什么是3D立体扫描技术

在日常生活中，我们经常能见到“3D”这个符号，如：3D显示、3D电影、3D打印、3D扫描等等。前两种相信大家已经耳熟能详， 但3D成为作品呈现时需要建立数字模型，而原始素材的采集需要应用3D扫描技术，3D扫描对大部分人来说是一个陌生的词语。那么什么是3D扫描技术呢？3D扫描技术有哪些应用范围和优缺点呢？和3D打印能否有所结合呢？本文将全面系统的介绍3D扫描技术，以飨读者。
据国外媒体报道，奥地利科学家成功复原了一块此前未知的动物化石的原貌。根据复原图，这只动物浑身长满钉状结构，据信是现代鱿鱼与章鱼的祖先。此项研究由奥地利国家历史博物馆进行，研究人员利用3D扫描技术逐层扫描化石，而后制作出一段视频，展示这种动物如何生活和移动身体。（文中用图来源于网络）
　　这种动物被称之为“Dissimilites intermedius”，生活在距今1.28亿年前的白垩纪时期。它的化石在海底形成，最后在阿尔卑斯山白云石山山顶的沉积物中发现。科学家表示计算机X线断层摄影术允许他们看到肉眼无法看到的一些细节，帮助他们进一步了解这种古生物。根据他们的研究发现，这种动物的身体被钉状结构覆盖，每一个的长度在3到4毫米之间。

什么是3D立体扫描技术

可还原1.28亿年鱿鱼祖先

可还原1.28亿年鱿鱼祖先
　　博物馆发言人表示：“这块化石代表此前一个未知的物种。计算机X线断层摄影术和先进的3D复原程序不仅可以帮助复原一年前在白云石山发现的化石的原貌，同时也能根据这种动物的肢体留下的印记了解其如何移动身体。”

可还原1.28亿年鱿鱼祖先
什么是3D扫描仪？
　　三维扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观资料(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的资料常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中建立实际物体的数位模型。这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学资讯、生物资讯、刑事鉴定、数位文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
　　三维扫描仪的制作并非仰赖单一技术，各种不同的重建技术都有其优缺点，成本与售价也有高低之分。目前并无一体通用之重建技术，仪器与方法往往受限于物体的表面特性。例如光学技术不易处理闪亮(高反照率)、镜面或半透明的表面，而雷射技术不适用于脆弱或易变质的表面。

  三维扫描仪的功能
　　三维扫描仪的用途是建立物体几何表面的点云(point cloud)，这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以建立更精确的模型(这个过程称做三维重建)。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上贴上材质贴图，亦即所谓的材质印射(texture mapping)。

3D扫描示意图
　　三维扫描仪可类比为照相机，它们的视线范围都呈现圆锥状，资讯的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色资讯，而三维扫描仪测量的是距离。由于测得的结果含有深度资讯，因此常以深度影像(depth image)或距离影像(ranged image)称之。
　　由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此常需要变换扫描器与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘(turnable table)上，经过多次的扫描以拼凑物体的完整模型。将多个片面模型整合的技术称做影像注册(image registration)或对齐(alignment)，其中涉及多种三维比对(3D-matching)方法。

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