Artec扫描仪如何捕获带有复杂部件的大型物体

29/11/2020

作者Matthew McMillion

面对带有大量细节的大型物体时,即便扫描专家也会担心找不到最佳处理方式。比如汽车定制商店花了半个下午扫描了一辆兰博基尼的内外部分,来定制设计完美匹配的部件,进行改装。或者也可能是航空工程师,要扫描空客A380的驾驶舱,并在几天内制成可用于虚拟现实的亚毫米级精准3D模型。

ShareMindPietro Meloni正使用Artec Leo扫描

时间一分一秒地流逝,工程师还在苦思冥想如何精准捕获并处理整个仪表盘、八个显示器、以及所有开关、按键、控制杆等。更别提汽车座椅和驾驶舱的整个构造了。

一开始看起来一个简单的扫描任务居然很快变成一个多阶段的大项目,需要耗费几个礼拜。但其实不用这么麻烦。

这些应用场景促使Artec金牌经销商ShareMind的Pietro Meloni想办法简化工艺,实现轻松捕获,将多层次的巨型物体迅速制成精准度极高的3D模型。

作为参考,Meloni选择了一条3米长的独木船,它几何简单,但体积庞大,同时又有很多部分,细节很多,材料较软,还有内凹的高难度扫描部位。

他选用Artec Leo作为主扫描仪。Leo是一款革新式便携3D扫描仪,全无线设计,配备机载处理和后置触摸屏,可实时监测扫描进度。Leo完美适用于中型物体的捕获,如人物、家具,甚至能完成高分辨率的汽车彩色3D扫描(准确度高达0.1毫米),因此,无论是新手还是专家,都可以一键开启扫描,非常轻松。

Artec Leo准备继续扫描独木船

有了LeoMeloni只用了5分钟就捕获了整艘独木船及近60个部件。随后,他在Artec Studio软件中花了13分钟完成扫描处理。但是他对结果不是非常满意。他希望能找到最佳方式,制作一个足够精美的3D模型,经得住专家的审查。Meloni很快发现,独木船的复杂部位可以通过另一台扫描仪Artec Space Spider来完成。

手持式3D扫描仪Space Spider拥有计量级精度(高达0.05毫米),在逆向工程、质量控制方面表现出色,能捕获复杂几何与纤细物体,非常适合扫描小面积对象。

Artec Space Spider

用Meloni的话说,“就像你不会带把手术刀去丛林,也不会带个弯刀去手术室,每个扫描仪都有自己专用场合。Artec Studio 15也简化了多个Artec扫描仪数据的合并工作,所以几分钟就能制作出出色的3D模型。”他继续补充道,“许多客户误以为一台3D扫描仪就能搞定任何物体,无论是精致的翡翠戒指还是马戏团帐篷。”

独木船3D模型成品特写,可看到把手、绳索和其他小部件

该项目另一个值得提及的问题是如何处理柔软易动的部件,比如绳索。这些细绳被绑在纤维玻璃船体的不同部位。独木船移动时,比如扫描船底时,这些绳索的位置就会发生改变,尽管很细微。这就会导致扫描里出现二次曝光,通过传统方式处理的话很费时。

独木船尾部3D模型,可看到细绳和其他柔软部件

首先想到的是用ZBrush来为这些元素建模。Meloni之前用过这款软件,他承认,“毕竟有很多类似特质的材料和物体需要扫描,比如说鞋带、钱包上的肩带等等……所以如果有更轻松更快捷的方式建模,制作高分辨率3D扫描,我肯定毫不犹豫。”

Pietro Meloni使用ZBrush润色独木船的一些小部件

最后一个问题是如何扫描独木船里面的几处小部位,这里空间狭小。由于不同部位间距很小,不可能从每个角度完成捕获。比如,鱼竿支架位于在船体中间的隐蔽位置。于是Meloni决定拆卸船体,分开扫描。

