Основные области применения 3D-сканеров включают создание цифровых копий объектов, контроль качества продукции, промышленное производство, архитектуру и дизайн, искусство и образование. Выбор конкретного 3D-сканера зависит от того, какую именно задачу он будет выполнять: одни могут сканировать крупные предметы благодаря мобильности, другие же предназначены для оцифровки небольших объектов и предлагают более высокую детализацию. В этой статье познакомимся поближе с RangeVision Quant — стационарным 3D-сканером российского производства, позиционируемым для применения в стоматологии или оцифровки небольших объектов.
Описание и технические характеристики
3D-сканер RangeVision Quant работает по технологии структурированной подсветки. Он оснащен двумя камерами с разрешением 6 Мп и двухосевой системой вращения рабочей платформы. Это позволяет сканировать объекты размером от десяти до восьмидесяти миллиметров и получать текстурированные модели с высокой степенью детализации
Технические характеристики
Технология сканирования: структурированная светодиодная подсветка;
Разрешение камер: 6 Мп;
Разрешение проектора: 1280х720;
Размер области сканирования: 100х100х100 мм;
Максимальный размер сканируемых объектов: 80x80x80 мм;
3D-точность: 30 мкм;
Формат выходных файлов : STL, OBJ, PLY, PTX, ASC;
Вес: 12 кг;
Габариты: 393х393х295 мм.
Системные требования
Для комфортной работы с 3D-сканером и приложением RV 3D Studio потребуется компьютер с процессором Intel Core i5 6500 или выше, либо аналогом на базе процессоров AMD. Обязательно наличие видеокарты с HDMI-портом для подключения проектора 3D-сканера и порта USB 3.0 для подключения USB-хаба или трех свободных USB-портов. Установка возможна только на компьютеры с операционной системой Windows, желательно 64-разрядной версии Windows 10 или выше. Дистрибутивов для установки на технику Apple или операционную систему Linux пока не существует.
Комплектация и дизайн
В комплект 3D-сканером RangeVision Quant входят провода и кабель питания, USB-хаб, фиксатор объектов, две разноуровневые вставки фиксатора, калибровочная табличка, руководство пользователя и лицензионный ключ.
Дизайн 3D-сканера строг и минималистичен: лицевая сторона плавно переходит в торцевые за счет скругленных углов, все элементы корпуса тщательно подогнаны друг к другу, а сам корпус выполнен из достаточно толстого алюминия с порошковым покрытием. На верхней части расположена декоративная подсветка, включающаяся только после подключения 3D-сканера к компьютеру и обнаружения программным обеспечением.
Две камеры с разрешением 6 Мп и проектор расположены в нижней части «козырька» сканера. Доступ к камерам открыт, что позволяет при необходимости менять фокусировку, а так же выполнять профилактику (очистку) зеркала и самих объективов, если сканер расположен в пыльном помещении.
Блок подключения кабеля питания и коммутационных проводов расположен с задней части корпуса и содержит наклейку с наглядной схемой подключения.
Подключение
При подключении 3D-сканера к компьютеру можно использовать имеющийся в комплекте USB-хаб, либо подключать все коммутационные провода напрямую к компьютеру при наличии трех свободных USB-портов. HDMI-провод подключается к разъему видеокарты. Перепутать провода достаточно сложно: USB-кабель поворотного стола окрашен в синий цвет и содержит визуальную маркировку, два USB-провода от камер выполнены в черном цвете, а HDMI кабель имеет отличающийся разъем. При подключении сканера через USB-хаб обязательно наличие в порта USB 3.0.
Декоративная подсветка 3D-сканера и проектор включаются только после полной установки и определения сканера в программном обеспечении.
Программное обеспечение и справочная информация
При покупке 3D-сканера RangeVision предоставляется программный комплекс RV 3D Studio. Программное обеспечение обладает широким функционалом и позволяет сканировать, объединять и обрабатывать изображения, а также экспортировать полученные модели в файлы различных форматов. Программное обеспечение предоставляется бесплатно и регулярно обновляется, но при установке требуется активация.
Новые версии RV 3D Studio и справочную информацию по работе со сканерами и программным обеспечением можно найти в свободном доступе на сайте производителя, а сам справочный раздел содержит инструкции по настройке, калибровке сканеров RangeVision, а также подробные руководства по работе с программным обеспечением.
Для подключения и корректной работы 3D-сканера RangeVision Quant необходимо установить полную версию программы RV 3D Studio, так как дистрибутив содержит все необходимые драйверы.
Активация программного обеспечения производится через специальную форму на сайте производителя и требует лицензионного ключа, поставляемого вместе с приобретенным оборудованием на USB-накопителе. Для каждой модели сканера выпускается уникальный ключ, позволяющий программному обеспечению точно определять уникальные параметры устанавливаемого оборудования. Система не будет работать, если пользователь попытается подключить другую модель 3D-сканера от RangeVision.
