古建築上的浮雕裝飾不僅僅是建築藝術的獨特展現,更是建築表現力的擴展。這些精美的浮雕雕刻記錄了歷史和傳統文化,具有極其重要的歷史和文化傳承價值。然而,由於歲月的侵蝕和自然風化的影響,這些寶貴的文化遺產正逐漸消失。古建築的保護已迫在眉睫,引入高精度3D掃描技術為文物保護和研究工作提供了一種全新的技術途徑。 我們將分享合作夥伴-福建萬像3D技術團隊, 透過 EinScan Pro HD 雕刻專用手持3D掃描器採集存檔古田臨水宮浮雕群的案例。 顧客的需求是對古田臨水宮的浮雕群進行精細化的採集製作, 數位化存檔後用於後續的研究以及衍生性商品創作。 困難與阻礙: 1. 浮雕裝飾位於建築表面,不易移動。 2. 掃描範圍較廣,若使用貼點掃描方式,標誌點的貼附過程時間較長,效率較低。 3. 浮雕裝飾充滿細節,對於大型場景的掃描,點的間隔較大,難以擷取足夠細緻的數據以滿足浮雕紋飾的復刻和研究需求。 4. 浮雕的高度較高,採集操作受到較多限制。 步驟1:基於上述問題,福建萬像3D的技術工程師借助吊車,將工程師和手中的掃描設備托起與文物平行,在吊機師傅和掃描工程師的配合下,採用非接觸式的手持3D掃描器 EinScan Pro HD進行採集作業。 EinScan Pro HD 雕刻專用手持3D掃描器小巧輕便,可直接攜帶到現場作業。它配置了多種拼接方式,支援不貼點掃描,有效避免了對於古建築的物理接觸和人為損傷。此掃描器的最高掃描精度可達0.045mm,最小點距可達0.2mm,能夠細緻還原浮雕的表面細節。掃描過程快速流暢,掃描速度最高可達3,000,000點/秒,在高還原獲取雕刻細節的同時,最大限度地提高了掃描效率,更好地滿足了該項目複雜的使用場景。 步驟2:基於精準的STL資料建立還原度極高的數位模型,可以在數位環境中永久保留和傳播浮雕藝術作品的精準訊息,保護文化遺產並促進藝術研究與傳承。 步驟3:結合3D列印技術製作浮雕的複製品或模型,讓文物不再侷限於博物館、古建之中,一般人也可近距離欣賞傳統文化之美。 步驟4:使用細小的畫筆和專業顏料,依照文物實際色彩仔細繪製。準確還原文物的形態、細節與色彩。文物還原模式以更直觀、生動的方式展示文物的魅力,為觀眾提供更豐富的歷史、文化認知和體驗。 文物保護是一項艱鉅的任務,但3D掃描技術的出現為文物保護提供了新的可能性。這種技術可以全方位獲取文物的詳細資料,為高精度模型製作、研究和保存工作提供數據支援。此外,3D掃描技術還可應用於虛擬修復與復原,讓歷史文化遺產得到更好的傳承與保存。這項技術的應用為文物保護注入了新的生命力,提供了更多的技術保障,使保育工作更加精確、有效率。隨著科技的不斷進步,3D掃描技術在文物保存領域的應用將會越來越廣泛,帶來更多的突破與創新!
