干貨 | 手持三維掃描儀大解析

21世紀(jì)，南極熊認(rèn)為這是一個(gè)無所不能的時(shí)代，我們認(rèn)為在科幻電影中出現(xiàn)的場(chǎng)景將來會(huì)依次在我們的現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)，在《十二生肖》中出現(xiàn)的產(chǎn)品3d打印機(jī)和三維掃描儀早已存在。而且現(xiàn)今社會(huì)借助它超強(qiáng)的能力，許多人的生活和一些產(chǎn)業(yè)都在發(fā)生著翻天覆地的變化。

其實(shí)最早出現(xiàn)的是接觸式測(cè)量方法，代表是三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，雖然精度達(dá)到微米量級(jí)（0.5mm），但是由于體積巨大、造價(jià)高以及不能測(cè)量柔軟的物體等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。

下面南極熊著重為大家來講解一下手持式的掃描儀。

一般來說，3D掃描儀可以分為兩類：接觸式和非接觸式。接觸式掃描儀，顧名思義，需要與被掃描物體直接接觸。相反，非接觸式掃描儀則不需要直接接觸，它依靠激光或輻射（如X光或超聲波）來搜集被掃描物體的信息。

非接觸式掃描又分為兩種：

一類是被動(dòng)方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物體所處的自然光條件進(jìn)行掃描，常采用雙目技術(shù)，但是精度低，只能掃描出有幾何特征的物體，不能滿足很多領(lǐng)域的要求。

另一類是主動(dòng)方式，就是像物體投射特定的光，其中代表技術(shù)激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由于激光會(huì)對(duì)生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。

手持式三維掃描儀(3D scanner) 是一掃描儀小型化的應(yīng)用，是隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，電腦可以進(jìn)行實(shí)時(shí)拼接，采用的移動(dòng)式的3d掃描儀，手持式三維掃描儀主要可以收集到兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：1.用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀（幾何構(gòu)造）
2.用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的外觀數(shù)據(jù)（如顏色、表面反照率等性質(zhì)）。 搜集到的數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中創(chuàng)建實(shí)際物體的數(shù)字模型。
這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)信息、生物信息、刑事鑒定、數(shù)字文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。

不過市售的3D掃描儀還是有一定的局限性，它們暫時(shí)還只能搜集物體可見表面的信息。下面的視頻中探討了一些手持式3D掃描儀在工作時(shí)的局限性。

最近的新興的技術(shù)是結(jié)構(gòu)光式的掃描，結(jié)構(gòu)光也屬于主動(dòng)方式，通過投影或者光柵投射同時(shí)多條光線，就可以采取物體的一個(gè)表面，只需要幾個(gè)面的信息就可以完成掃描，最大的特點(diǎn)是掃描速度快，而且可編程實(shí)現(xiàn)。

我們都知道，3D打印和3D掃描關(guān)系密切。3D掃描具有強(qiáng)大的功能，能幫助用戶更方便地將現(xiàn)實(shí)世界物品轉(zhuǎn)換成為可用于3D打印的數(shù)據(jù)，省去了不少3D設(shè)計(jì)過程中的復(fù)雜工序，便于更快地進(jìn)行3D打印，所以3D掃描儀行業(yè)也是發(fā)展得如火如荼。南極熊3D打印網(wǎng)上有大量的3D掃描技術(shù)資料。

3D掃描儀是怎么工作的？

說到3D掃描儀，許多人的第一印象可能會(huì)覺得它是臺(tái)加強(qiáng)版的相機(jī)，不過其實(shí)它的主業(yè)是制作3D渲染圖。

3D打印機(jī)會(huì)搜集它視野內(nèi)的物體信息，不過跟相機(jī)有所不同，它記錄下的是物體各部分的位置信息，而不是其色彩和外觀。那么3D掃描儀是如何記錄下這些位置信息呢？原來是靠計(jì)算掃描儀和物體表面點(diǎn)陣的距離得來的。

正因?yàn)槿绱耍�想要得到一張完整�?D渲染圖，就需要掃描儀從不同角度采集多組信息，然后再將這些信息綜合起來。不過隨著3D掃描技術(shù)的逐步成熟，這一看似復(fù)雜的過程所耗費(fèi)的時(shí)間正在不斷縮短。

