3D扫描仪 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
DIY 3D扫描仪，照相机
本文作者:叶子疏
Dentroman765
★★★☆☆
★★★☆☆
我对这个项目的设想如下：
3D扫描仪：
能准确且正确地产生3D计算机模型。
能够扫描1英尺(30.48厘米)x1英尺x1英尺大小的物体。
项目成本小于20美元（折合126.4元人民币）（手头已经有的材料不计在内，但就算加上这些扫描仪的成本也不会超过100美元（折合632.1元人民币））。
最后的作品工作的很好，我希望能在未来进一步提升可用性，改善性能，并且让软件更加自动化。
这张图实际上和项目无关，这是我工作室的照片，看起来整齐不？
定位三维空间的某个点有多种描述方式。最简单的方式是给出三个坐标数字来定位它和空间中另一点的相对位置，大多数计算机模型也使用这种格式。另外一些方式是用三个平面，或者一个平面和与其相交的一条线来定位。事实上最容易定位的是第三种描述格式，并将获得的数据转换成第一种格式保存。所以现在问题就变成了如何定位平面和与之相交的线：平面的定位可以用硬件解决，而直线的定位用软件处理。
一个玩具海螺壳，不幸的是过大了些。
和我在其他制作里做的一样，我会首先展示基本的设计大纲，然后再进行具体解说。这样的话方便根据自己的情况调整制作的环节。
所以我们需要生成一个平面，然后将平面的位置记录下来供计算机处理。尽管其他人有时使用阴影边缘定位，我打算用个更有趣的方法。我有一个亮度很高的绿色指星笔（普通的激光笔也行，大功率的指星笔通常比较贵）。我将它射向一个圆柱形透镜，将光束扩展成一个扇面，并将扇面作为定位平面使用。这个方法很奏效，但是注意扫描仪的工作范围将会被透镜的尺寸限制。我的透镜大约直径1英寸(2.54厘米)，虽然框架大约是一个2英尺(60.96厘米)见方的立方体，但是扫描区域只有2英尺x6英寸(15.24厘米)x6英寸大小。用一个小些的透镜会更好，但对我来说这样的扫描区大小也算是够了。
首先要制作一个能装下扫描仪部件的箱子，底板和后面板用聚氨酯板，侧板用胶合板，剩下的部分用在台锯上锯下的1.5英寸(3.81厘米)木块。在完工之后，我发现不一定需要聚氨酯板，找一些平胶合板漆上白漆的话也一样，并且便宜一点。我的箱子尺寸介于1.5英寸到2英寸(5.08厘米)之间，但是具体来说可以自定。箱子中比较重要的部分是顶部的导轨，导轨的加工必须精确，并且同滑轮配合妥当。我用了3/8英寸(0.95厘米)的金属棒做导轨，以及手头的尼龙滑轮，但是类似的设计也都能用。
接下来是激光头的支架，脱胎于一块旧木头。一张图片胜过千言万语，所以我会把具体的说明放到图片上。支架安装在导轨上，能够沿着导轨滑动。支架上有个激光组件的安装孔，所以激光组件可以在盒子的背板和底板之间，以及垂直方向上自由运动。支架和激光组件安装完成后硬件设置就完成了，接下来的步骤是安装摄像头。
相机应该安装在侧面和正上方，这样能够接收到反射出的激光光线。
这时候最好有一个测试样品，我找了一个小雕像，但是有着大小不等丰富细节的物体都可以。看看拍摄到的图像，保证能从它们的角度看到反射的激光。看下面的图片更更清楚地了解我的意思。
软件的编程思路很简单，摄像头中的每个像素对应实际空间中的一个点。或者说，摄像头拍下的图像是三维空间的一个投影，重点是怎样将两个空间中的点一一对应起来。事实上这可以通过一个简单的方程做到。
译注：依据已知的激光头位置，参考点位置，图片中相机拍摄到的参考点和激光照射表面点（图中的亮线）可以推算出实际表面的位置。这其实是一个三角定位和平面投影的问题，有兴趣的同学可以在纸上模拟一下。
现在来试一把。试图扫描点东西然后来看看工作状况。从这个简单的扫描仪里得到的并不是最终的扫描模型，只有对着摄像头的那些面能够被定位，分辨率也比较粗糙。解决这个问题的方法是多次扫描然后将结果合成，可以参看这个极好的例子：
扫描快乐！
译注：看起来作者是手动扫描记录位置然后对每个位置拍摄的图片综合处理得出3D模型。
还有很多我打算进一步努力的方向，不幸的是在近期内我没有实现它们的时间。我会把我的想法写在这里，留给那些和我一样雄心勃勃的DIYer。
1．自动扫描
为了实现这一点还有很多事情要做，首先是软件控制。MATLAB在这个用途上不一定适合，而且我也不是很急于去尝试另一种语言。另外这还需要使用另外一些电子产品，通过电脑上的命令控制电机运动。最后，需要获取和加载实时图像，我暂时还搞不定。