Калибровка сканера RangeVision Quant
После установки и активации программного обеспечения RV 3D Studio и подключения 3D-сканера необходимо выполнить калибровку.
Калибровка полностью автоматическая, но от пользователя требуется правильно установить калибровочное поле в фиксатор и указать параметры поля в программе RV 3D Studio. Параметры находятся на наклейке, которая расположена с задней стороны калибровочного поля.
Порядок установки калибровочного поля:
установите на рабочий стол вставку №2;
установите фиксатор объекта на вставку №2 регулировочным винтом к лицевой стороне сканера;
установите крепежные винты на вторую позицию от регулировочного винта;
установите калибровочное поле так, как указано на экране RV 3D Studio.
Проверьте правильную установку калибровочного поля с помощью подсветки типа «крест», вставляемой в RV 3D Studio. Пересечение должно быть максимально строго по центру калибровочного поля, допускается небольшая погрешность.
После правильной установки калибровочного поля нажмите кнопку «Снять», и 3D-сканер автоматически проведет калибровку. Если света недостаточно, и 3D-сканер не видит все точки, увеличьте выдержку (в нашем случае до 67) с помощью ползунка внизу панели управления RV 3D Studio и запустите калибровку заново. Не следует допускать очень темных изображений или изображений с зонами пересвета.
При отсутствии ошибок в RV 3D Studio появится уведомление об успешной калибровке 3D-сканера. При неправильном расположении калибровочного поля будет выдаваться ошибка калибровки, и необходимо будет проверить правильность установки калибровочного поля.
Базовые настройки RV 3D Studio
Функции 3D Studio распределены по четырем вкладкам — калибровке, сканированию, обработке и измерениям. Дополнительно в выпадающем меню можно выполнять манипуляции с проектами, изменять настройки оборудования и программы.
В меню настройки оборудования возможно вносить изменения, связанные с подключенным к 3D-сканером. Тонкая регулировка может помочь при возникновении проблем с функционированием 3D-сканера или сделать рабочий процесс более комфортным.
В настройках оборудования важно обратить внимание на настройку яркости линий, полос и общей яркости. Все проводимые настройки яркости напрямую зависят от цвета/оттенка сканируемого объекта и внешнего освещения. Производитель рекомендует сохранять соотношение между яркостью линий и яркостью полос в соотношении 5:3. Этот параметр влияет на качество сканирования. Если линии и полосы недостаточно яркие, то на сканированных изображениях могут отсутствовать геометрические элементы, могут появляться шумы или мелкие отверстия. Яркость линий не рекомендуется снижать (значение по умолчанию — 255), так как это снижает контрастность между линиями и полосами, что в свою очередь повышает уровень шума.
Влияние уменьшения яркости линий — слева 255, справа 150
Количество кадров с геометрией определяет количество подсветок проектором при сканировании. Уменьшение или увеличение этого значения по сравнению со значением по умолчанию влияет на скорость сканирования, качество поверхностей и размер данных. Для каждой конкретной системы рекомендуется индивидуальный подбор этого параметра.
Обратите внимание на параметр «задержка» — с его помощью можно изменять время ожидания смены подсветка проектором во время сканирования (измеряется в миллисекундах). Повышение задержки помогает в случаях, когда быстродействие камер снижено, и они не успевают осуществлять захват кадров перед сменой подсветки, в результате чего на поверхности 3D-сканов возникают артефакты в виде рваных границ или вертикальных отверстий. Эта настройка влияет на качество и время получения сканов, зависит от быстродействия камер и доступной скорости передачи данных на компьютер.
Настройки во вкладках камеры, стола, конфигурации и изменения в настройках программы для 3D-сканера RangeVision Quant в основном не требуются.
Выдержка — еще один значимый и изменяемый параметр, которых находится в основном окне программы во вкладке «Сканирование». Он регулирует яркость изображения с камер через драйвер. Увеличение выдержки целесообразно при сканирования черных поверхностей или в условиях недостаточной освещенности.
Эти параметры изменяются под каждый проект, и их изменение напрямую зависит от вида сканируемого объекта. Более подробно рассказывается в базе знаний RangeVision.
Сканирование
Нужно ли матировать объект, и что это такое?
Если поверхность модели матовая, и она может рассеивать падающий свет, 3D-сканер сможет успешно захватить ее и обработать. Однако, если поверхность глянцевая (не имеет шероховатостей), то она будет отражать большую часть света, излучаемого подсветкой сканера, и этот отраженный свет будет иметь низкую интенсивность. Полированные или глянцевые поверхности должны быть предварительно матированы специальным спреями, помогающими избегать искажений — достигать рассеивания на поверхностях и получать достаточный уровень сигнала в камерах 3D-сканера.
Если деталь черного цвета, его поглощающие свойства можно компенсировать, настроив время экспозиции, про которое мы писали выше. Проблемы с бликами на гладких поверхностях чаще всего возникают при использовании стационарных 3D-сканеров, которые используют проектор для подсветки. Если черная деталь бликует, может потребоваться дополнительное матирование.