目前，多數(shù)的商用3D掃描儀都為非接觸式

非接觸式掃描儀工作時(shí)，會(huì)將激光（點(diǎn)、線或者陣列式）投射到物體表面，隨后掃描儀就能根據(jù)物體反射光判斷物體的位置信息。此外，掃描儀上還裝配了一個(gè)傳感器，用來搜集物體的形狀信息（基于反射光的角度得出）。

顯而易見，3D掃描的過程中會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量，這些數(shù)據(jù)需要一個(gè)強(qiáng)大的軟件來處理。網(wǎng)上這類軟件琳瑯滿目，到底要如何選擇呢？根據(jù)自己想要達(dá)到的目的選擇吧。還是那句話，適合你的才是最好的。


3D掃描儀到底有什么用？

其實(shí)在大型基礎(chǔ)工業(yè)中，3D掃描儀有著相當(dāng)廣泛的用途。舉例來說，博物館可以利用該技術(shù)來制作知名藝術(shù)品的3D渲染圖以供研究，廠商則利用該技術(shù)來制造零部件�？此七@些用途與我們的日常生活關(guān)系不大，但其實(shí)它在家用領(lǐng)域潛力十足。

奧巴馬—掃描奧巴馬—打印奧巴馬

最簡(jiǎn)單的應(yīng)用方式就是結(jié)合3D打印機(jī)打造小比例的模型，你可以試著打印一臺(tái)自己愛車的模型，或者自己給朋友做出獨(dú)一無二的紀(jì)念品。對(duì)于設(shè)計(jì)師來說，你甚至可以通過它來完成自己的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

即使沒有3D打印機(jī)的協(xié)助，3D掃描儀制作的3D虛擬模型也價(jià)值連城。在游戲設(shè)計(jì)中，這些虛擬模型可以讓游戲畫面變得更加真實(shí)和細(xì)膩。

只要你擁有一臺(tái)足夠強(qiáng)大的3D掃描儀，再配上自己天馬行空的想象力，這世界上沒有什么是你做不出來的。

3D掃描技術(shù)還沒有完全成熟

未來幾年3D掃描技術(shù)將會(huì)不斷地發(fā)展，但目前的3D掃描儀已經(jīng)相當(dāng)成熟，基本可以幫你完成大部分任務(wù)了。不過研發(fā)中新技術(shù)也相當(dāng)誘人，可以解決我們現(xiàn)在使用掃描儀終于到的一些問題，和無法掃描的情況，未來3D掃描儀可能會(huì)直接被做成激光芯片，甚至可以直接裝進(jìn)智能手機(jī)中，使用手機(jī)攝像頭即可進(jìn)行掃描�，F(xiàn)在很多廠商已經(jīng)開始了相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，有的甚至已經(jīng)推出了第一代產(chǎn)品。

價(jià)格還是其制約因素

隨著技術(shù)的發(fā)展，3D掃描儀的售價(jià)已經(jīng)一降再降，但是還是我們這些屌絲接受不起的。雖然市場(chǎng)上有特別便宜的三維掃描儀，但是掃描效果真的不堪入目，慘不忍睹。南極熊認(rèn)為其實(shí)硬件上的差距沒多大，就是在軟件上的不足。   市面上一臺(tái)入門級(jí)的單反價(jià)格在3000左右，但是效果好一點(diǎn)的掃描儀價(jià)格就在1000左右，雖然只是比一臺(tái)蘋果電腦貴了一點(diǎn)，但是再買之前還是要想想買一臺(tái)這個(gè)回去能干什么，看看自己的錢包里還有多少大洋。

而且，如果你沒有3D打印機(jī)，它的功能也會(huì)受到一定的限制。雖然3D打印機(jī)也在降價(jià)，但是在某寶上一臺(tái)低端的打印機(jī)也需要1000+大洋，而且還是單色，也就沒多大的作用了，畢竟這是一筆不小的花費(fèi)。

桌面三維掃描儀市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈因?yàn)閺漠a(chǎn)業(yè)鏈來看，三維掃描儀無疑是3D打印機(jī)的上游，無論是工業(yè)還是軍事使用的3D打印機(jī)，其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都可以用三維掃描儀來助力逆向設(shè)計(jì)。而對(duì)于家庭和教育領(lǐng)域的3D打印來說，還沒有完全掌握3D建模的愛好者和設(shè)計(jì)師則可以用三維掃描儀來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模，從而達(dá)到創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

