什么是3D立體掃描技術(shù)

在日常生活中，我們經(jīng)常能見到“3D”這個符號，如：3D顯示、3D電影、3D打印、3D掃描等等。前兩種相信大家已經(jīng)耳熟能詳， 但3D成為作品呈現(xiàn)時需要建立數(shù)字模型，而原始素材的采集需要應(yīng)用3D掃描技術(shù)，3D掃描對大部分人來說是一個陌生的詞語。那么什么是3D掃描技術(shù)呢？3D掃描技術(shù)有哪些應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點呢？和3D打印能否有所結(jié)合呢？本文將全面系統(tǒng)的介紹3D掃描技術(shù)，以饗讀者。
據(jù)國外媒體報道，奧地利科學(xué)家成功復(fù)原了一塊此前未知的動物化石的原貌。根據(jù)復(fù)原圖，這只動物渾身長滿釘狀結(jié)構(gòu)，據(jù)信是現(xiàn)代魷魚與章魚的祖先。此項研究由奧地利國家歷史博物館進行，研究人員利用3D掃描技術(shù)逐層掃描化石，而后制作出一段視頻，展示這種動物如何生活和移動身體。（文中用圖來源于網(wǎng)絡(luò)）
　　這種動物被稱之為“Dissimilites intermedius”，生活在距今1.28億年前的白堊紀時期。它的化石在海底形成，最后在阿爾卑斯山白云石山山頂?shù)某练e物中發(fā)現(xiàn)�？茖W(xué)家表示計算機X線斷層攝影術(shù)允許他們看到肉眼無法看到的一些細節(jié)，幫助他們進一步了解這種古生物。根據(jù)他們的研究發(fā)現(xiàn)，這種動物的身體被釘狀結(jié)構(gòu)覆蓋，每一個的長度在3到4毫米之間。

可還原1.28億年魷魚祖先

可還原1.28億年魷魚祖先
　　博物館發(fā)言人表示：“這塊化石代表此前一個未知的物種。計算機X線斷層攝影術(shù)和先進的3D復(fù)原程序不僅可以幫助復(fù)原一年前在白云石山發(fā)現(xiàn)的化石的原貌，同時也能根據(jù)這種動物的肢體留下的印記了解其如何移動身體�！�

可還原1.28億年魷魚祖先
什么是3D掃描儀？
　　三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。搜集到的資料常被用來進行三維重建計算，在虛擬世界中建立實際物體的數(shù)位模型。這些模型具有相當廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計、瑕疵檢測、逆向工程、機器人導(dǎo)引、地貌測量、醫(yī)學(xué)資訊、生物資訊、刑事鑒定、數(shù)位文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。
　　三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點，成本與售價也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而雷射技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。

  三維掃描儀的功能
　　三維掃描儀的用途是建立物體幾何表面的點云(point cloud)，這些點可用來插補成物體的表面形狀，越密集的點云可以建立更精確的模型(這個過程稱做三維重建)。若掃描儀能夠取得表面顏色，則可進一步在重建的表面上貼上材質(zhì)貼圖，亦即所謂的材質(zhì)印射(texture mapping)。

3D掃描示意圖
　　三維掃描儀可類比為照相機，它們的視線范圍都呈現(xiàn)圓錐狀，資訊的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機所抓取的是顏色資訊，而三維掃描儀測量的是距離。由于測得的結(jié)果含有深度資訊，因此常以深度影像(depth image)或距離影像(ranged image)稱之。
　　由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此常需要變換掃描器與物體的相對位置或?qū)⑽矬w放置于電動轉(zhuǎn)盤(turnable table)上，經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個片面模型整合的技術(shù)稱做影像注冊(image registration)或?qū)�齊(alignment)，其中涉及多種三維比對(3D-matching)方法。

初學(xué)，謝謝分享！