一、3D數(shù)字化全球市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng),非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)優(yōu)勢(shì)凸顯

據(jù)公開(kāi)資料顯示,當(dāng)前,3D數(shù)字化全球市場(chǎng)規(guī)模保持穩(wěn)定增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2023年市場(chǎng)規(guī)�？蛇_(dá)59.05億美元,2017-2023年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.8%,未來(lái)仍將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。

全球3D數(shù)字化產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,主要應(yīng)用在汽車(chē)、醫(yī)療、航空航天與軍工、建筑、能源、采礦、文物保護(hù)等領(lǐng)域,合計(jì)占比達(dá)到68%。未來(lái),3D數(shù)字化領(lǐng)域的市場(chǎng)增長(zhǎng)將主要來(lái)自汽車(chē)、醫(yī)療、航空航天、個(gè)性化定制等行業(yè)應(yīng)用的良好增長(zhǎng)。而隨著3D掃描技術(shù)的進(jìn)步,3D數(shù)字化應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂?p>

三維掃描技術(shù)從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度劃分,主要有以下幾大類(lèi):拍照式、關(guān)節(jié)臂式、三坐標(biāo)、激光跟蹤式、激光掃描式等。根據(jù)華經(jīng)市場(chǎng)研究中心發(fā)布《2021-2026年中國(guó)結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展研究及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)前景預(yù)測(cè)報(bào)告》指出,在一眾三維掃描技術(shù)中,非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)在眾多行業(yè)應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)日益凸顯。

非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)主要是指光源經(jīng)過(guò)投射系統(tǒng),將光柵條紋投射到被測(cè)物體上,經(jīng)過(guò)被測(cè)物體形面調(diào)制形成測(cè)量條紋,再由相機(jī)采集測(cè)量條紋圖像,進(jìn)行解碼和相位計(jì)算,最后利用外極線約束準(zhǔn)則和立體視覺(jué)技術(shù)獲得測(cè)量曲面的三維數(shù)據(jù)。

簡(jiǎn)而言之,非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)的基本原理是:采用一種結(jié)合結(jié)構(gòu)光技術(shù)、相位測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的復(fù)合三維非接觸式測(cè)量技術(shù),其中相機(jī)標(biāo)定、特征提取和立體匹配是其關(guān)鍵技術(shù)。

相較于其他掃描方式,非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)具有掃描速度快、精度高、不必逐點(diǎn)掃描、掃描面積大、數(shù)據(jù)較為完整等特征,特別適用于復(fù)雜曲面逆向建模。除了普通材質(zhì)的物品外,對(duì)于一些特殊材質(zhì),如較軟材質(zhì)物品以及不適合直接接觸式掃描的物體,如橡膠、紙制品、工藝品、文物等,這種非接觸式3D掃描技術(shù)也能駕馭。

二、基于非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)的MP80 Pro打破業(yè)內(nèi)技術(shù)發(fā)展瓶頸,市場(chǎng)領(lǐng)先

縱觀國(guó)內(nèi)基于結(jié)構(gòu)光3D掃描技術(shù)的設(shè)備,有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì),但也存在一定的不足,如創(chuàng)建完一個(gè)模型后,還需要專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)模型進(jìn)行后處理,以及對(duì)于掃描光源環(huán)境的匹配度,不能做到控制自如等。

國(guó)內(nèi)全棧式3D數(shù)字化解決方案提供商積木易搭推出了一款基于非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)系統(tǒng)的自動(dòng)化真彩3D掃描系統(tǒng)MP80 Pro。無(wú)論是在掃描精度、掃描速以及易用度等方面都可圈可點(diǎn)。并且,相較于一般掃描儀在掃描模型后處理、掃描光源環(huán)境的控制方面,也都做到了一步到位。

這款MP80 Pro 3D智能掃描硬件的掃描系統(tǒng)主要基于非接觸式相移結(jié)構(gòu)光三維掃描和自動(dòng)紋理貼圖技術(shù),采用軟硬件協(xié)同的操作方式,掃描精度可達(dá) 0.03mm。能夠快速獲取物體表面3D數(shù)據(jù)和紋理貼圖,通過(guò)自動(dòng)拼接、紋理匹配、勻光勻色等核心自研算法,5分鐘即可完成掃描并生成高保真彩色物體3D數(shù)據(jù)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,自動(dòng)化處理,掃描精度高,掃描速度快。無(wú)需貼點(diǎn),省去大量人力,減少對(duì)物體損傷。

1.MP80 Pro掃描系統(tǒng):基于非接觸式結(jié)構(gòu)光技術(shù),軟硬件協(xié)同處理

在掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)方面,MP80 Pro采用基于結(jié)構(gòu)光的三維掃描儀嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),用以實(shí)現(xiàn)相機(jī)觸發(fā)、LED光強(qiáng)度調(diào)節(jié)、通信以及圖像處理和人機(jī)交互界面等功能,從而為掃描系統(tǒng)的軟件總體控制掃描功能的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造基礎(chǔ)。

