3.2 3D扫描数据获取与处理

3.2.1 3D扫描数据获取

逆向设计是将实物样件或手工模型转化为数字模型，以便利用快速成型系统、计算机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）等先进技术对其进行处理和管理，并进行进一步修改和再设计优化。

逆向造型的过程，是使用3D扫描仪对实物进行扫描，得到三维数据；然后对数据进行加工修复，得到精确描述物体三维结构的一系列坐标数据；数据导入三维建模软件后，再完整地还原出物体的3D数字模型。三维数据的获取与处理是逆向造型的基础。

三维扫描仪是随着三维信息领域的发展而研制开发的计算机信息输入的前端设备。只需对物体进行扫描，就能在计算机上得到实物的三维立体图像。可用来检测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。

三维扫描仪大体分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪。其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪（拍照式三维扫描）和激光扫描仪。而光栅三维扫描又有白光扫描、蓝光扫描等，激光扫描仪又有点激光、线激光、面激光的区别。

1．非接触式3D数据获取

非接触式测量（如图3-4所示）是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体的表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。非接触式三维信息获取多采用深度映像技术和多传感器技术，并结合非线性求解及其他规正化方法。

图3-4 非接触式扫描——白光测量仪

非接触测量的优点：

（1）排除接触测量对柔性物体测量的人为等受力干扰；

（2）可以测量一些不可接触的物体，如辐射体、高温物体等；

（3）因为是数字图像处理，计算机识别，所以采集速度较快。

缺点：

（1）对专业知识要求较高，诸如图像处理、摄影测量原理等；

（2）相比接触测量仪关节臂、三坐标机等，精度不算高。

2．接触式3D数据获取

接触式三维信息获取的基本原理是使用连接在测量装置上的测头（探针）直接接触被测点，根据测量装置的空间几何结构得到测量的坐标。典型的接触式三维扫描设备包括三坐标测量机和关节臂测量机（如图3-5所示）。

图3-5 关节臂测量机