Come funziona ed a cosa serve uno scanner 3D
Uno scanner 3D è, in sostanza, un sistema software che per operare richiede un adeguato supporto hardware. Questo sistema acquisisce la forma tridimensionale di un oggetto e ne rappresenta la geometria come una serie di punti, ciascuno associato a coordinate in un sistema cartesiano. Per ottenere questo risultato sono disponibili diversi metodi; tra i più diffusi c’è la triangolazione ottica, una tecnica semplice ed efficace, intuitiva da comprendere ma, nella pratica, realizzabile solo con strumenti abbastanza sofisticati. Un tipico scanner a triangolazione impiega una qualche forma di luce strutturata per analizzare l’oggetto da rilevare, può trattarsi di una semplice linea laser oppure di matrici di luce più complessi e avanzati che ad esempio possono essere generati con un videoproiettore.
Le informazioni generate dalla luce strutturata quando colpisce la superficie dell’oggetto da scansionare vengono acquisite da una o più telecamere, posizionate a una distanza e con un angolo di incidenza noti rispetto alla posizione e all’asse di proiezione del videoproiettore. Il software dello scanner 3D, ricevendo le immagini dalle telecamere, analizza come la luce strutturata è deformata sulla superficie dell’oggetto. Conoscendo con precisione la geometria dello strumento scanner 3D, fra cui gli angoli che intercorrono tra asse di proiezione e assi di ripresa delle telecamere, un semplice calcolo trigonometrico consente di risalire alla posizione esatta di numerosi punti illuminati sulla superficie dell'oggetto rispetto al riferimento originario del sistema cartesiano in cui si trovano scanner 3D e oggetto.
Ripetendo questo tipo di misurazione in modo seriale, lo scanner a partire dai punti rilevati nello spazio genera le cosiddette nuvole di punti, cioè un insieme di coordinate tridimensionali che descrivono, punto per punto, la forma reale dell’oggetto. La densità dei punti rilevati dipende sia dai limiti dell’hardware impiegato sia dalle scelte dell’utente entro le possibilità di configurazione offerte dal software dello scanner 3D. Per funzionare correttamente, il sistema deve essere innanzitutto calibrato con un oggetto dalle dimensioni e dalla geometria note. Una volta calibrato, lo scanner 3D è in grado di rilevare la forma di oggetti diversi da quello utilizzato per la calibrazione.
La scultura raffigurata a fianco, un ariete acquisito proprio con questa tecnica, è un esempio concreto del risultato ottenibile. Come si può vedere, si tratta di una rappresentazione dettagliata, realistica e dimensionalmente fedele dell’oggetto reale sottoposto a scansione. Il modello 3D risultante può essere impiegato per molti scopi diversi: misurazione, conservazione documentale, utilizzo in ambienti virtuali di vario tipo (come musei virtuali, videogiochi e documenti digitali), ingegneria inversa, modifica del modello, riproduzione dell’oggetto originale o di sue varianti tramite macchinari CNC e molto altro ancora.
Dalla nuvola di punti alla mesh
Una singola acquisizione descrive solo una porzione limitata dell'oggetto, questa corriponde alla porzione di superficie che è rivolta verso lo scanner 3D ed allo stesso tempo illuminata dal proiettore nonché visibile dalla telecamera. Tutto ciò che non rientra in queste condizioni resta di fatto invisibile al software dello scanner 3D. Per questo motivo è necessario effettuare molte diverse scansioni dell’oggetto disponendolo in tutte le posizioni utili a rilevarne ogni parte da includere nel risultato finale. La scultura raffigurata a fianco, che rappresenta l’ariete sotto il quale Ulisse si nasconde per sfuggire a Polifemo, è il risultato della combinazione e fusione di molte scansioni 3D parziali, ciascuna delle quali appunto rappresenta solo una porzione dell’oggetto complessivo.
Per ottenere modelli 3D completi sono necessarie più scansioni parziali eseguite da diversi punti di vista in modo tale da rilevare tutte le parti utili a ricostruire l’oggetto nella sua interezza. Ogni nuova acquisizione genera una nuvola di punti parziale, un software di allineamento, individuando le aree di superficie comuni alle diverse scansioni parziali calcola la rototraslazione necessaria per sovrapporle correttamente. In questo modo è possibile ricostruire l’intero oggetto. Dopo questa fase, detta registrazione, la nuova nuvola di punti risultante può essere controllata e infine fusa per ottenere una versione in cui i punti più significativi distribuiti in modo adeguato vengono salvati. L’ultima fase di questo processo consiste nella creazione della cosiddetta mesh poligonale, una maglia di piccole superfici triangolari ricavata a partire dalle informazioni contenute nella nuvola di punti. La mesh poligonale per mezzo di di elementi discreti descrive la suprficie dellìoggetto in maniera più o meno risoluta.