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什麼是3D掃描效率? 3D掃描效率是選擇 3D掃描器時要考慮的重要因素。 它將決定您對不同物體進行 3D掃描的速度。主要影響關鍵如下: ①點距 ②幀率(FPS) ③視野 (FOV) ④物體尺寸 影響3D掃描效率的因素 點距離是指最近的兩個 3D點之間的距離。距離越小,掃描資料的細節越精細。 但是,您設定的點距越小,完成掃描所需的時間就越長。 在 3D掃描中,這個概念通常與「解析度」同義。 點距離是指兩個 3D 點之間的距離。在掃描物體之前,請根據您的需求選擇合適的點距(解析度)。 幀速率是點陣圖影像在顯示器上連續出現的頻率,以幀為單位測量。 因此,「每秒影格數」(FPS) 規格表示相機在一秒鐘內拍攝多少張照片。 幀率主要取決於物體的材質和軟體演算法。幀速率越高,掃描速度越快。 高幀速率需要良好的 PC 配置,例如強大的顯示卡、RAM 和處理器。 若要受益於 3D 掃描器的最大 FPS 容量,請選擇符合我們配置建議的 PC。 視野 (FOV) 是 3D 掃描器可以從一定距離擷取資料的可視區域。 這類似於我們的眼睛一次只能看到場景的一部分。FOV越大,一次可以看到的區域就越大。 FOV是影響掃描效率的另一個因素。當 3D 掃描器具有較大視場時,它能夠在每個畫面中擷取更多資料。就像繪畫一樣;畫筆越大,每次描畫可以涵蓋的空間就越大。 有些 3D 掃描器專為掃描小物件而設計,而有些則更適合掃描較大的物件。選擇針對掃描物件尺寸進行最佳化的 3D 掃描器。 對於中型和大型物體(例如汽車擋泥板或引擎),選擇FreeScan系列的便攜式功能可以有效提高我們的掃描效率。 對於硬幣、鑰匙和汽車零件等小物體,請選擇 OptimScan-5M plus 和 AutoScan Inspec 以獲得更好的細節和更高的效率。 計量 3D掃描器效率比較 如上表所示,我們可以看到計量級系列中各掃描器的掃描效率。 ✦ AutoScan Inspec 是全自動的,因此該表不表示掃描速度。 ✦ 固定掃描器不顯示幀速率,掃描速度是固定的。例如:OptimScan-5M Plus的掃描時間是拍攝單張照片的時間。 值得注意的是,FreeScan UE Pro 由於其獨特的內建功能攝影測量而特別高效,尤其是在掃描大型物件時。可以使用攝影測量功能來掃描大型物體,無需編碼目標,以確保準確性並提高整體生產力。 傳統的編碼目標需要手動貼上和刪除。 我們的團隊使用三種不同的 3D掃描器對同一物體進行數位化,以展示其效率。 掃描對象:砂模(20 x 15 x 8cm) 3D 掃描器: FreeScan UE 11、FreeScan UE Pro、FreeScan Combo 這是裝有編碼目標的砂模: 右圖,您可以看到我們使用 FreeScan 系列建立的三個 3D模型之一 而比較圖中 FreeScan Combo 具有 140 FPS 幀速率,是這裡最高效的 3D 掃描器。 我們能夠在 4 分鐘內完成 3D 掃描。 透過案例研究探索 3D掃描效率讓我們來看看客戶的一些案例研究,看看您在實際情況下可以期望什麼樣的 3D掃描效率。 FreeScan UE 11:20 分鐘掃描 5 公尺錨定系統 FreeScan UE Pro:35分鐘掃描4×5公尺模具FreeScan Trak Pro:無需標記即可捕捉整車由於 FreeScan Trak Pro 可以進行無標記掃描,因此可以節省大量掃描前準備工作的時間,提高工作效率,最高掃描速度可達1,370,000點/秒。掃描大型物件非常方便。 AutoScan Inspec:從 4 小時縮短到 4 分鐘客戶是從事CNC製造的,需要對葉輪進行品質檢驗。