اسکنر سه بعدی چیست و چه کاربردهایی دارد؟

اسکن سه بعدی، روشی برای ایجاد نسخه دیجیتالی و سه‌بعدی از اشیای واقعی است. روش‌های مختلفی برای اسکن سه بعدی وجود دارند که هر کدام از فناوری خاصی استفاده می‌کنند. برخی از این روش‌ها برای مبتدیان و برخی دیگر توسط افراد حرفه‌ای به کار گرفته می‌شوند. در این مقاله، انواع اسکنر سه بعدی، چگونگی عملکرد آن‌ها و کاربردهای اسکن 3D را بررسی می‌کنیم. علاوه‌برآن، در انتها بهترین نرم‌افزارها برای ساخت مدل‌های سه‌بعدی را به شما معرفی می‌کنیم. پس اگر می‌خواهید بدانید اسکنر سه بعدی چیست و با 0 تا 100 آن آشنا شوید، تا پایان این مقاله با ما باشید.

اسکنر سه بعدی چیست؟

اسکنر سه بعدی یک فناوری برای ساخت مدل‌های سه‌بعدی دقیق از اشیای واقعی است. اساساً کار یک اسکنر سه بعدی شبیه به دوربین‌هایی است که روزمره از آن‌ها استفاده می‌کنیم. البته با این تفاوت که برخلاف دوربین، اسکنر سه بعدی نه‌تنها ظاهر شی، بلکه جزئیات و هندسه آن را هم ثبت می‌کند. در همین راستا، اسکنرهای سه بعدی می‌توانند مدل سه‌بعدی بسیار دقیق و واقعی از اشیا تولید کنند.

در طی فرایند اسکن سه بعدی، تمام اطلاعات لازم برای بازسازی شکل و ظاهر شی جمع‌آوری می‌شود و در نهایت به‌صورت نسخه دیجیتالی و دقیق نمایش داده می‌شود. به لطف تکنولوژی اسکنر سه بعدی، شما می‌توانید مدل‌های سه‌بعدی موردنیاز خود را ایجاد کنید و از آن‌ها برای پروژه‌های خود یا بازسازی، تحلیل و شبیه‌سازی ایده‌های مختلف استفاده کنید.

البته این اسکنرها هم مانند اسکنرهای دوبعدی انواع مختلفی دارند و بهتر است هنگام خرید آن‌ها موارد مختلفی را در نظر بگیرید. برای مثال در اسکنرهای دوبعدی، اسکن جت اچ پی ضمن اینکه دارای کارکرد و رزولوشن بالایی است، بسیار مقرون‌به‌صرفه هم است. در حین خرید اسکنرهای سه بعدی هم باید این نکات را در نظر داشته باشید. در ادامه با ما همراه باشید تا با روش‌ها و دستگاه‌های مختلف اسکنر سه بعدی هم آشنا شوید.

اسکنر سه بعدی چگونه کار می‌کند؟

نحوه کار اسکنرهای سه بعدی به این صورت است که ابتدا چندین عکس از زاویه‌های مختلف یک شی می‌گیرد. سپس این عکس‌ها را با هم ترکیب می‌کند تا یک مدل سه‌بعدی از شی ایجاد شود. این مدل سه‌بعدی، مانند یک کپی دقیق از شی است که می‌توانید آن را روی کامپیوتر خود بچرخانید و از زاویه‌های مختلف ببینید و بررسی کنید. در ادامه، انواع مختلف تکنولوژی اسکنرهای سه بعدی را بررسی کرده‌ایم:

1- اسکنر سه بعدی لیزری؛ رایج‌ترین روش ساخت اسکنرهای 3D

استفاده از اسکنر لیزری سه بعدی یکی از محبوب‌ترین روش‌ها برای ساخت مدل‌های سه‌بعدی است. اسکن لیزری به یکی از دو روش اصلی مثلث‌بندی لیزری (Laser Triangulation)‌ و زمان پرواز (Time of Flight) انجام می‌شود که تفاوت‌هایی در فرایند اسکن دارند. این اسکنرها برای ثبت شکل دقیق اشیا به‌صورت سه‌بعدی و دقیق، از نور لیزر و دوربین استفاده می‌شود.