2．添加一个转盘
自动化的转盘能够一次性完成多个角度的扫描，这会减少生成完整3D模型的时间。
3．扫描软件
在理想的情况下，扫描软件应该能够过滤图片中的噪声，并且自动从扫描获得的点集划分生成网格模型。
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难度还是蛮大的。。
DIY越来越凶悍了。。。
电影视觉导演，艺术电影制作者
这个厉害 再细化下 直接扫描出来的就是高模型· 呵呵 建模师们情何以堪
威武啊。。。。。。。。。。。
直接用Kinect + 3D重构
的回应：直接用Kinect + 3D重构+10086就是成本太高没别的问题了
有没有更强大的呢？如果有的话，无论如何我都跟着做一个
电力电子博士生，文史爱好者
未来的打印机是3D的么
呃，听上去很寂寞么？
如果激光头搞齐rgb三色的话，那可否能按图像的各种颜色的灰度来实现彩色3D扫描？
反过来的话以后就自己做手办
借用个点子。。。冻成立方体。。。照相机放天花板上往下照。。然后每照一张，从顶上就削掉或者说磨掉0.1mm。。这个精度很高吧。。。。
噗! 看到了熟悉的matlab.......
的回应：未来的打印机是3D的么现在已经有3d打印机了
不知道这样扫描出来的模型能不能放到3DMAX中，现在影视行业用的基本上都是多机位三维投射扫描方式吧
Ipad上好像已经有了三维投射扫描式的三维扫描小程序了
起初以为是3D打印机呢！失望！
的回应：借用个点子。。。冻成立方体。。。照相机放天花板上往下照。。然后每照一张，从顶上就削掉或者说磨掉0.1mm。。这个精度很高吧。。。。表面粗糙度，。。。
眼科学博士
选的这个3D扫描仪不是很好，这里有一套课程供参考：mesh.brown.edu/byo3d/我用投影仪和摄像头仿制过一个
三维光学扫描么，我同学做这个啊，编码点····好熟悉啊
说实话。。。完全看不懂。。。
各种看不懂。
的回应：DIY越来越凶悍了。。。+1
难度略高了，材料都没看懂
双光束干涉+光折变晶体存储的体全息存储识别技术早就有了啊，而且因为是利用光学方法，图像处理时间接近于零，计算机根本比不了。
全息遊戲的曙光？！
碉堡了！！！！！！！！！！！！1
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盘点六大性价比最高的3D扫描仪
3D扫描仪不仅能够帮助复制古建筑遗址，修复历史文物，甚至可以实现人体扫描。利用3D扫描的优势，可以极大地扩展3D打印的可能性。
　　3D扫描仪不仅能够帮助复制古建筑遗址，修复历史文物，甚至可以实现人体扫描。利用3D扫描的优势，可以极大地扩展的可能性。不管是稀世传家宝，还是珍贵的古董收藏，或者是独一无二的部件和工具，都可以利用3D扫描仪来收集数据从而创造出准确的3D打印模型。　　市场上的3D扫描仪不尽其数，综合价格，分辨率，特性等，给小伙伴们盘点一下2015年性价比较高的几款3D扫描仪，希望能帮到大家。　　1.Matter & Form 3D扫描仪 ---MFS1V1　　价格：599美元　　安装：固定/台式机，可以折叠（便携式）　　扫描精度：细节部件可达 0.43毫米，尺寸可达0.25毫米　　扫描技术： HD CMOS传感器+ 2个激光器　　软件：Matter and Form Scan　　最大扫描对象的尺寸和重量：高25厘米 ，直径18厘米， 3千克重　　2. Cubify Sense 3D扫描仪　　价格：399美元　　安装：手持式　　扫描范围： 0.35毫米&3米　　扫描精度： 1.0毫米　　扫描分辨率： 0.9毫米　　软件： Cubify软件　　扫描体积： 0.2& 0.2& 0.2米（每分钟），最大扫描尺寸为3& 3 &3米　　3.台湾三维国际的达芬奇1.0 AiO系列扫描仪　　价格：799美元　　安装：桌面　　扫描精度/分辨率： 0.25毫米　　扫描技术：Slit Laser Triangulation　　软件： XYZware　　扫描尺寸： 15 x 15厘米（直径x高）
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选购三维扫描仪，需要注意什么呢?