然而,三坐標測量機在檢查這種特殊形狀的物體時速度非常慢。如圖所示,檢查直徑10公分的葉輪大約需要4-5小時。這個等待時間太長了。透過AutoScan Inspec,偵測工作可縮短至4分鐘。效率更高了! 人們普遍誤解,認為固定式 3D 掃描器與手持式 3D 掃描器相比不夠靈活或高效,但事實並非如此。 高精度結構光3D檢測掃描器具有高速度、高效率、高精度、重複性好等優點,尤其適用於掃描容易移動或結構輪廓複雜的產品,甚至需要進行CPK批量檢測等場景。 例如,使用 OptimScan-5M Plus 掃描汽車零件。借助自動轉台,不到 10 分鐘即可獲得 3D 資料。 此外,高精度結構光 3D 檢測掃描器與協作機器人或多台機器結合使用可實現批量檢測和自動報告輸出,效率極高。 總之,對於掃描中型和大型物體,我們建議選擇FreeScan系列掃描器。
其中,從掃描效率來看,FreeScan Combo是最快的。 ➔ 對於較大的物體:對於大型物體,我們需要減少體積誤差,同時最大限度地提高效率。為此,FreeScan UE Pro 具有內建攝影測量功能。因此,它能夠在不犧牲速度的情況下提供高精度。FreeScan Trak Pro 具有無標記掃描的優勢,可減少掃描前的準備時間。 ➔ 對於掃描中小型物體:我們推薦 OptimScan-5M Plus 和 AutoScan Inspec。它們的優點在於精度高、點距小。 ➔ 對於小物體:掃描效率極高。其中,AutoScan Inspec 是一款全自動掃描器,對於掃描小物件來說方便且有效率。OptimScan-5M Plus 共有三種量程:100mmx75mm、200mmx150mm、400mmx300mm。對應的點距為0.04mm、0.08mm、0.16mm,為不同尺寸的物體提供了更多的選擇。 2023年9月1日,中國杭州:3D掃描和列印解決方案的領先先驅SHINING 3D宣佈在中國杭州建立了一個全新的高精度實驗室。該實驗室已經通過中國合格評定國家認可委員會(CNAS)的認證,獲得了ISO/IEC 17025:2017 (*1)認可,以確保其技術能力能夠為企業、行業和客戶的產品研究、測試和製造提供可靠的品質保證。 ISO/IEC 17025:2017認證是國際公認的品質管理標準,適用於測試和校準實驗室,規定了一系列要求。這意味著該實驗室可以證明其符合技術規範,同時考慮了人員熟練程度、測試和校準方法、測量的可追溯性以及結果報告等多個要素。 SHINING 3D的高精度實驗室配備了雷射干涉器、2D影像測量器、3D坐標測量機、多規格標準測量球、光學3D掃描測量校準裝置等一系列校準儀器。同時,實驗室也提供了恆溫恆濕的測試環境,以確保能夠獲得穩定可靠的測量結果。 實驗室的校準服務遵循中國國家計量技術規範《錦江峰 1951-2021(*2)》以及國際標準《VDI/VDE 2634 第 3 部分(*3)》(由德國工程協會出版)。精度實驗室能夠提供帶有CNAS標準印章的精度報告,並實現與全球100多個國家和地區的互認。 SHINING 3D董事長兼首席執行官李濤表示:「在過去近20年中,SHINING 3D一直致力於高精度3D軟硬體的研究和應用,致力於推動高精度3D技術的普及和應用。如今,越來越多的用戶利用3D技術迅速獲得高保真、高精確度的模型,提供真實、精確、完整的物體尺寸和形狀,廣泛應用於汽車、航空航天、能源、機械、模具等行業。」 對於這些行業而言,使用符合國際領先測量標準的3D測量設備至關重要。SHINING 3D 非常榮幸現在能夠為其客戶提供這一保證。 新的獲得ISO 17025認證的精度實驗室是SHINING 3D持續致力於為用戶提供最先進的技術和高品質客戶服務的另一個支持。2023年,SHINING 3D將把25%的收入投入研發,通過新實驗室,SHINING 3D將進一步推動3D測量行業的發展。 *1 : ISO/IEC 17025:2017 認證:根據 VDI/VDE 2634 第 3 部分標準和 JJF 1951 規範,評估探測誤差(大小)(PS) 性能。
