по дисциплине «Периферийные устройства» (стр. 2 из 3)

Среди конструкций трехмерных сканеров встречаются действительно оригинальные технические решения, позволяющие значительно повысить эффективность использования этих устройств. Одно из таких решений воплощено в сканерах фирмы AXILA. Их конструкция совмещает в себе элементы рычажного и бесконтактного лазерного сканера. Лазерный сенсор с небольшим радиусом действия укрепляется на шарнирной "руке", что позволяет добавить к свойствам рычажного сканера способность передавать мелкий рельеф поверхности.

Один такой сенсор предназначен специально для reverse engineering, а другой - для снятия данных о форме мягких и пористых поверхностей (поролон, пенопласт, различные утеплители).

Сканеры AXILA предназначены для промышленного применения и представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы с взаимозаменяемыми элементами. Это позволяет пользователям подобрать для себя комплектацию, полностью отвечающую необходимым требованиям. В ассортименте есть разнообразные механические "руки" разной длины, контактные сенсоры для различных поверхностей и даже специальные сенсоры в виде вилок, предназначенные для анализа трубчатых конструкций. Программное обеспечение может быть настроено на работу с любыми комбинация ми устройств. Предусмотрено также совместное использование сканера с программами сторонних фирм, различными системами CAD и даже с Microsoft Excel, хотя фирменное программное обеспечение и перекрывает практически весь диапазон необходимых функций. Цены комплектов могут кардинально меняться, но их средний уровень - десятки тысяч долларов.

ЗD-модель: от игрушки до человека

Комбинированные сканеры показывают отличные результаты в своем классе, существуют и другие области применения, где долгое и кропотливое "перекалывание" точек совершенно недопустимо или невозможно. Например, когда объект достаточно сложен и велик или, наоборот, мал, или когда требуется получить модель живого объекта - человека или животного. В этом случае подходит только бесконтактный сканер, снимающий данные с объекта за один проход. Такому сканеру можно поручить также изготовление текстур для трехмерных моделей, так как дистанционный лазерный сенсор находится относительно объекта в таком положении, которое удобно и для размещения специальной цифровой камеры. Выпуском сканеров подобного рода занимается компания Cyberware. На базе однотипных сканирующих модулей и специальных конструкций эта компания создает широкий спектр устройств - от desktop-вариантов для сканирования объектов размером с игрушечный автомобиль до сканирующих комплексов, которым под силу сканирование фигуры человека за один проход со всех сторон. Также эта фирма выпускает сканеры на заказ, применяя те же однотипные сканирующие модули. Все сканеры Cyberware используют для связи с компьютером высокоскоростной интерфейс SCSI, который является единственным обеспечивающим необходимую пропускную способность, чтобы передавать информацию о пятнадцати тысячах точек в секунду от каждого сканирующего модуля.

В комплекте со сканерами поставляются программы из довольно обширного набора, также разработанного в Cyberware. Эти программы предназначены как для первоначальной обработки "сырых" данных от сканера, так и для последующего построения и оптимизации цифровой модели и ее экспорта в один из распространенных 3D-форматов для платформ PC или SGI.

Фирма Cyberware выпускает сканеры на базе трех основных сканирующих модулей - моделей 15, 3030, WB4. Модель 15 серийно используется в самом маленьком настольном сканере Desktop 3D Scanner Bundle. Этот сканер по конструкции напоминает большинство своих аналогов, предназначенных для так называемого fast prototyping, то есть быстрого моделирования "в материале" (например, из пластилина). Он имеет поворотную платформу для модели и закрепленный рядом сканирующий модуль. Сканирование осуществляется за 17 секунд - именно за такое время происходит полный поворот подставки. Этот сканер не имеет фотокамеры и не может создавать текстуру для трехмерной модели. Максимальный размер сканируемого объекта - 250х150х75 мм.

На модулях модели 3030 построены три серийно выпускаемых сканера: Head & Face 3D Color Scanner, Model Shop Color 3D Scanner и Mini Model Shop Color 3D Scanner.

Все они обеспечивают создание модели с текстурой, а отличаются лишь системой крепления модуля и конструкцией подставки для объекта. Изображение текстуры передается в формате 8 бит на канал RGB, отклонение координат точек - порядка 0,1 мм. Head & Face 3D Color Scanner, как явствует из названия, может делать полный трехмерный портрет человека.

Для этого модуль установлен на штативе перед поворотной платформой, на которую ставится стул и садится человек. Платформа регулируется по высоте вручную и автоматически поворачивается при сканировании. Два других сканера практически идентичны, но отличаются максимальным размером сканируемого объекта. Модель Mini может сканировать объекты размером с коробку от обуви, но с более высоким разрешением и качеством. А ее более крупный вариант уже может разместить на своем столе макет автомобиля масштабом 1:5 и может быть использован, скажем, в машиностроительном дизайн-бюро.

