动大会上展示了3D扫描仪的原型产品。

DIGITIZER采用“传统的激光和摄像头，将实际物品复制成数字格式和文件”。

到2013年3月为止，尚没有其他厂商推出具有竞争力的消费类3D扫描仪。

各国三维扫描仪主要生产厂商各国三维扫描仪主要生产厂商国内：

北京博维恒信北京天远杭州先临三维上海数造深圳华朗三维深圳深大三维北京技睿新天上海临界四维北京荣创科技台湾马路北京朝日三维北京迅恒图像德国：

ATOS博尔科曼日本：

柯尼卡美能达罗兰拓普康美国：

法如艾肯瑞士：

徕卡瑞典：

海克斯康六六、三维扫描仪的发展趋势三维扫描仪的发展趋势

（1）三维扫描仪国产化