在國(guó)內(nèi)，由于技術(shù)含量高并且價(jià)格高，工業(yè)掃描領(lǐng)域還沒有呈現(xiàn)遍地開花的繁榮之勢(shì)，北京天遠(yuǎn)是目前行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的工業(yè)三維掃描龍頭老大。與之相反，桌面三維掃描儀由于價(jià)格相對(duì)較低并且掃描精度要求不高，不少3D打印公司都開始涉足。

在國(guó)際市場(chǎng)上，Makerbot推出了其桌面三維掃描儀digitizer；3Dsystems則是推出了手持式三維掃描儀Sense，開啟了C端客戶市場(chǎng)。國(guó)際芯片巨頭Intel也走起了跨界路線，開始做起用于三維掃描的3D攝像頭，用于實(shí)體感應(yīng)技術(shù)。

在國(guó)內(nèi)，3D打印領(lǐng)軍者先臨三維也發(fā)布了一款白光桌面3D掃描儀Einscan-S。由于其掃描速度快并且精度高，連同其先臨三維的桌面3D打印機(jī)，成功打入全國(guó)教育界和和國(guó)內(nèi)外創(chuàng)客團(tuán)體，在這一波激烈的競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)了市場(chǎng)腳跟。與此同時(shí)，一些山寨的桌面三維掃描儀生產(chǎn)商也開始嗅到了市場(chǎng)，他們的涌入讓這片市場(chǎng)開始呈現(xiàn)價(jià)格戰(zhàn)趨勢(shì)。

未來三維掃描市場(chǎng)將兩極分化

北京天遠(yuǎn)的總經(jīng)理葉成蔚表示“隨著桌面三維掃描儀的遍地開花，國(guó)內(nèi)3D掃描儀市場(chǎng)將會(huì)呈現(xiàn)兩極分化的態(tài)勢(shì)：桌面三維掃描儀的價(jià)格將會(huì)越來越平民化，并開始呈現(xiàn)輕量化、便攜性的特性。未來三維掃描儀或?qū)��?shí)現(xiàn)大量的移動(dòng)端設(shè)備植入，用手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)三維實(shí)時(shí)掃描�！�

而另一方面，隨著工業(yè)智能化的推進(jìn)，市場(chǎng)對(duì)工業(yè)三維掃描儀的掃描精度、速度、穩(wěn)定性以及抗干擾性等要求都會(huì)越來越高。葉成蔚表示“未來天遠(yuǎn)的工業(yè)掃描儀會(huì)繼續(xù)深耕，做精做強(qiáng)。這也是掃描儀市場(chǎng)擴(kuò)大化形態(tài)下的必然趨勢(shì)。”

由此可見，無論是功能還是價(jià)格，桌面三維掃描儀和工業(yè)三維掃描儀都將呈現(xiàn)兩極分化的局面：桌面三維掃描儀會(huì)繼續(xù)在教育、家庭領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，而工業(yè)掃描儀則會(huì)在現(xiàn)代化智能制造上發(fā)揮更大的用武之地。

然而，在這兩極分化的過程中，新的需求又誕生了：桌面三維掃描儀價(jià)格低廉，但是其掃描精度和速度無法滿足工業(yè)級(jí)別的應(yīng)用；與此同時(shí)，工業(yè)級(jí)別的三維掃描儀由于價(jià)格高而把不少C端以及創(chuàng)客小團(tuán)體擋在了門外。市場(chǎng)正在呼吁一個(gè)新的三維掃描市場(chǎng)，既可以達(dá)到桌面三維掃描儀的價(jià)格，又可以實(shí)現(xiàn)類似工業(yè)掃描儀的應(yīng)用，以滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代不斷催生的個(gè)體以及小團(tuán)體創(chuàng)業(yè)工作者。

由于現(xiàn)在手持掃描儀的市場(chǎng)品牌比較繁雜，南極熊就不在這里一一列舉了，下面幾款國(guó)內(nèi)外比較知名的手持3d掃描儀。
EinScan-Pro手持3D掃描儀

先臨三維推出最新的一款EinScan-Pro手持式三維掃描儀，據(jù)了解，這款最新研發(fā)的EinScan-Pro手持3D掃描儀可以提供手持式快速掃描、手持式細(xì)節(jié)掃描、固定式全自動(dòng)掃描和固定式自由掃描，這樣四種掃描模式。針對(duì)不同精度要求和不同掃描物體大小，兼顧了便攜性和高精細(xì)度掃描需求�？梢哉f是市場(chǎng)上手持式三維掃描儀、桌面三維掃描儀和工業(yè)三維掃描儀三者合一的一款產(chǎn)品。