对于的选购，我们有很多很多的选择，从国外的到国内的，从品牌的到暂时没牌的，从高价的到低价的，从高精的到手持的等等。事实上，选择一款适合的扫描仪，还真的需要好好考虑一番，不然就好比盲人骑瞎马，付出了代价却没有实际意义。那么，究竟该如何选购呢？
1】首先，我们要明确的一点是，我们买来是干什么用的？搞科研、做教学、做检测、扫人体、扫物件、要精度还是要速度…总之，搞清楚最重视的是哪一点，目的要清晰。
2】其次，我们要考虑我们的成本预算。不管怎么样，技术还没有完全普及推广，那些自主相关产品，往往都是价格不菲的。尤其是进口的，产品动辄上百万，而国内的目前也还在十万几十万徘徊。如此高昂的价格对于对于任何一家单位或者企业来说都是一笔不小的投入，一款适合自己，能对自己起到最大效果，同时在价格上也能承受的产品，才是我们务必要思考的问题。
3】再次，就是3D扫描仪的精度问题了。其实在精度上，很多人都进入了一个误区，他们把精度衡量成了机器好坏的一个标准，认为精度越高，产品机器就越好。其实，对于有些行业比如动漫模型设计，你精确到小数点后多少位基本上没什么意义的，但要是精细零部件加工，没有高精度的扫描仪，无疑和摸着石头过河一样的道理。精度，对于某些行业来说并不是一个硬性要求。
4】效率，时间就是金钱，时间就是生命。我们生活中或者工作中，都会意识到，效率是个非常重要的问题。我们不能忙活了半天，却什么也看不到，这样的话，估计做老板的也不会容忍。当然，我们对效率的重视程度，也与工作要求有关。
5】我们都很清楚，无论我们做什么，无论什么型号的机器，我们都是都为了解决问题为前提，买了机器，必须要达到我们的目的，这就是解决方案的重要性的。在很多时候，提别是机械工程方面，一个公司提出解决方案的能力，更直接的也是体现了公司的实力。
6】售后服务。是一款高科技产品，也是一款高价产品，我们购置一款三维扫描仪，不是仅仅作为一次性消耗品，而是希望能长时间的为我们服务。国外的品牌，在售后方面肯定无法和国内相比，很大的原因，一旦机器的出现了问题，技术肯定上不来，而且更换元件也是一个大问题。而国内产品，我们就必须要注意这样四点，一是口碑，一个是实力，一个是荣誉，一个是法律性。
7】最后，一个厂家，不能没有广告，也不能全无广告。现在的企业都要做各种宣传推广，没有好的宣传信息，那要么是公司实力不强，要么是公司只注重产品而忽略了品牌建设。这就需要我们自己去观察去发现。广告本身，广告本身就带有夸张性，这没什么，不属于骗人，但无中生有的东西就是骗人的了。
建议：国外的许多品牌在测量上都很有优势，毕竟人家起步早，做这些有很多经验，但是，也不能妄自菲薄。一旦在新技术上有革新，大家都在同一起跑线，谁也说不清谁厉害，就好比现在白光扫描技术，拍照式扫描仪，国外的也没有突出什么特别的优势。最关键的是，国内的因为没有关税阻拦，造价相对便宜，在价格上，我们会优惠很多。而且，技术服务支持也会比国外的更加完善。联系电话：020-
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3D扫描仪到底是怎么工作的？