*2 : JJF 1951-2021:基於結構光的光學3D測量系統校準規範。 *3 : VDI/VDE 2634 第 3 部分:2008 光學 3D 測量系統:基於區域掃描的多視圖系統。 一般情況下,能源管道的損傷主要是腐蝕、斷裂,這樣的損傷面均為非規則形狀,同時無法直觀測量損傷的程度,例如腐蝕的深度以及腐蝕後的厚度等。使用傳統的測量方式,對於操作人員要求較高,同時存在著一定的人工操作誤差。 工作人員通過FreeScan UE 多功能雷射手持3D掃描器,以非接觸的方式進行完整的損傷面3D數據獲取,再將數據導入Geomagic Control X等軟體中,即可完整、快速地測量得到腐蝕深度、斷裂面厚度等數據,從而為後續的評估、維護、研究提供數據基礎。 高效 傳統的測量方式需要一個點位一個點位進行測量、記錄數據。而FreeScan UE Pro則是獲取整個面、整個管道的完整數據,再在檢測軟體中統一計算所需測量的數值,效率大幅提升。 準確 在傳統的測量方式下,測量結果受測量人員經驗的影響較大,而FreeScan UE Pro對於操作人員沒有特殊要求。同時其具有高精度以及穩定的重複性精度的特徵,保證數據可靠。 便攜 FreeScan UE Pro具有強環境適應性、廣泛的材質適應性,可以直接在管道安裝處進行3D掃描、檢測。 除了可以實現直觀的管道損傷3D檢測,為後續的維修維護提供具體數據之外,高精度3D檢測也可以為能源管道的科研提供便利。
仿真分析 通過獲取能源管道的腐蝕面、斷裂口的完整3D數據,可以進行仿真分析,模擬管道損傷的條件,為管道的設計優化提供依據。 學術交流 擁有完整的3D數據,可以在進行學術交流時,直觀地展示圖像等信息,為專家學者們展開良好的討論提供便利。 汽車模具在生產中扮演著重要的角色,但其形狀結構多變且複雜,高精度3D掃描技術已然成為了其尺寸測量、形面檢測的重要工具。 這次我們要檢測的這個模具,其需要獲取一個腔體的完整3D數據,而這個腔體開口較小,FreeScan Combo憑藉其小巧靈活的優勢,輕鬆完成任務。 該模具內腔開口較小,長約30cm,深約20cm。 在獲取腔體內壁數據時死角區域較多,掃描難度大。 FreeScan Combo具有193mm×63mm×53mm的小體型,設備僅重620g,小巧靈活。同時,其優化了鏡頭夾角,能夠更好地獲取狹窄區域以及較深孔洞的3D數據。 FreeScan Combo在工程師手中,靈活轉動,獲取腔體內部的完整3D數據。 通過使用FreeScan Combo,工程師獲取了狹窄腔體區域的完整3D數據。這些數據可以進行後續的模具模擬裝配分析。 值得一提的是,FreeScan Combo 精度最高可達0.02mm,符合工業測量要求。並且,設備重複性精度穩定,掃描結果準確,保證了虛擬裝配結果的可靠性。 將FreeScan Combo 掃描所得的模具3D數據導入3D軟體,模具裝配就可以在虛擬環境中進行,不再需要依靠傳統的試裝方式,能夠快速、準確進行調整和優化。這極大地提高了效率和準確性,節約了時間和成本。 本期案例中 FreeScan Combo 憑藉其小巧體型和卓越性能,輕鬆應對了模具腔體狹小空間3D數據獲取難題。 通過獲取完整的3D數據,並進行模擬裝配分析,它為汽車模俱生產、檢修提供了更高的精確性,未來 FreeScan Combo 將繼續在汽車模具測量領域發揮重要作用,為行業進步做出貢獻。 自大約 40 年前首次推出以來,奧迪 Sport Quattro 公路和拉力賽車就吸引了眾多汽車愛好者。