برای این منظور، ابتدا اسکنر نقطه یا خط لیزر را روی سطح شی می‌تاباند؛ سپس با اندازه‌گیری زمان بازگشت آن، فاصله هر نقطه از سطح شی تا اسکنر را محاسبه می‌کند. در نهایت، با کنار هم قراردادن این اطلاعات، یک مدل سه‌بعدی دقیق از اشیا ایجاد می‌شود که می‌توان از آن در موارد مختلفی استفاده کرد. یکی از مزیت‌های اسکنرهای لیزری این است که می‌توانند جزئیات بسیار ریز و اشکال پیچیده را هم اندازه‌گیری و ثبت کنند. به همین خاطر، معمولاً از آن‌ها برای اندازه‌گیری و بررسی اشیایی که شکل‌های پیچیده‌ای دارند، استفاده می‌شود.

2- فتوگرامتری؛ ساده‌ترین اسکنر سه بعدی

یکی از راحت‌ترین روش‌های ساخت مدل‌های سه‌بعدی، استفاده از روش فتوگرامتری (Photogrammetry) است. در این روش، با گرفتن چند عکس از زوایای مختلف یک شی و سپس ترکیب آن‌ها با هم، یک مدل سه‌بعدی ساخته می‌شود. در واقع در فرایند فتوگرامتری، دستگاه داده‌هایی که برای ایجاد یک مدل سه‌بعدی نیاز دارید (مانند شکل، حجم، فرورفتگی‌ها، عمق و غیره) را از عکس‌های مختلف جمع‌آوری می‌کند.

در نهایت با ترکیب آن‌ها، همه عکس‌ها را به یک مدل سه‌بعدی تبدیل می‌کند. ازآنجایی‌که در این روش داده‌ها از عکس‌ها گرفته می‌شود، این روش این قابلیت را دارد که رنگ و بافت شی را هم روی مدل سه‌بعدی بازسازی کند. این روش برای ساخت مدل‌هایی استفاده می‌شود که کاربردهای دیجیتالی دارند؛ مانند بازی‌ها، واقعیت مجازی، معماری و غیره.

البته توجه داشته باشید که دقت فتوگرامتری به‌اندازه سایر روش‌ها (مانند اسکن لیزری) بالا نیست. هر چند با استفاده از نرم‌افزارهای خوب، می‌توانید نتایج رضایت‌بخشی را دریافت کنید. یکی از معایب این روش این است که کیفیت مدل سه‌بعدی نهایی، به کیفیت عکس‌ها بستگی دارد و ممکن است بخش‌های تاریک عکس‌ها در مدل نهایی وجود نداشته باشد. از طرفی روش فتوگرامتری سرعت بیشتری دارد و رنگ‌های واقعی اشیا و اجسام حفظ می‌شود. روش فتوگرامتری برای اسکن اشیا و مناطق بزرگ بسیار مناسب است.

3- اسکن نور ساختاریافته؛ استفاده از پروژکتور برای ایجاد تصاویر سه‌بعدی

در این روش اسکن سه بعدی، به‌جای استفاده از چند دوربین برای اسکن‌کردن، از یک پروژکتور استفاده می‌شود. این پروژکتورها الگوهای نوری مختلفی مانند خطوط، نقاط یا الگوهای پیچیده‌تر را روی سطح جسم می‌تابانند و هم‌زمان از آن عکس می‌گیرند. نحوه تغییر شکل این الگوها روی جسم توسط پروژکتور ثبت می‌شود و با استفاده از این اطلاعات، یک مدل سه‌بعدی از جسم ایجاد می‌شود.

این روش معمولاً در فناوری‌های تشخیص چهره و محیط استفاده می‌شود. همچنین این اسکنرها دقت بیشتری نسبت به سایر روش‌های اسکن سه بعدی دارند. اما یادگیری نحوه استفاده از آن‌ها ممکن است زمان‌بر باشد و نرم‌افزارهای پیچیده‌تری هم دارند. از طرفی دیگر، این دستگاه‌ها معمولاً حساسیت زیادی دارند و قیمت آن‌ها از سایر اسکنرها بیشتر است.