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这是一个无所不能的时代，一些你认为只会在科幻中出现的产品其实早已存在3D扫描仪就是其中之一。借助它超强的能力，许多基础工业的日常运作都在发生着翻天覆地的变化。即使如此，它的潜力也只是得到了初步开发，未来若能和3d打印机搭配使用，一定会焕发更加强大的活力，甚至有望成为创客的必备神器之一。不过现阶段的价格问题是它绕不开的一大槽点。所以，我们需要在购买之前摸清它的底细，看看这家伙能否物有所值，甚至成为回本神器。3D扫描仪是怎么工作的？说到3D扫描仪，许多人的第一印象可能会觉得它是台加强版的相机，不过其实它的主业是制作3D渲染图。3D打印机会搜集它视野内的物体信息，不过跟相机有所不同，它记录下的是物体各部分的位置信息，而不是其色彩和外观。那么3D扫描仪是如何记录下这些位置信息呢？原来是靠计算扫描仪和物体表面点阵的距离得来的。一般来说，3D扫描仪可以分为两类：接触式和非接触式。接触式扫描仪，顾名思义，需要与被扫描物体直接接触。相反，非接触式扫描仪则不需要直接接触，它依靠激光或辐射（如X光或超声波）来搜集被扫描物体的信息。不过市售的3D扫描仪还是有一定的局限性，它们暂时还只能搜集物体可见表面的信息。下面的视频中，Ben&Heck就探讨了一些手持式3D扫描仪在工作时的局限性。正因为如此，想要得到一张完整的3D渲染图，就需要扫描仪从不同角度采集多组信息，然后再将这些信息综合起来。不过随着3D扫描技术的逐步成熟，这一看似复杂的过程所耗费的时间正在不断缩短。目前，多数的商用3D扫描仪都为非接触式非接触式扫描仪工作时，会将激光（点、线或者阵列式）投射到物体表面，随后扫描仪就能根据物体反射光判断物体的位置信息。此外，扫描仪上还装配了一个传感器，用来搜集物体的形状信息（基于反射光的角度得出）。显而易见，3D扫描的过程中会产生巨大的数据量，这些数据需要一个强大的软件来处理。网上这类软件琳琅满目，到底要如何选择呢？根据自己想要达到的目的选择吧。还是那句话，适合你的才是最好的。3D扫描仪到底有什么用？在大型基础工业中，3D扫描仪有着相当广泛的用途。举例来说，博物馆可以利用该技术来制作知名艺术品的3D渲染图以供研究，厂商则利用该技术来制造零部件。看似这些用途与我们的日常生活关系不大，但其实它在家用领域潜力十足。找一只猫——扫描一只猫——打印一只猫最简单的应用方式就是结合3D打印机打造小比例的模型，你可以试着打印一台自己爱车的模型，或者自己给朋友做出独一无二的纪念品。对于设计师来说，你甚至可以通过它来完成自己的设计项目。即使没有3D打印机的协助，3D扫描仪制作的3D虚拟模型也价值连城。在游戏设计中，这些虚拟模型可以让游戏画面变得更加真实和细腻。只要你拥有一台足够强大的3D扫描仪，再配上自己天马行空的想象力，这世界上没有什么是你做不出来的。（我可没说大话，现在技术人员不都打印出食物了吗？）你应该买一台3D扫描仪吗？说到剁手的话题，与其讨论买不买的问题，不如讨论到底什么时候买。不过进坑之前，你还是要考虑两个重要因素。3D扫描技术还在成长期虽然未来几年中该技术还会继续发展，但市售的3D扫描仪已经相当成熟，基本可以帮你完成大部分任务了。不过研发中新技术也相当诱人，未来3D扫描仪可能会直接被做成激光芯片，甚至可以直接装进智能手机中，使用手机摄像头即可进行扫描。价格问题是它不能言说的痛随着技术的发展，3D扫描仪的售价已经一降再降，但它依然跟平易近人没有半毛钱关系。许多入门级产品的售价已经降到了600美元左右，但大多数还定价在1000美元以上，虽然看起来比高端笔记本贵不了多少，但一般消费者在买买买之前还是会看看自己钱包的。而且，如果你没有3D打印机，它的功能也会受到一定的限制。