Digitizer

MakerBot公司出品的Digitizer絕對(duì)是同類產(chǎn)品中的佼佼者。只需要12分鐘，它就能用點(diǎn)陣從各個(gè)角度將對(duì)象掃描一遍。另外，Digitizer還能將掃描到的信息直接轉(zhuǎn)成3D打印所需的格式。

MakerBot提供的軟件還能將掃描、編輯和打印的過程無縫連接起來，另外，它還能實(shí)現(xiàn)不同掃描信息的整合。其實(shí)Digitizer也不是那么近乎完美，它的掃描場(chǎng)相對(duì)較小，所掃產(chǎn)品最大邊長(zhǎng)不能超過8英寸，重量也不能超過3公斤。另外，該產(chǎn)品還處在研發(fā)的早期階段，在正式上市前還有許多工作要做。

Scanify

Scanify是一款手持式掃描儀，你可以用它制作全彩3D渲染圖，而且它有著絕對(duì)領(lǐng)先的速度，制作一張圖只需0.1秒。因?yàn)镾canify可手持使用，所以它在掃描過程中有著極佳的靈活性，不過想要保持掃描的精度，還是需要一些必要的輔助。Scanify的掃描速度取決于被掃描的物體：物體顏色、棱角和反光都會(huì)對(duì)掃描所需時(shí)間帶來較大的差別。

另外，你還可以使用Scanify配套的專業(yè)版軟件，每年只需99美元就能得到更高階的編輯、整合和3D打印功能。

Matter and Form 3D掃描儀

如果以上兩款3D掃描儀的售價(jià)讓你覺得囊中羞澀的話，你可以看看Matter and Form公司的產(chǎn)品。該掃描儀原先是Kickstarter上的一個(gè)眾籌計(jì)劃，不過現(xiàn)在已經(jīng)成為了業(yè)界最具性價(jià)比的產(chǎn)品。

如上圖所示，它有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的掃描平臺(tái)，此外，配合掃描的相機(jī)也可上下移動(dòng)，這樣該產(chǎn)品就可快速?gòu)拿總�(gè)角度捕捉物體的細(xì)節(jié)，只需五分鐘就可完成整個(gè)掃描過程，其成品質(zhì)量也具備與那些高價(jià)型號(hào)一戰(zhàn)的實(shí)力。

不過與價(jià)位更高的Scanify相比，它還是有一定的短板，掃描區(qū)域不超過7英寸*9.8英寸，重量也不能超過3公斤。不過該公司會(huì)附贈(zèng)相關(guān)軟件，有了它你就可以制作用于3D打印的水密網(wǎng)格（watertight mesh）了。

Matter and Form Bevel

上圖這款產(chǎn)品名為Bevel，它也來自Matter and Form公司，主攻移動(dòng)掃描市場(chǎng)。只要通過耳機(jī)孔連上這款配件，你的智能手機(jī)就擁有了3D掃描的能力。掃描時(shí)，手機(jī)攝像頭會(huì)與Bevel內(nèi)置的激光燈一同工作，隨后制作出輕量級(jí)的3D圖像。

該產(chǎn)品現(xiàn)已進(jìn)入預(yù)售階段，未來它會(huì)兼容安卓和iOS雙平臺(tái)，并且為用戶提供3D拍照功能，拍攝的圖片還能直接用于3D打印。不過它最大的殺手锏還是其超低廉的價(jià)格（80美元），該產(chǎn)品預(yù)計(jì)將于今年年底正式開售。

手持式3d掃描儀的極致發(fā)展

對(duì)于3D掃描儀，難道就沒有更好的解決方案了嗎？肯定有啊，這不，一家公司就做了一個(gè)應(yīng)用，不用外接任何設(shè)備就可以直接將你的手機(jī)或平板變成3D掃描儀。

許多應(yīng)用都能讓你秒變攝影師，但這個(gè)應(yīng)用更強(qiáng)悍。ETH蘇黎世公司的3D掃描軟件雖然還未開發(fā)完成，但該公司宣稱，使用該款軟件就可以做出精確的周邊環(huán)境3D渲染圖，最重要的是，你不需要購(gòu)買任何配件。

我們生出在這個(gè)無所不能的時(shí)代中，我們可以把我們幾乎所有的想法都有機(jī)會(huì)去實(shí)現(xiàn)，想了解更多的最新3d打印資訊，可關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。