有人甚至稱其為「賽車運動的傳奇」。這就是為什麼兩家熱衷於賽車運動的公司決定借助 3D 掃描和 3D 列印來重新創造它。 一方面,LCE Performance 憑藉其在汽車調校和發動機技術方面的長期經驗處於領先地位。另一方面,Downforce Racing 推出了碳釬焊零件開發服務。 各團隊合作利用碳部件和 CFD 模擬重現了 Audi Sport Quattro。他們的複製品看起來令人驚嘆: 提高賽車性能的主要挑戰在這個項目中,主要的挑戰是處理舊有零件。由於賽車悠久的歷史,許多原始零件已經停止生產。 即使有二手零件可用,它們價格昂貴且難以翻新。「它們已經40年了,看起來很破舊。我幾乎無法進行修復。」 LCE Performance的Steven說。 對於一家希望專注為客戶提供高品質耐用零件的公司來說,這些質量不佳的二手零件並不是一個選擇。 使用FreeScan UE Pro進行3D掃描以重製零件使用3D掃描技術解決這些挑戰有兩種方法。第一種方法是通過掃描原始零件來複製一個新零件,而第二種方法是掃描賽車並從頭開始開發設計。 在這種情況下,LCE Performance對整個賽車的框架進行了3D掃描。該團隊使用了SHINING 3D FreeScan UE Pro,並得到了3D掃描學院的幫助。他們在3D掃描底盤之前先拆卸了擋泥板和附件,以便更輕鬆地得到乾淨的3D模型。 然後他們對車身進行了徹底的掃描。這是為了確定車輛的主要幾何形狀是否完好,或者是否在潛在事故中受損。 使用SHINING 3D FreeScan UE Pro掃描車身: 使用 FreeScan UE Pro 的快速掃描模式,即使是在如此大的物體上,團隊也能夠輕鬆快速地獲取高品質數據。另外,他們不需要噴塗深色碳部件。 噴塗透明車窗,更輕鬆地進行 3D掃描 進行CFD模擬的3D掃描和3D建模此外,3D掃描器生成的3D模型和一些逆向工程技術被應用於CFD模擬,以提升車輛性能。CFD是一種模擬工具,用於分析和預測流體和氣體在運動中的行為。通過使用CFD模擬,團隊能夠在製造新的碳纖維零件之前測試並優化其設計。這使得他們能夠改進車輛的空氣動力學性能,減少阻力,從而在每次行駛中獲得更好的性能。 LCE Performance和Downforce Racing之間的成功合作部分歸功於他們對3D掃描技術的有效應用。這展示了3D掃描在賽車領域中的無價作用,特別是在克服精確複製零件和提升賽車性能方面。
點擊瞭解更多關於 LCE Performance 和 Downforce Racing 資訊 在元宇宙概念裏,在文娛遊戲、科技產業、資本市場等多個領域掀起熱潮。而高解析彩色3D建模作為連接現實世界和虛擬世界的重要環節,也正受到眾多用戶的青睞。將為大家分享一種高精度、真彩色3D數據獲取方案,可實現兼顧紋理採集的高解析度同時保證模型數據的高精度獲取。 Reality Capture是一款3D模型製作軟體,可以幫助用戶對3D 模型進行製作和編輯,多用於遊戲開發以及一些模型設計領域。 高精度、真彩色的3D模型要求精準還原掃描物體的尺寸、表面細節、色彩資料等,因此對3D數據、貼圖資料獲取的要求極高。儘管目前市面上有多種可以獲取彩色模型的建模方式,但「高精度雷射3D掃描器+單反拍照+後處理軟體映射(推薦軟件Reality capture)」採集方案依舊優勢顯著:既可精準獲取複雜物體表面細節及完整3D數據,又可兼顧紋理採集的高清晰度。 下文我們以紅木椅為例,為大家介紹下具體的操作步驟: 使用Shining 3D FreeScan Combo 計量級雙光源手持3D掃描器快速採集紅木椅的高精度3D模型,FreeScan Combo 精細模式下精度高達0.01mm,可以1:1精準還原實物的尺寸和紋路細節。 