在掃描系統(tǒng)的硬件方面,MP80 Pro主要包括了通信與主控模塊、圖像采集模塊和電源模塊三大塊;具體的組成部分包括USB接口,主控單元,補(bǔ)光燈強(qiáng)度調(diào)節(jié),電源等單元的設(shè)計(jì),從而為掃描系統(tǒng)的各種功能實(shí)現(xiàn)奠定硬件基礎(chǔ)。

2.MP80 Pro掃描相機(jī):130萬(wàn)像素結(jié)構(gòu)光3D相機(jī)+專(zhuān)業(yè)單反相機(jī),全方位采集物體三維結(jié)構(gòu)及色彩紋理信息

相機(jī)是掃描儀得以獲取物體信息的傳感器,其性能將對(duì)物品掃描最終效果產(chǎn)生決定性影響。

MP80 Pro采用130萬(wàn)像素、8mm鏡頭的高精度結(jié)構(gòu)光3D相機(jī),掃描精度高達(dá)0.03mm,每秒百萬(wàn)次點(diǎn)云掃描速度,掃描速度快,掃描面積大,能快速完成物體的高精度高分辨率三維建模。

同時(shí),MP80 Pro支持專(zhuān)業(yè)單反相機(jī),用以采集物體的色彩、紋理信息,以實(shí)現(xiàn)物體模型的紋理貼圖,自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)真彩3D模型創(chuàng)建過(guò)程。

同時(shí),MP80 Pro自帶的BoxStudio專(zhuān)業(yè)掃描處理軟件,集成了多種AI算法,實(shí)現(xiàn)掃描、拼接、紋理貼圖等均自動(dòng)化處理,實(shí)現(xiàn)模型各部件拼接過(guò)渡自然。無(wú)需人工干預(yù),也不需要再利用其他專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)模型進(jìn)行后期處理,5分鐘即可生成真彩3D模型,彩色模型效果可實(shí)時(shí)3D可視化預(yù)覽,建模效率提升80%。

3.高保真LED柔光攝影燈箱配置,MP80 Pro自帶穩(wěn)定的光照環(huán)境匹配系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)在于,其對(duì)給定環(huán)境中的光照條件非常敏感,光照環(huán)境是否匹配將會(huì)直接影響物體的掃描結(jié)果。

在掃描儀的實(shí)際運(yùn)用中必然會(huì)遇到不同強(qiáng)度的光照環(huán)境,同時(shí),不同物體在掃描的過(guò)程中對(duì)于光照環(huán)境的要求也是不一樣的。一般結(jié)構(gòu)光3D掃描儀的解決方法是,掃描的同時(shí)自帶補(bǔ)光光源或單獨(dú)布景,操作起來(lái)比較麻煩。

而在這一點(diǎn)上,MP80 Pro采用了高保真LED柔光攝影燈箱,打造了基于LED光的三維掃描儀控制系統(tǒng)。通過(guò)掃描控制軟件,可根據(jù)具體的掃描需求調(diào)節(jié)LED燈的亮度,實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光,從而在掃描物體的過(guò)程中保證光照環(huán)境的匹配。

掃描建模過(guò)程自動(dòng)化、自帶LED光源設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同等,MP80 Pro克服了市面上一般非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描儀的技術(shù)難點(diǎn),建模效率提升80%。同時(shí)具有大視場(chǎng)、非接觸、精度高、實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn),5分鐘即可完成高精度高質(zhì)量真彩3D模型創(chuàng)建,因此在文博、教育、電商、VR/AR、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

以MP80 Pro在文物數(shù)字化修復(fù)、建檔應(yīng)用為例,MP80 Pro在對(duì)文物進(jìn)行非接觸掃描測(cè)量后,再通過(guò)計(jì)算機(jī)程序的測(cè)算,能夠獲取文物損失部位精確的三維數(shù)據(jù),從而將文物復(fù)原得到完整的三維數(shù)字模型。

通過(guò)對(duì)文物材質(zhì)的數(shù)字化分析,3D打印可直接制作出文物缺失部位,且吻合度極高,能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)制部件與文物殘破邊緣的無(wú)損對(duì)接,最終復(fù)原文物全貌。大大避免了傳統(tǒng)的文物修復(fù)所采用的翻模及脫模可能會(huì)給文物造成的二次傷害的風(fēng)險(xiǎn),并為博物館日后研究提供更加全面的數(shù)字三維資料。

非接觸式結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)是現(xiàn)階段較為新穎的掃描技術(shù),已經(jīng)在許多領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。隨著三維掃描技術(shù)不斷發(fā)展,在未來(lái)眾多行業(yè)中,結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)優(yōu)勢(shì)將日益凸顯,應(yīng)用所涵蓋的領(lǐng)域也將更加廣泛。積木易搭的MP80 Pro目前已廣泛應(yīng)用于文博、教育、電商、VR/AR、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域,深受市場(chǎng)認(rèn)可。