Accuratezza, precisione e risoluzione, cosa significano?
Nelle schede tecniche degli scanner spesso compaiono specifiche tecniche scritte in maniera non chiara che creano ambiguità ed erronee interpetazioni. L'accuratezza descrive quanto la misura si discosta dalla realtà, uno scanner con un'accuratezza dichiarata di ±0,05 mm garantisce che ogni punto misurato si trovi, nella peggiore delle ipotesi, entro quella distanza dalla sua posizione vera. La precisione indica quanto lo strumento, ripetendo la stessa misurazione, è capace di restituire risultati simili. Ad esempio se ripetendo la stessa misurazione i vari risultati sono molto diversi fra loro la precisione è bassa, al contrario se sono molto simili la precisione è alta.
La risoluzione indica invece quanto i punti misurati siano vicini tra loro, cioè il livello di dettaglio con cui viene descritta la superficie. Una risoluzione fine cattura anche i rilievi più minuti, mentre una risoluzione più bassa restituisce una forma corretta nel complesso ma più grossolana, priva delle piccole variazioni superficiali. Un pezzo meccanico da riprodurre con tolleranze strette richiede innanzitutto accuratezza e precisione, mentre un’opera artistica trae maggior beneficio da un’elevata risoluzione. I buoni sistemi di scansione 3D offrono quindi buone o ottime accuratezza e precisione e, inoltre, permettono di regolare il livello di risoluzione in base al caso e/o alle preferenze dell’utente. Il livello di risoluzione influenza anche la pesantezza e la fruibilità del modello 3D risultante, più la risoluzione è alta, più il file diventa pesante e quindi più difficoltosa ne risulta la gestione.
Pertanto, la scelta della risoluzione più adatta dipende sempre dall’uso che se ne vuole fare, l’obiettivo è ottenere il livello di risoluzione più adatto, non necessariamente il più elevato possibile. Gli esempi di scansione 3D qui mostrati hanno una risoluzione media, sufficiente a restituire in modo accurato i dettagli della superficie. Si tratta di esempi utili a rappresentare una soluzione intermedia tra una bassa risoluzione, adatta ad esempio a oggetti meccanici, e un’alta risoluzione, più indicata per oggetti artistici con una grana materica molto complessa. Gli scanner 3D che proponiamo garantiscono elevata accuratezza e precisione, sempre indispensabili, consentono inoltre di impostare la risoluzione da bassa fino a livelli molto elevati, tali da rilevare e descrivere anche microstrutture superficiali dell’ordine dei centesimi di millimetro.
Scanner 3D in vendita
Gli scanner 3D che forniamo sono strumenti estremamente utili per realizzare modelli digitali di alta qualità, impiegabili in ingegneria inversa, misurazioni complesse, sviluppo di prodotti derivati, ricostruzione di componenti, prototipazione rapida, conservazione documentale in ambito tecnico e artistico, creazione di repliche, catalogazione digitale di oggetti e in numerosi altri contesti applicativi.
Il nostro servizio di scansione
Per chi necessita di una scansione occasionale e non intende investire in hardware, software e nel tempo necessario per acquisire competenze tecniche nella scansione 3D, offriamo un servizio dedicato. Inviaci alcune foto dell’oggetto da scansionare, insieme a una breve descrizione del risultato che desideri ottenere, e ti forniremo un preventivo di massima. Scansioniamo oggetti di dimensioni variabili, da pochi millimetri fino a 2-3 metri, garantendo la massima accuratezza.
Domande frequenti
Vendete anche scanner 3D usati?
Gli scanner 3D nuovi che forniamo hanno spesso un costo pari o inferiore rispetto a scanner usati, i quali presentano inoltre, nella maggior parte dei casi, caratteristiche inferiori rispetto ai nostri modelli attuali. Per questi motivi, l’acquisto di un sistema nuovo rappresenta in genere la scelta più sensata anche dal punto di vista economico. Di conseguenza, raramente abbiamo disponibilità di scanner 3D usati. Contattaci pure per verificare se sono disponibili occasioni: in caso contrario, potremo proporti uno scanner 3D nuovo adeguato al tuo scopo.
Come richiedo un preventivo per il servizio di scansione?
Inviaci alcune foto dell’oggetto e una breve descrizione di ciò che desideri ottenere dalla scansione, come misure precise, un modello per la stampa 3D, documentazione o altro. Ti risponderemo con un preventivo di massima.
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