Прототипирование и оснастка

Бесконтактные 3D-сканеры являются значительно более сложными приборами, в которых заложены весьма изощренные алгоритмы создания пространственных каркасов. Так, во многих из них используется двойная (дополняющая основную) система ввода координат тела. Многие устройства совмещают лазерные датчики (заменяющие механический "щуп" контактных 3D-сканеров) и цифровой фотоаппарат, который используют для большей точности сканирования, что позволяет получить модели объектов с наложенными текстурами.

Однако вместо лазерных датчиков пространства могут применяться и более сложные системы. Например, в последнее время начали появляться системы 3D-сканирования на базе ультразвуковых установок, преимуществом которых перед конкурентами является режим сканирования тел с внутренней структурой или тел, погруженных в однородную среду.

Активно ведутся разработки магнитных сканеров, использующих для определения пространственных координат объекта изменение его пространственного магнитного поля. Следует отметить, что ультразвуковые и магнитные сканеры крайне чувствительны к различного рода шумам. Так, первые могут реагировать на погодные явления, звуковые волны, создаваемые другим оборудованием, кондиционерами или даже флюоресцентными лампами, а источником помех для вторых могут быть металлические объекты в помещении, не говоря об электропроводке. Многообразие столь сложных устройств говорит нам об одном - без хорошего программного обеспечения и вмешательства человека данные, получаемые 3D-сканерами, все равно остаются малопригодным набором цифр.

ревние реликвии обретают виртуальное бессмертие

Техника трехмерного сканирования, проходящая испытание в Британском музее, способна приблизить время создания его виртуального аналога. Новым методом лазерного сканирования предполагается сделать цифровые копии с хрупких глиняных табличек, найденных в Междуречье. Помощник хранителя отдела Древнего Ближнего Востока рассказал, что это что-то вроде фотокопирования, только в миллионы раз мощнее. В случае успеха трехмерное изображение табличек должно появиться на сайте музея, а цифровые копии позволят специальным устройствам создавать точные копии оригинала.

Идея возникла тогда, когда для выставки, посвященной древнему ассирийскому царю Ашшурбанипалу, потребовались копии тысячи глиняных табличек. Дело в том, что в Британском музее находится несколько тысяч табличек из библиотеки царя. Это словари, сказания и списки домашних животных. Копирование столь большого количества предметов традиционным методом заняло бы несколько лет. Новый лазерный сканер позволяет сократить этот срок до считанных недель. Не стоит забывать, что клинописные таблички очень хрупкие объекты. Они могут разрушиться от легкого прикосновения, а луч лазера не способен нанести им вред.

Для пробной работы две глиняные таблички переданы шотландской компании Kestrel 3D. Музей рассчитывает получить результаты эксперимента в ближайшее время. Если опыт окажется удачным, в будущем хранители фондов надеются выставить в Интернет значительную часть музейной коллекции, и тогда все желающие смогут наслаждаться "сказанием о Гильгамеше" в оригинале.

В 2000 году неконтактный лазерный сканер Minolta VI-700 3D Digitizer использовался для сканирования и восстановления знаменитой доисторической пещеры в Испании - Алтамира. Известная во всем мире известняковая пещера была обнаружена в 1879 году. Почти 200 наскальных рисунков животных украшают Алтамир. Это 38 бизонов, 10 волов, 26 лошадей, 14 козлов, 63 оленя, 5 диких боровов, 1 мамонт, 1 лось, 1 кот, 1 рыба, 1 волк, 10 неопределенных фигур, 9 антропоморфических фигур и почти сотня надписей. Возраст картин оценивается в 15 000 лет.

В 1973 году пещеру посетили более 177 тыс. человек. Такое количество любопытных туристов привело к изменениям влажности и температуры в помещении исторического объекта. Частицы и секции хрупких картин начали падать с потолка. В 1978 году было решено закрыть историческое сокровище, чтобы избежать серьезных повреждений наскальной живописи. Когда пещера была повторно открыта в 1982 году, только 35 туристам в день разрешалось ее посещать. Из-за невозможности удовлетворить всех желающих, управление археологическим музеем решило построить точную копию пещеры, используя современную технологию.

Единственным 3D-сканером, который мог решить эту задачу, оказался Minolta VI-700, который и использовали, чтобы оцифровать каждую деталь пещеры. Более 6 миллионов геометрических точек были отсканированы Minolta VI-700 только на потолке (фото 10).

После восьми месяцев работы было снято и оцифровано около 3 000 квадратных метров поверхности. Большинство цифровых цветных рисунков высокого разрешения были виртуально восстановлены. Сшитые по участкам трехмерные модели с помощью программы RapidForm2000 позволили воссоздать пещеру с использованием специальной технологии в масштабе 1:1 сначала из силиконовых, а затем из кремниевых секций.

Копия пещеры - Алтамира II теперь входит в состав комплекса музея. Посетители могут увидеть залы пещеры, минуя стальной пешеходный мост и отверстие, соединяющее искусственный объект со зданием музея.

Заключительная часть

Субъективная классификация областей применения 3D-сканеров носит условный характер и не ограничивается перечисленными выше пунктами. Рынок данной технологии в России только развивается. Мы существуем в объемном мире, а метод 3D-сканирования позволяет зафиксировать объемное тело, выполнить объемное фото и выгравировать его точками в стекле с помощью лазерного луча.

Фотография фиксировала плоскость и стала одним из шедевров человеческого гения, пленив сердца и мысли миллионов людей, весьма быстро проникнув во все отрасли науки, техники и искусства, порой находя для себя самое неожиданное применение. Фотоаппарат побывал везде: на суше и воде, под водой и в космосе, в жарких пустынях, холодных льдах и оазисах. Повсюду люди преследовали различные цели: от сугубо научных до банального желания запечатлеть ускользающую красоту окружающего их мира. Сегодня имеется уникальная возможность, о которой фотографы и инженеры могли только мечтать. Век компьютеров и лазерной техники открывает для нас новый виртуальный мир. 3D-сканер - это первый шаг, позволяющий соединить воедино виртуальный мир и объективную реальность. Мы находимся у истоков ранее недоступного, но, несомненно, интереснейшего направления развития информационных технологий. Уже сегодня очевидно, что дизайнер не может соревноваться с 3D-сканером в скорости создания копии цифровой модели. Это все равно, что сопоставлять скорость рисования художника и скорость получения изображения с помощью фотоаппарата.

Технология сканирования ни в коем случае не является альтернативой мастерству дизайнера, так же как компьютер не стал альтернативой образно и логически мыслящему человеку. Устройство только расширило список доступных для реализации задач, а также открыло новые перспективы перед дизайнерским искусством и инженерным гением.

Область применения системы 3D-сканер + компьютер с прикладным программным обеспечением + оператор неуклонно расширяется: от кинематографии и военной сферы до самолетовождения и космонавтики. Область применения системы ограничена исключительно нашей фантазией.