3D掃描講解:開發(fā)人員可采用的五個基本步驟

當(dāng)今世界，為物體和數(shù)據(jù)建立3D模型的表現(xiàn)方式是大受追捧的手段，并被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、數(shù)據(jù)可視化、醫(yī)學(xué)和娛樂等方面。但這些模型從何而來?一種常見的來源是高級計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ACAD)軟件，該軟件可通過切割和連接材料的虛擬塊來創(chuàng)建3D物體。另一種常見的來源，同樣也是DLP技術(shù)可以輕松方便實(shí)現(xiàn)的，是通過3D掃描儀。3D掃描儀能使用一個或多個傳感器以及附加的組件來記錄和存儲有關(guān)物體表面的信息。這些信息可包括物體表面的空間位置、質(zhì)地、反射率、透射率，還可能包括顏色。高品質(zhì)的掃描儀能快速提供多種物體的精確測量值，并且有著高分辨率及低創(chuàng)性;此類掃描儀易于使用，同時極具成本效益。DLP技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)掃描儀。

那么，3D掃描到底是如何進(jìn)行的?以下有供參考的五個基本步驟：

1. 采集(Acquisition)：物體的屬性是通過傳感器及其它元件測定的，測量值被存儲起來供之后的處理。采集過程通常從各種角度、分多個階段實(shí)施，以確保所有相關(guān)細(xì)節(jié)信息都能被捕獲。

2. 記錄(Registration)：從各個采集階段獲取的數(shù)據(jù)集會在一致的參考幀內(nèi)被參考和校準(zhǔn)，在測量值集之間建立聯(lián)系，這有助于將測量值融入緊密結(jié)合的模型中。

3. 泛化(Generalization)：在采集階段，測量連續(xù)表面上的每個點(diǎn)是不太實(shí)際的，所以，測量數(shù)據(jù)是離散或非連續(xù)的。為建立連續(xù)表面的模型，若干算法已經(jīng)被開發(fā)出來，旨在正確地詮釋測量值，并在數(shù)據(jù)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)表面外插或填充。

4. 融合(Fusion)：來自多個階段的測量值被組合成單個物體。該步驟可在泛化處理之前或之后實(shí)施。對步驟3、步驟4和步驟5進(jìn)行若干次迭代是必需的，以便產(chǎn)生一個精確的模型。

5. 優(yōu)化(Optimization)：要在目標(biāo)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最佳使用效果，可重新格式化該模型。

如果每單位面積的測量值(即采樣密度)很多并可迅速獲得，那么3D掃描過程就能十分高效地運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，我們常采用主動三角測量法，例如使用Kinect。已知方向和位置的光源投射出帶有圖形的光，以展示所需的物體細(xì)節(jié)。已知位置和方向的攝像頭則可拍攝該圖形的影像。然后用三角測量法來定位空間中圖案的每個點(diǎn)，從而產(chǎn)生物體表面的一系列網(wǎng)格點(diǎn)。如果可在非常短的時間內(nèi)顯示許多不同的高分辨率圖案，那么一個高度精確的3D模型將會被生成。

這一點(diǎn)上，DLP技術(shù)可提供差異化的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括：

1. 小型數(shù)字微鏡器件(DMD)像素大小能產(chǎn)生對高光強(qiáng)度的分辨率，可實(shí)現(xiàn)卓越性能。

2. 當(dāng)與不同顏色的光源耦合使用時，物體顏色對采集過程的影響會被最大限度地減小，并可迅速獲得色彩編碼的數(shù)據(jù)。

3. DLP系統(tǒng)的幀速率很高，每秒可產(chǎn)生多達(dá)32,500個圖形，從而能實(shí)現(xiàn)高采集速度并允許快速和精確的系統(tǒng)校準(zhǔn)。

4. 可在一個或僅僅幾幀內(nèi)改變圖形類型、顏色和分辨率，以便快速提供許多不同的測量值——這些測量值能帶來高精確度和細(xì)節(jié)信息。