Настройка сценария
Для успешного и качественного сканирования c помощью 3D-сканера RangeVision Quant важно правильно настроить сценарий сканирования или, по-другому, сценарий поворота столика. Сценарий сканирования определяет, какие положения горизонтальной и вертикальной осей будут использоваться при сканировании. Его можно найти меню «Столик» в основной вкладке «Сканирование».
Здесь можно выставлять количество поворотов столика по горизонтальной и вертикальной осям, а так же задавать углы поворота и изменять направление вращения. Увеличение количества поворотов приведет к повышению числа сканов и увеличению времени сканирования. Таким образом пользователи могут балансировать между продолжительностью сканирования и точностью и детализацией.
Сканирование
После подготовительных действий можно приступать к сканированию. Для крепления объекта на поворотном столике можно использовать как фиксатор из комплекта (изменяя положение фиксирующих винтов, так и отдельную подставку, на которую можно крепить объект с помощью скульптурного пластилина. Подставку можно использовать любую, к примеру колпачок от флакона-спрея. Пластилин можно приобрести в любом магазине канцелярских товаров.
Еще раз проверьте, чтобы объект был хорошо виден на экране RV 3D Studio: на объекте не должно было пересветов (выделяются красным цветом). Затем запустите сканирование и оцифруйте модель с одной стороны.
Получив данные с видимой для сканера части объекта, разместите его в другом положении и запустите повторное сканирование c другой стороны. Если объект сложный, то можно выполнить большее количество групп сканов.
После получения снимков объекта со всех сторон необходимо очистить каждый снимок от шума, убрать подложку и при необходимости убрать артефакты вручную. Все манипуляции проводятся во вкладке «Обработка», в которой расположен богатый выбор инструментов для редактирования снимков. Также можно удалить лишние сканы (меши), если на них слишком много артефактов.
После очистки сканов от артефактов делаем финальное совмещение для каждой из групп, выделяя их в списке цветом, и если все в порядке, делаем совмещение групп, выделив полностью все группы, а затем выполняем финальное совмещение. На выходе получаем чистое облако точек без артефактов.
Более подробно с методами и инструментами обработки можно ознакомиться в справочных материалах базы знаний сайта RangeVision
Создание модели
Построение единой модели из группы совмещенных сканов — последняя операция по обработке данных 3D-сканирования. Для построения модели воспользуемся вкладкой «Модель» в левом вертикальном меню.
Для создания модели необходимо выбрать группу полученных сканов и нажать кнопку «Строить модель». При построении модели доступны два метода обработки облака точек — художественный (с заполнением пустот) и инженерный (без заполнения пустот). Также можно указать уровень детализации единой модели с помощью ползунка или желаемого цифрового значения. После построения единой модели группа со сканами будет автоматически скрыта, а в дереве появится новый отдельный элемент — построенная единая модель.
В функционале построения модели также доступны инструменты, позволяющие корректировать создание модели.
Заполнять пустоты. Автоматически достраивает оставшиеся не отсканированные области.
Удаление мелких фрагментов. Используется для удаления не связанных фрагментов единой модели.
Удалить границы сканов. Используется для принудительного удаления границ сканов, на которых, как правило, наибольшее количество шума и артефактов. Параметр устанавливается по умолчанию. Если удаление было выполнено ранее вручную, снимите галочку.
Оптимизировать структуру модели. Функция позволяет оптимизировать сетку при построении модели.
Сохранение модели
После получения модели ее можно сохранить в удобном формате, а далее доработать в специализированных программах или даже отправить на 3D-печать. Построенную единую модель можно экспортировать в форматах STL, OBJ, PLY или OFF, а также в виде облаков точек в форматах ASC или PTX.
Для сохранения выберите в дереве единую модель и нажмите «Экспортировать» в меню «Экспорт». Укажите путь сохранения модели.
Модель готова. Откроем ее в «Слайсере» для подготовки к 3D-печати.
Еще один из примеров сканирования
Измерения
Функционал предназначен для выполнения метрологических измерений полученных сканов и построенных моделей.
В разделе «Геометрия» в горизонтальной вкладке «Измерения» происходит определение геометрических примитивов по созданным ранее сканам или построенным моделям.
В функционале виджета «Система координат» реализовано параметрическое перемещение и вращение выбранных объектов, а также выставление системы координат.
Виджет «Измерения» позволяет проводить расчет и визуализацию расстояния между двумя указанными точками, дистанцию между точкой и плоскостью и дистанцию между двумя сетками.
Видео обзор
Выводы
RangeVision Quant представляет собой настольный 3D-сканер, предназначенный для высокоточной оцифровки небольших объектов. Пусконаладка 3D-сканера RangeVision Quant включает простую калибровку, выполняемую автоматически и не требующую большого количества времени.
$$