使用Sony/索尼Alpha7C(或同類型單反相機)對紅木椅進行多方向、多角度拍攝。拍攝時要將紅木椅置於相片中心或較大佔比狀態,且相鄰照片的重疊度最好控制在60%-80%之間(每拍一張大概進行20°的位移)。 *建議將物體盡可能放置在一個平整、方便環繞、周圍光線均勻、場景干擾因素小的場景進行拍攝 將拍攝好的照片導入Reality Capture軟體,自動生成白模。 使用Geomagic軟體快速對齊,這裡註意是將掃描模型對齊到照片建模模型,對齊後將模型導出。 將掃描模型導入到Reality Capture軟體,點擊「著色」,即可生成高解析貼圖。 FreeScan Combo 計量級雙光源手持3D掃描器最高精度可達0.01mm,根據掃描需求不同,可選擇0.01mm-3mm不同點距。精細掃描模式(7線平行藍色雷射)下可精準獲取複雜物體表面細微特徵及完整3D數據。 FreeScan Combo 計量級雙光源手持3D掃描器擁有兩種光源、配備四種模式:藍色雷射(高速/精細/深孔掃描模式);VCSEL不可見光(無光掃描模式),可輕鬆應對不同材質(黑色、反光等)、不同環境(戶外)、不同紋理(純色或者重複紋理)等多種掃描需求。 單反相機能夠獲取物體的真實紋理資料,從而提高模型的真實感和細節表現能力。 3D掃描模型貼圖映射過程大多數都是智能處理,高效便捷,操作門檻低。
總的來說,「高精度雷射3D掃描器+單反拍照+Reality Capture」這一方案優勢顯著,獲取的高精度、真彩色的3D模型可以滿足不同行業、不同場景的應用需求,比如文化遺產保護、產品設計和製造、虛擬現實、遊戲開發等。相較傳統處理流程,高解析貼圖的製作效率有著顯著提升,製作成本也大大降低。在貼圖精細度方面,該方案也極大的減少了圖像分辨率損耗,最大程度還原了實物上的每一個紋理細節。 Geomagic Control X 是一款功能強大的軟體解決方案,用於製造和工程產業的品質控管與檢測。它可以做到傳統測量方法無法做到的事情(例如,三坐標測量機和游標卡尺在面對容易變形或彎曲的零件的檢測時無法有效獲得完整的數據)。 Geomagic Control X 幫助公司快速、輕鬆地驗證其產品的準確性並確保符合行業標準。 Geomagic Control X 的關鍵作用是能夠以數字方式呈現物理零件的 3D模型,使用戶能夠快速捕獲其產品的高度詳細且準確的數字表示,以用於檢查和分析。 首先,我們導入 FreeScan UE Pro 掃描的數據和產品的CAD數據到 Control X 軟體,接著使用「最佳擬合對齊」功能。該工具允許用戶將對象的掃描與對象的 CAD 模型對齊,確保兩個模型處於相同的位置和方向以進行比較。 接下來我們使用「3D比較」功能,可以設置掃描數據和CAD模型之間可接受的最大偏差和特定公差。 任何超出定義公差的差異都會在色譜圖上突出顯示,從而使需要進一步檢查的區域易於識別。顏色越深,掃描數據與cad文件之間的偏差越大。如果想知道某個點的準確偏差,只需使用比較點工具即可顯示具體的偏差值。 此外,「尺寸」功能是 Control X 中的一個有用工具,允許用戶測量 3D 模型的特定尺寸,例如長度、寬度、高度和直徑。用戶可以使用「角度尺寸」測量兩條直線或平面之間的角度。該功能用於判斷工件表面或線條的角度是否與CAD文件中的相對應。「徑向尺寸」允許用戶測量圓形特徵的半徑,例如孔或曲面。這對於檢查孔的尺寸是否正確或表面的半徑是否正確非常有用。 總體而言,Geomagic Control X 是提高產品品質和效率的理想選擇。
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四月 2024
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