3D-сканирование простыми словами: исходный скан и CAD-модели

Материал этой статьи предназначен в первую очередь не для специалистов в области 3D-технологий, а для потребителей услуг 3D-сканирования, знакомых с этой сферой лишь поверхностно. Если Вы ознакомитесь с лентой новостей на нашем сайте, вы убедитесь что 3D-сканирование в настоящее время чрезвычайно востребовано в абсолютно разных видах деятельности и производства. Мы помогаем сохранять культурное наследие нашей страны, оцифровывая в закрытых хранилищах музеев никогда ранее не выставлявшиеся экспонаты. На промышленных производствах мы помогаем восстанавливать и замещать детали, импорт которых сейчас невозможен. В тюнинге авто и мототехники 3D-сканирование ускоряет и облегчает процесс создания новых деталей.  Внедряя 3D-технологии в сферу культуры, мы производим 3D-сканирование, в первую очередь, людей - актёров театра и кино - для создания масок или манекенов. Ведь не каждый человек может высидеть неподвижно и без мимики целый час, с залитым восковой массой лицом, лишенный зрения и слуха: именно так традиционно и делались маски для актеров уже много столетий. Поэтому актеры, а точнее продюсеры и агенты, вынуждены искать альтернативные методы, обращаясь к современным технологиям 3D-сканирования.
Кроме этого наша компания постоянно участвует в создании известных современных монументов и памятников, среди которых Ржевский мемориал, памятник самбо в Лужниках, и даже памятник Князю Владимиру возле Красной Площади в Москве. 

Как видите, многие из этих сфер далеки от тонкостей 3D-технологий, и нам часто приходится отвечать на одни и те же вопросы. Поэтому мы решили написать эту статью, и простыми словами без лишних терминов разъяснить отличие 3D-скана от CAD-модели (твердого тела). 

Так в чём же разница?

Почти все 3D-сканеры оцифровывают объект следующим образом: они проецируют на него сетку белого или синего света (при выключенном свете можно наблюдать светящуюся ровную сеть), и собирают с поверхностей объекта множество точек. Из полученного облака точек в программном обеспечении собирается цифровая модель. Это и есть 3D-скан. 

3D-скан, или исходник - результат, полученный непосредственно после сканирования - это полигональная модель. Само слово «полигон» сразу наводит на ассоциации. Будь то военный или испытательный полигон, возникший в вашем сознании - не важно, но это какая-то плоскость, поле. Из этого следует, что полигональная модель - это фигура, вся поверхность которой состоит из множества маленьких «полигонов», то есть плоских фигур. Треугольников или других многоугольников - это совершенно не важно, но только представьте, что если сильно увеличить, приблизить эту модель, станут видны тысячи маленьких граней и неровностей. Они почти неразличимы глазом в реальном масштабе, и 3D-скан можно использовать по назначению без преобразования в CAD, если это не требуется. 

CAD-модель же выглядит иначе. Если придирчиво рассмотреть ее на экране, увеличивая до максимума, никаких полигонов и неровностей на ней вы не увидите. Такая 3D-модель имеет абсолютно гладкие поверхности, и, если мы говорим, к примеру, о детали машины, то она может состоять из примитивов - цилиндров, плоскостей или линий.

Для того чтобы получить CAD-модель из 3D-скана, недостаточно просто изменить формат файла в какой-либо из 3D-программ. Подобное заблуждение заставляет наших специалистов каждый раз вдаваться в подробные объяснения, для чего именно нужна дополнительная работа специалиста по реверс-инжинирингу. Все дело в том что при переводе из полигональной модели  в параметрическую (CAD) объект приходится практически отрисовывать заново, вручную, используя 3D-скан лишь в качестве основы. Это трудоемкий процесс, требующий специальных навыков работы в CAD-программах. 

Всегда ли требуется преобразование в CAD?

Разумеется нет, и поэтому дальнейшее использование полученного 3D-скана необходимо сразу уточнять у вашего дизайнера или инженера - того, кто отвечает за эту часть производственного процесса.

К примеру, для печати на 3D-принтере, как правило, нет никакой необходимости в получении абсолютно гладких поверхностей, так как напечатанный объект часто дорабатывается вручную шлифовкой, и иногда покрытием эмалями или лаками. Также наличие мелкой полигональной сетки не имеет значения в скльптурировании, при сохранении и воспроизводстве деталей и предметов искусства, интерьера. 

Но если речь идет о производственных задачах, например таких как воссоздание, копирование или модернизация деталей каких-то механизмов, то нужно добиться максимальной точности. Здесь без лишних объяснений это и так понятно: параметрическая модель (CAD-модель) - это инеженерная модель, с четко заданными параметрами, которые к тому же в любой момент могут быть скорректированы. Все этапы внесенных изменений в CAD-модель сохраняются и могут быть отменены при необходимости. Можно задавать четкие размеры всей детали или отдельным ее частям, рассчитывать допуски, и делать размеры. 

Кроме этого преобразование исходного скана в CAD необходимо и в том случае, если вы планируете вытачивать объект на ЧПУ-станке. Ведь тысячи мелких граней-полигонов, незаметных глазу, он будет пытаться воссоздать очень кропотливо и точно, и, скорее всего, это будет последнее что ваш станок сможет выточить. Поэтому, пожалуйста, всегда уточняйте в техническом задании как вы хотите в дальнейшем использовать полученную 3D-модель отсканированного объекта. 

Другими словами, если не очень понятно

Есть еще одно сравнение, которое можно привести, возможно оно внесет большую ясность. В последние годы многие люди увлекались фотографией, и хотя бы немного знакомы с работой в фотошопе. В нём мы обрабатываем растровые изображения. Почти все уже знают что фотографии и картинки состоят из пикселей, и если размер пикселей слишком большой, а сам размер картинки маловат, то она как бы разбивается на эти пиксели, «рябит». Изображения такого качества мы не можем использовать для печати, скажем, рекламного билборда. Но если это изображение отрисовать в векторной программе, то его можно «растягивать» до бесконечности без потери качества, так как оно состоит не из пикселей, а нарисовано «кривыми». То есть его словно карандашом отрисовали заново в специальной программе, взяв за основу фотографию или картинку, состоящую из миллиона маленьких пикселей (квадратиков). 

Все вышесказанное относится к 2D-изображениям, но суть похожа. Пиксели - кривые; полигоны - объемные фигуры, из которых заново выстраивается объект. И да, сделать сглаженное изображение разбитым на пиксели (или полигоны, в случае 3D-проектирования) можно «одной кнопкой», просто изменив формат в программе, читающей те и другие форматы. Но не наоборот! Наоборот - это заново отрисовать, воссоздать единый сглаженный объект, поверхность которого разбита на те самые крошечные полигоны. 

Вот пожалуй и всё что мы хотели рассказать о CAD-моделировании на основе отсканированных 3D-моделей. Разумеется, если вдаваться в детали и переходить на профессиональный язык, то можно было бы осветить ещё немало подробностей. Но тогда эта статья превратится в скучный учебник, а у нас не было цели превратить вас, читателей, в инженеров. Мы хотели только в общих чертах объяснить различие, чтобы вам было проще понять, есть ли конкретно для вашей задачи необходимость перевода модели в CAD.

Если у вас остались какие-то вопросы или сомнения, вы всегда можете обсудить это со специалистом, позвонив по номеру +7-968-594-60-96