Самый сложный и совершенный сканирующий модуль Cyberware - модель WB4. На его базе фирма изготавливает мощную систему, сканирующую за один проход фигуру человека полностью с текстурой. Область сканирования этой системы - цилиндр высотой 2 м и диаметром 1,2 м. Во время работы сканера четыре модуля, соединяемых с компьютером через SCSI-интерфейс, движутся по вертикали, после чего программное обеспечение, поставляемое со сканером, автоматически сшивает полученные секторы цифровой модели. Самый большой недостаток этого устройства в его цене.

Значительно дешевле – объединить несколько небольших сканеров в один. Такой способ предлагает несколько фирм, включая канадскую компанию InSpeck. Для того чтобы отсканировать человека целиком, придется приобрести 6 сканеров, потому что использование только такого количества устройств дает полный обзор в 360 градусов.

В сканерах InSpeck используется направленный свет от галогенных ламп, не оказывающий вредного воздействия на здоровье. Процесс сканирования занимает одну секунду и более, в зависимости от требуемого разрешения. При этом можно получить 550 000 точек координат, разрешение по осям варьируется от 0,03 мм до 3мм. К достоинствам сканера следует отнести сенсор, который считывает информацию о текстуре и цвете. Комплект включает в себя программу по обработке данных inSpeck-EM. Она позволяет упрощать полигоны, редактировать полученные данные, переводить их в NURBS, а также экспортировать модели в различные популярные 3D приложения: Maya, Max, Lightwave, XSI.

Технология фотосенсорного сканирования компании Realscan 3D

Компания Realscan 3D открылась в 2004 году. Тем не менее, несмотря на столь молодой возраст, эта студия сумела завоевать серьезные позиции на рынке предоставления услуг по 3D сканированию. Компания, в отличие от InSpeck и Cyberware, не продает свое оборудование и софт для трехмерного сканирования, а оказывает услуги крупным заказчикам из киноиндустрии и gamedevelopment.

В своей работе компания использует бесконтактный сканер, основанный на работе фотосенсоров и запатентованной системы освещения объекта. В секунду камера делает два снимка. Первый снимок сканирует 90 000 координат по осям XYZ, второй снимок сканирует UV с разрешением 3072х2048 color map. Таким образом, сделав несколько снимков, оборудование студии способно производить модели с 3 миллионами полигонов. В то же время разрешение текстуры может достигать 4096х4096 пикселей.

Оптимизирование сетки при помощи программного пакета Realscan3D

Компания Olympus предлагает упрощенные сканеры, основанные также на работе фотосенсоров. При этом качество получаемых объектов получается вполне приемлемое при сравнительно небольшой цене. К тому же фотосенсоры не только сканируют форму и цвет, но также считывает информацию о текстуре. Качество получаемых моделей и текстур оставляет желать много лучшего.

В работе Body scanner Vitus pro 8C

Следует заметить, что при использовании фотосенсорных сканеров и в том и в другом случае трехмерная модель получается программным путем, после того, как было сделано множество фотографий с разных ракурсов. Для того, чтобы добиться приемлемого результата при данном способе сканирования, необходимо хорошенько потрудиться.

Немецкая компания Vitronic выпускает две модели сканеров: 3D Body scanner Vitus pro 8C и 16 C.

Эти системы комплектуются видео (для считывания формы) и фото (для съемки цвета) камер. В данном аппарате используется луч, но производитель, что вполне естественно, утверждает, что их способ сканирования абсолютно не вреден для глаз. Процесс сканирования занимает 21 секунду при разрешении 2 мм по оси Z и 11 секунд- при 4 мм по оси Z. Сканирование цвета и текстур возможно как дополнительная опция , при этом цвет фиксируется во всех 3D точках-координатах. Общие показатели данных сканирования: глубина цвета- 12 bit, разрешение по оси X- 2 мм, по оси Z- 2 мм, по оси Y- 2 мм. Программный пакет Human Solutions для работы с полученным изображением и переводом его в рабочие 3D форматы.

Трехмерная модель общества.

Университет Лидса в Великобритании на конференции по компьютерным технологиям, проходящей в американском штате Флорида, представил модель трехмерного города, которую можно использовать для решения многих задач, стоящих перед муниципалитетами.При помощи них можно спрогнозировать, как отразится на жизни города то или иное нововведение властей. Подобные проекты сегодня уже не редкость. В частности, в России создаются виртуальные модели не только городов, но и целых государств. Такое глобальное моделирование находит применение и в военной сфере. Прежде чем осуществить ту или иную операцию, военачальники могут обсчитать все на компьютере.