这么操作很成功。拆解船体只花了几分钟。然后他用配合完美的Space Spider和Artec旋转台分别扫描了各个部位,所以即便扫描仪中断了追踪,旋转台还能回转几度,等追踪恢复后,继续旋转。

Meloni扫描完成后,在Artec Studio中顺利合并了各个部位和船体。“这个过程其实很简单。直接处理每份扫描然后和船体合并。最后的效果看起来就像一体成型的。任何一款Artec 3D扫描仪都能做到这点,包括MicroRay,即便是新手也能在几分钟内学会操作。”

对于部分柔软的部位,比如把手,Meloni决定先做一些简单的3D打印支架,这样就能精准捕获它们在独木船上原来的位置了。

3D打印扫描支架,与Artec旋转台一起使用

3D打印支架在Artec旋转台上支撑独木船的把手,方便Artec Space Spider扫描

Meloni解释了他操作Artec Studio扫描处理的过程:

“我使用Artec Studio 15轻松对齐了扫描。然后进行了全局配准、实体尖锐融合、快速网格简化、纹理处理。这就是我处理每个项目元素时所用的流程,从船体开始,到每个独立部位。”

他继续道,“Artec Studio 15的分组功能极大简化了操作流程。捕获独木船时,我的Leo扫描数据被自动分配到一个文件夹,之后我用Space Spider扫描小部位后,那些扫描又被分配到另一个独立文件夹。所以使用多台扫描仪时,这种自动分类功能真的很有帮助。”

Artec Studio 15中的独木船模型截屏,近60个部位被自动分组

“补充一点,在扫描和处理小部位时,我采用了和独木船体一样的步骤,但处理Space Spider扫描时(使用了Artec旋转台),我在扫描期间使用了自动基底移除功能,并在处理过程中使用了异常值移除。”

Artec Studio 15截屏显示独木船体和所有部位全局配准

所有合并完成后,就需要处理绳索了。ZBrush建模很完美,几分钟搞定,Meloni直接在独木船模型上融入了这些柔软的、不易捕捉的元素。

Artec Studio 15截屏显示扫描密度,方便为每个对象选择合适的密度,有效降低了整个模型的大小

“因为这些元素更多起到的是装饰功能,非常适合快速3D建模,但如果要捕获精确尺寸,如用于逆向工程或质量控制,那我们就得用Space Spider为绳索和其他部位捕获更精确的测量值,”Meloni表示。

独木船的成品3D模型具备所有元素,可直接应用

使用多台3D扫描仪和其他工具是一种新方式,能取得更好的效果,Meloni认可了这一做法。这一方式大幅减少了处理时间,成品3D模型的完成时间甚至比预期的早了几天。他建议用户也能勇于创新。

“是的,使用多台扫描仪或多个软件,开始确实会让工艺更耗时、更复杂。但如果你希望沉着应对细节丰富、层次多样的大型物体扫描,那就得做好准备,你早晚会遇到这么个项目。”

Meloni继续道,“项目接近尾声时,发现自己超前几小时甚至几天完成,你就明白自己做了正确的选择。这其实很好理解,所以我们要不断测试,设计适合自己的高效工艺流。”

“如果我每天自己开车去上班,有天突然严重堵车,所有车都寸步难行怎么办?所以最好知道怎么骑车或者搭乘公共交通。”

Meloni现在又设立了一个更高的目标,最近开始用Artec Ray和Artec Leo捕获高分辨率的古罗马城堡。最终的3D模型包含了所有准确的细节,精确到亚毫米,用他的话说,“完美适用于文化保护,也就是说,可以3D打印成小模型,用于收藏或博物馆,模型还可以用于逼真的VR环境,甚至可以用于高度沉浸式AR模拟。”

Pietro Meloni准备用Artec Ray捕获古罗马城堡的内庭

他继续畅想未来,“城堡访客可以体验3D全息、视频,甚至还能见到城堡几百年前的人物动画,并与他们互动。这类科技应用为各个年龄层的访客唤醒了历史。把历史故事以如此难忘的方式呈现出来,还能有什么更好的方式来保护历史呢?”

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