3D-skannaukseen perehtyminen

Abstract

Tässä insinöörityössä tarkastellaan erilaisia 3D-skannaustekniikoita ja menetelmiä. Työssä myös kerrotaan esimerkkien avulla eri 3D-skannaustekniikoiden käyttökohteista. 3D-skannaus on Suomessa vielä melko harvinaista, siksi eri tekniikat ja käyttömahdollisuudet ovat monille tuntemattomia.

3D-skanneri on laite, jolla tutkitaan reaalimaailman esineitä tai ympäristöä keräämällä dataa kohteen muodoista. 3D-skannerit ovat hyvin paljon vastaavia tavallisen kameran kanssa. Kuten kameroilla, 3D-skannereilla on kartiomainen näkökenttä ja ne voivat kerätä tietoja vain kohteen pinnoista, jotka eivät ole katveessa. Kamera tallentaa näkökenttänsä pintojen väritiedot, 3D-skanneri puolestaan kohteen pinnan etäisyystiedot. 3D-skannerin keräämää dataa kutsutaan pistepilveksi ja dataa käytetään 3D-mallien luomiseen. Kerätty 3D-data on hyödyllistä monissa eri sovelluksissa. 3D-skannerita käytetään laajasti teollisessa muotoilussa, käänteisessä suunnittelussa, laadunvalvonnassa, viihdeteollisuudessa, ortopediassa sekä historiallisten kohteiden dokumentoinnissa.

On olemassa useita eri skannaustekniikoita digitaalisen muototiedon hankkimiseksi 3D-kappaleesta. Laajasti käytössä oleva luokittelu jakaa ne kahteen tyyppiin: koskettavat ja ei-koskettavat. Ei-koskettavat 3D-skannerit voidaan jakaa vielä kahteen ryhmään, aktiivisiin ja passiivisiin. Jokaisella tekniikalla on omat heikkoutensa ja vahvuutensa. Esimerkiksi optisilla 3D-skannerilla kohdataan ongelmia kiiltävien, peilaavien ja läpinäkyvien kohteiden kanssa.

Tämän insinöörityön aikana testattiin 3D-laserskannerin käyttöä. Työn lopussa kerrotaan, kuinka testaus eteni ja mitkä olivat testauksen päämäärät, kohdatut ongelmat sekä lopputulokset.

This Bachelor’s thesis discusses different 3D scanning technologies and scanning methods. This graduate study also examines the applications of different 3D scanning technologies with examples. Because 3D scanning is still rarely used in Finland, both 3D scanning technologies and the ways to utilize 3D scanning are unknown for most people.

A 3D scanner is a device that analyzes real-world objects or environment to collect data on their shape. 3D scanners are very analogous to cameras. Like cameras, 3D scanners have a cone-shaped field of view and they can only collect information about surfaces that are not obscured. A camera collects color information about surfaces within its field of view, while a 3D scanner collects distance information about surfaces within its field of view. The collected 3D scanner data is called a point cloud and the collected data is used to create 3D models. The collected 3D data is useful for a wide variety of applications. 3D scanners are used extensively in industrial design, reverse engineering, quality control, entertainment industry, orthopedics and the documentation of historical artifacts.

There are a variety of technologies for digitally acquiring the shape of a 3D object. A well established classification divides them into two types: contact and non-contact 3D scanners. Non-contact 3D scanners can be further divided into two categories, active scanners and passive scanners. Each technology comes with its own limitations and advantages. For example, optical technologies encounter difficulties with shiny, mirroring and transparent objects.

The usage of a 3D laser scanner was tested during this Bachelor’s thesis. Finally, the testing process, primary goals, encountered challenges and final results are described.