3D-Scan

3D scannen – eine Annäherung

Neben der Erstellung von 3D-Daten mit CAD-Programmen gibt es die Möglichkeit Objekte mit dem 3D-Scanner zu erfassen, um dann die Daten weiterzuverarbeiten. Beim dreidimensionalen (3D) Scannen von realen Objekten werden Form und Eigenschaften dieser Objekte erfasst, um sie in digitalisierter Form zu repräsentieren.

 Anwendungsbereiche

Genutzt werden 3D-Scans bereits in vielen Bereichen unter anderem in der Landschafts und Gebäudevermessung , in der  Fertigungskontrolle, dem   sogenannte reverse engineering bis hin zur Rekonstruktion archäologischer Fundstücke und natürlich im Modellbau und Rapid Prototyping.

Die unterschiedlichen Scann Systeme sind auf Ihr jeweiliges Aufgabengebiet optimiert. Da wir zunächst kleine Objekte erfassen möchten haben wir uns für das stationäre Sysetm von David entschieden.

Nachdem wir unseren David-Laserscanner bereits erfolgreich an einem Tiger getestet hatten.

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wollten wir uns nun an einem Seestern probieren.

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Wie wird ein Objekt erfasst ?

Grundsätzlich arbeiten 3D-Scanner wie herkömmliche Kameras. Ausnahmen bilden nur die mit Röntgenstrahlen arbeitenden Scanner. Die normalen 3D-Scanner erfassen aber – wie die normalen Kameras – lediglich ein kegelförmiges Sichtfeld und nur Informationen über Oberflächen, die nicht verdeckt sind – eben genauso wie die klassische Kamera.

Das Erfassungssystem

Unter dem Begriff 3D-Scanner wird im Allgemeinen ein komplettes Erfassungs- und Verarbeitungssystem verstanden. Das Messsystem eines 3D-Scanners umfasst als Hardware: Sensor, Projektor, Positioniereinheit. Der Projektor kommt bei berührungslosen Laserscannern zum Einsatz – er projiziert Strahlen auf das Objekt. Die Strahlenreflexionen werden durch die Sensoren erfasst. Sensoren sind zum Beispiel eine Videokamera oder eine Webcam. So zeichnet beim Laser Scanning die Kamera als Sensor die vom Objekt reflektierten Signale auf.

Die Vorbereitungen

Für das 3D-Scannen in stationären Systemen wird ein Szenario eingerichtet, bei dem Helligkeit, Lichteinfall, Position und Bewegung des Objekts festgelegt sind. Abweichungen von diesen Voreinstellungen bedeuten im Regelfall auch Verluste bei der Qualität des Scan-Ergebnisses. Die Positioniereinheit sorgt dafür, dass sich das Objekt in der vorgesehenen Stellung und Position sowie mit den vorgesehenen Bewegungen zum Sensor und Projektor befindet. Meist wird darunter ein bestimmter Winkel, Abstand und als Bewegung im Regelfall die Drehung verstanden.

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Das Erfassen

Der David-Scanner ist ein  Structured Light Scanner.
Auf das Objekt werden  Muster in bestimmter Art und Reihenfolge projiziert.
Die Kamera erfasst die Muster - “gemessen” wird der Abstand und die Verkrümmung der Muster auf dem Objekt.

seeigel

Der magische Moment

Ein entscheidender Faktor im Scannprozess ist die  entsprechende Software zur Kalibrierung, Datenerfassung und vor allem zur Rekonstruktion. Die Güte der Software entscheidet letztlich über die Qualität der Datenerfassung: Sie bereitet diese vor und managen sie. Die Scan-Software muss die Daten verwalten, berechnen und – eventuell noch mit manuellen Änderungen – zu einem möglichst wirklichkeitsnahen Objekt zusammensetzen.

SEEIGEL mit muster

Das Objekt in der Software

Der 3D-Scanner erfasst natürlich nicht das Objekt an sich, sondern die Objektgeometrie. Er schafft eine “Abbildung” in einem Koordinatensystem. Diese Abbildung beschreibt den Abstand zu einer zu erfassenden Oberfläche durch jeden einzelnen gescannten Punkt. Die Software errechnet aus den gemessenen Punkten eine Geometrie. Die einzelnen Geometrien werden zu einem Objekt fusioniert.

Auf der Benutzeroberfläche wird diese Geometrie abgebildet in der Ausgabe als 3D-Daten gespeichert.

seestern

Und dann … kann man zum Beispiel einen Seeigel drucken
… oder einen Tiger.
tiger daten