虽然3D打印机也在降价，但低端型号的起售价也要达到350美元，这也是一笔不小的的花费。3D扫描仪市面销售情况Digitizer&(售价1200美元)MakerBot公司出品的Digitizer绝对是同类产品中的佼佼者。只需要12分钟，它就能用点阵从各个角度将对象扫描一遍。另外，Digitizer还能将扫描到的信息直接转成3D打印所需的格式。MakerBot提供的软件还能将扫描、编辑和打印的过程无缝连接起来，另外，它还能实现不同扫描信息的整合。不过Digitizer也不完美，它的扫描场相对较小，所扫产品最大边长不能超过8英寸，重量也不能超过3公斤。另外，该产品还处在研发的早期阶段，在正式上市前还有许多工作要做。Scanify&(售价1490美元)Scanify是一款手持式扫描仪，你可以用它制作全彩3D渲染图，而且它有着绝对领先的速度，制作一张图只需0.1秒。因为Scanify可手持使用，所以它在扫描过程中有着极佳的灵活性，不过想要保持扫描的精度，还是需要一些必要的辅助。Scanify的扫描速度取决于被扫描的物体：物体颜色、棱角和反光都会对扫描所需时间带来较大的差别。另外，你还可以使用Scanify配套的专业版软件，每年只需99美元就能得到更高阶的编辑、整合和3D打印功能。Matter&and&Form&3D扫描仪&(售价600美元)如果以上两款3D扫描仪的售价让你觉得囊中羞涩的话，你可以看看Matter&and&Form公司的产品。该扫描仪原先是Kickstarter上的一个众筹计划，不过现在已经成为了业界最具性价比的产品。如上图所示，它有一个可旋转的扫描平台，此外，配合扫描的相机也可上下移动，这样该产品就可快速从每个角度捕捉物体的细节，只需五分钟就可完成整个扫描过程，其成品质量也具备与那些高价型号一战的实力。不过与价位更高的Scanify相比，它还是有一定的短板，扫描区域不超过7英寸*9.8英寸，重量也不能超过3公斤。不过该公司会附赠相关软件，有了它你就可以制作用于3D打印的水密网格（watertight&mesh）了。Matter&and&Form&Bevel&(售价80美元)上图这款产品名为Bevel，它也来自Matter&and&Form公司，主攻移动扫描市场。只要通过耳机孔连上这款配件，你的智能手机就拥有了3D扫描的能力。扫描时，手机摄像头会与Bevel内置的激光灯一同工作，随后制作出轻量级的3D图像。该产品现已进入预售阶段，未来它会兼容安卓和iOS双平台，并且为用户提供3D拍照功能，拍摄的图片还能直接用于3D打印。不过它最大的杀手锏还是其超低廉的价格（80美元），该产品预计将于2016年冬天正式开售。ETH苏黎世公司的&3D扫描应用
对于3D扫描仪，难道就没有更好的解决方案了吗？肯定有啊，这不，一家公司就做了一个应用，不用外接任何设备就可以直接将你的手机或平板变成3D扫描仪。许多应用都能让你秒变摄影师，但这个应用更强悍。ETH苏黎世公司的3D扫描软件虽然还未开发完成，但该公司宣称，使用该款软件就可以做出精确的周边环境3D渲染图，最重要的是，你不需要购买任何配件。3D扫描仪会成为你未来生活的一部分吗？既然3D扫描和3D打印在世界工业生产中已经占据了自己的一席之地，我相信它们绝不是昙花一现，就让我们拭目以待吧。
本文来源：雷锋网
责任编辑：王晓易_NE0011
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