اسکنرهای سه بعدی چه کاربردی دارند؟

یک اسکنر سه بعدی، سریع‌ترین و راحت‌ترین روش برای ایجاد یک مدل 3D از یک شی واقعی و فیزیکی است. این اسکنرها در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارند و می‌توانید از آن‌ها برای پروژه‌ها و کارهای زیادی استفاده کنید. در ادامه برخی از این کاربردها را بیان کردیم:

• طراحی صنعتی و مهندسی: اندازه‌گیری در محیط‌های صنعتی و مهندسی بسیار مهم است و اگر با روش‌های قدیمی انجام می‌شود، ممکن است چندان دقیق نباشد یا زمان‌بر و هزینه‌بر شود. اما استفاده از اسکن سه بعدی به شما کمک می‌کند که تمام مراحل از مرحله طراحی تا تولید و آزمایش را سریع‌تر و با اشتباهات کمتری پیش ببرید. پس از تکمیل اسکن سه بعدی، ممکن است لازم باشد برای دسترسی سریع و راحت، اسناد کاغذی آن را چاپ کنید. باتوجه‌به اهمیت این اسناد در صنایع مهندسی، پیشنهاد می‌کنیم از تجهیزات و کارتریج‌های باکیفیت و قابل‌اعتماد مانند کارتریج ۱۳۷ کانن استفاده کنید.
• باستان‌شناسی: این اسکنرها در حفظ میراث فرهنگی و زنده نگه‌داشتن تاریخ به ما کمک قابل‌توجهی می‌کنند و می‌توانید آثار مختلف را با آن‌ها اسکن کنید. به‌این‌ترتیب، حتی می‌توانید موزه‌های آنلاین ایجاد کنید یا آثار را در اختیار افراد سراسر جهان قرار دهید.
• پزشکی و درمان: در محیط‌های درمانی این دستگاه‌های برای ساخت پروتزهای دست یا پا و همچنین دندان‌پزشکی و شبیه‌سازی راه‌حل‌ها بسیار کارآمد هستند. اسکنر سه بعدی امکان ساخت انواع بریس، ایمپلنت و دندان مصنوعی را بسیار ساده‌تر می‌کند و به شما کمک می‌کند قالب‌های دقیق‌تری بسازید.

انواع مختلف اسکنرهای سه بعدی

در کنار روش‌های مختلفی که برای ایجاد مدل‌های سه‌بعدی وجود دارد، انواع مختلفی از اسکنرها مانند اسکنرهای دستی و نرم‌افزارهای گوشی هم طراحی شده‌اند که می‌توانید بسته به نیاز خود یکی را انتخاب کنید. در ادامه، برخی از رایج‌ترین و محبوب‌ترین اسکنرهای سه بعدی را به شما معرفی می‌کنیم:

• اسکنرهای گوشی هوشمند: پیشرفت تکنولوژی امروزه بیش از هر زمان دیگری اسکن سه بعدی با موبایل را آسان‌تر کرده است. شما با کمک برنامه‌های مخصوص می‌توانید از موبایل خود برای اسکن و ساخت مدل سه‌بعدی استفاده کنید. اگرچه این روش به‌اندازه سایر روش‌های اسکن سه بعدی حرفه‌ای نیست و کیفیت و دقت آن زیاد نیست، اما همچنان در برخی از پروژه یا به‌عنوان سرگرمی استفاده می‌شود.
• لیدار (فناوری رادار لیزری): لیدار (Light Detection and Ranging)، از رادار لیزری برای تشخیص جزئیات اشیای کوچک استفاده و تصاویر سه‌بعدی را با وضوح بالایی تولید می‌کند. این فناوری به‌جای اندازه‌گیری زاویه انحراف پرتو لیزر، مدت زمانی که پرتو لیزر به جسم برخورد می‌کند و برمی‌گردد را اندازه‌گیری می‌کند. فناوری لیدار کاربرد گسترده‌ای در نقشه‌برداری، جغرافیا و جنگلداری دارد.
• اسکنر دستی سه بعدی: اسکنرهای دستی سه بعدی برای افرادی که به دنبال ایجاد مدل‌های سه‌بعدی با کیفیت و دقت بالا و در زمان کم هستند، بهترین گزینه است. این دستگاه‌های دستی، به‌عنوان سیستم‌های اندازه‌گیری بدون تماس شناخته می‌شوند و از اصول مثلث‌بندی استفاده می‌کنند. یعنی ابتدا یک نقطه نور یا یک پرتو نور پیوسته را به سمت شی فرستاده می‌شود.

