Technologia skanowania laserowego pozwala na stworzenie cyfrowego modelu praktycznie wszystkiego. Skanery obiektów trójwymiarowych (3D) mogą być używane do generowania modeli CAD budynków, pomieszczeń, komponentów, roślin, a nawet ludzi i zwierząt. Dla wielu firm skanery 3D stały się tak samo istotne dla ich działalności jak oprogramowanie inżynierskie. Co ciekawe, coraz częściej jako skaner 3D można wykorzystać dowolne urządzenie wyposażone w czujnik obrazu lub światła, wybrane technologie pozycjonowania i inteligentne oprogramowanie.
Urządzenia skanujące w trójwymiarze zasadniczo mierzą obiekty w otaczającym je świecie za pomocą wysyłania promieni laserowych lub rejestrowania obrazów, w celu wygenerowania bardzo gęstych chmur punktów lub wielokątów siatek przestrzennych, które na koniec mogą zostać przekształcone w plik kompatybilny z systemem CAD. Teoretycznie brzmi to prosto, wystarczy zrobić kilka zdjęć jakiegoś obiektu, przenieść je do komputera, uruchomić właściwy program i gotowe. W praktyce jest to jednak proces bardzo skomplikowany obliczeniowo.
Moc przetwarzania jest kluczem do tego, co sprawia, że nowoczesne skanowanie w trójwymiarze stało się praktycznie możliwe. Bo sama teoria nie jest nowa. Zasadniczo istnieją 3 rodzaje skanerów 3D do różnych zastosowań: krótkiego, średniego i długiego zasięgu.
Skanery laserowe krótkiego zasięgu zwykle obejmują głębokość pola mniejszą niż jeden metr. Zazwyczaj wykorzystują one laserowe systemy triangulacyjne obejmujące precyzyjnie zlokalizowane źródło i czujnik. Promień lasera ze źródła oświetla obiekt i jest odbierany w czujniku. Za pomocą prostej geometrii można wygenerować w ten sposób punkt na siatce 3D. Powtarzając proces dla różnych lokalizacji promienia laserowego można wygenerować złożoną chmurę punktów lub złożoną siatkę trójkątów w środowisku trójwymiarowym.
Systemy skanowania średniego i dalekiego zasięgu wymagają nieco innej technologii obrazowania, wykorzystującej światło lasetowe. Zazwyczaj korzystają one z laserowego systemu impulsowego, podobnego do stosowanego w lotnictwie. Systemy te wykorzystują bardzo dokładne systemy pomiarowe do rejestrowania wysokości lotu, w którym laser uderza w obiekt i wraca do źródła. Dzięki zastosowaniu luster obrotowych 360˚, systemy te mogą szybko i łatwo opracować bardzo dokładne modele obiektów. Inny wariant tych systemów wykorzystuje technologię phase-shift, modulującą moc i amplitudę fali laserowej oraz monitorującą zmianę fazy w celu uzyskania bardziej dokładnych skanów 3D.
Do modelowania dużych obiektów dokładność laserowa może nie być niezbędna. Wtedy wystarcza zwykłe obrazowanie optyczne. A jak je wykorzystać w praktyce? Pomiary 3D w istniejących budynkach mogą dostarczyć bardzo dokładnych chmur punktów na potrzeby planowania remontu czy modernizacji bez konieczności ręcznego wprowadzania dokumentacji papierowej do programu CAD lub wielokrotnych wizji lokalnych. Generalni wykonawcy mogą również korzystać ze skanowania laserowego, aby upewnić się, że ostateczny projekt budowlany został zrealizowany zgodnie z pierwotnymi planami.
Statystycznie piętnaście procent każdego projektu budowlanego polega na przerabianiu elementów, które zostały źle zaprojektowane. Biorąc pod uwagę złożoność współczesnych konstrukcji jest to najzupełniej naturalne. Dzięki stosowaniu skanowania trójwymiarowego możliwe jest zmniejszenie tej wartości do dwunastu procent, a uzyskane oszczędności, nawet po uwzględnieniu kosztów skanowania, będą satysfakcjonujące.
Łącząc technologie tworzenia trójwymiarowych środowisk wektorowych ze zautomatyzowaniem nakładania na nie tekstur pochodzących z tradycyjnych zdjęć, otrzymujemy szczegółowe wizualizacje dowolnych obiektów. Tego rodzaju rozwiązania są coraz chętniej wykorzystywane przez np. twórców gier komputerowych. Najnowsza produkcja S.T.A.L.K.E.R. 2: Serce Czarnobyla zawiera niezwykle realistyczne odwzorowania Prypeci i elektrowni w Czarnobylu, powstałe dzięki wykorzystaniu zautomatyzowanych technologii obrazowania 3D. Między innymi z tego powodu instalacja gry wymaga aż 160 gigabajtów miejsca na dysku.
Skanowanie 3D, zintegrowane z oprogramowaniem symulacyjnym, może tworzyć modele symulacyjne rzeczywistego elementu, a nie projekt CAD. W miarę jak te technologie skanowania będą się rozwijać, prawdopodobnie zobaczymy ich głębszą integrację z operacjami inżynieryjnymi, co może pomóc w wykorzystaniu technologii Internetu Rzeczy i sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym.
Krzysztof Hajdrowski