پس از آن، یک سنسور داخلی فاصله بین دستگاه و سطح شی را محاسبه می‌کند تا اندازه‌های سطح را تعیین کند. مزیت این اسکنرها، این است که در هر مکانی می‌توانید از آن‌ها استفاده کنید. اما سایر اسکنرهای دوبعدی و سه‌بعدی را فقط در محیط‌های مشخصی استفاده کنید. برای مثال پرینتر اچ پی M134 که دارای اسکنر دوبعدی است و با کارتریج ۳۳a اچ پی سازگاری دارد، فقط در محیط‌های خانگی و اداری کاربرد دارد.

• اسکنر پرتابل CMM با پروب خطی لیزری:  اسکنر پرتابل CMM یک نوع اسکنر دارای دو نوع پروب فیزیکی و لمسی (با تماس) و لیزری (بدون تماس) است برای اندازه‌گیری دقیق اشیا و ساخت مدل سه‌بعدی است. این دستگاه‌ها هم برای حجم کاری بزرگ با چندین مترمکعب و هم برای حجم کاری کوچک استفاده می‌شوند.

بهترین نرم‌افزارهای اسکن سه بعدی

اپلیکیشن‌ها و برنامه‌های زیادی به اسکن سه بعدی تصاویر اختصاص داده شده‌اند که شما می‌توانید بر اساس نیاز خود یکی را انتخاب کنید. در ادامه، به سراغ بهترین و محبوب‌ترین ابزارهای اسکن سه بعدی رفته‌ایم.

• 3DF Zephyr: این نرم‌افزار که جزو اولین نرم‌افزارهای اسکن سه بعدی است، رابط کاربری بسیار ساده و کاربرپسندی دارد و افراد مبتدی هم می‌توانند با آن کار کنند. البته، این نرم‌افزار ابزارهای تخصصی زیادی هم برای حرفه‌ای‌ها دارد و در حوزه‌های مختلفی استفاده می‌شود.
• Qlone: این نرم‌افزار یکی از کامل‌ترین ابزارها برای اسکن سه‌بعدی موبایل است و به شما اجازه می‌دهد مدل‌های سه‌بعدی را در کم‌ترین زمان ممکن ایجاد کنید. از جمله ویژگی‌های خوب Qlone، سادگی و رابط کاربری بصری آن است. در این ابزار می‌توانید به‌راحتی مدل سه‌بعدی را به چندین فرمت سه‌بعدی صادر و برای چاپ سه‌بعدی ارسال کنید.
• Metashape: متاشِیپ یکی دیگر از نرم‌افزارهای قدرتمند برای ساخت مدل‌های دوبعدی و سه‌بعدی از عکس‌ها است. این نرم‌افزار روی ویندوز، لینوکس و مک کار می‌کند و هم برای افراد مبتدی و هم برای متخصصان مناسب است. از جمله نکات مثبت در این نرم‌افزار می‌توان به توانایی پردازش بالا، برخورداری از پردازنده گرافیکی و قابلیت ذخیره فایل‌ها در فرمت‌های مختلف اشاره کرد.

سؤال دیگری درباره اسکنر سه بعدی و کاربردهای آن دارید؟

تا اینجا به‌صورت کامل با اسکن سه بعدی، انواع فناوری 3D و کاربردهای آن آشنا شدیم. علاوه‌برآن، برنامه‌ها و نرم‌افزارهایی را برای اسکن سه بعدی با موبایل به شما معرفی کردیم. همان‌طور که خواندید، اسکنر سه بعدی یکی از بهترین فناوری‌ها در چند دهه اخیر بوده که کاربرد و مزایای زیادی برای صنایع و حوزه‌های مختلف به همراه داشته است. امیدواریم که با خواندن این مقاله با 0 تا 100 اسکنر سه بعدی چیست و کاربردهای آن آشنا شده باشید. اگر همچنان سؤالی درباره اسکنر سه بعدی و کاربردهای آن دارید، حتماً آن را در بخش نظرات بنویسید تا در اولین فرصت پاسخگوی شما باشیم.