Tìm hiểu về công nghệ Scan3D
Máy scanner 3D để bàn iRoVi3D Alligator M1 phát triển bởi IROVI3D
1. Tổng Quan Về Công Nghệ Scan 3D
Công nghệ quét 3D (3D scanning) ngày càng trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ thiết kế sản phẩm, y tế, khảo cổ học đến giải trí và sản xuất công nghiệp. Với khả năng số hóa các vật thể thành mô hình 3D chính xác, công nghệ này đã mở ra nhiều cơ hội ứng dụng đột phá.
2. Công Nghệ Scan 3D Là Gì?
Công nghệ scan 3D là quá trình sử dụng các thiết bị quét để thu thập dữ liệu về hình dạng, kết cấu và kích thước của một vật thể thực tế, thường là các file với định dạng STL, PLY, OBJ, 3MF... Kết quả của quá trình này là các file 3D có thể được chỉnh sửa, phân tích, in 3D hoặc thiết kế ngược (Reverse Engineering)... tùy theo mục đích sử dụng.
3. Các Công Nghệ Scan 3D Tiên Tiến Hiện Nay
3.1 Công Nghệ Quét Ánh Sáng Cấu Trúc (Structured Light)
Nguyên lý: Sử dụng ánh sáng trắng chiếu lên vật thể, sau đó đo lường sự biến dạng của ánh sáng để tái tạo hình dạng 3D.
Ưu điểm: Độ chính xác cao, phù hợp với các vật thể có chi tiết phức tạp.
Nhược điểm: Bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng môi trường, khó quét bề mặt bóng hoặc trong suốt.
Ứng dụng: Kiểm tra chất lượng sản phẩm, thiết kế ngược, khảo cổ học.
3.2 Công Nghệ Quét Laser
Nguyên lý: Sử dụng tia laser để quét bề mặt vật thể và đo thời gian phản xạ để tạo mô hình 3D. Một số hệ thống sử dụng marker (điểm đánh dấu) để tăng độ chính xác khi quét các bề mặt phức tạp hoặc vật thể di động.
Ưu điểm: Độ chính xác cao, quét nhanh.
Nhược điểm: Giá thành thiết bị cao, có thể bị nhiễu khi quét các vật thể phản quang.
Ứng dụng: Kiến trúc, bảo tồn di sản, sản xuất công nghiệp.
3.3 Quét Siêu Âm, Radar
Nguyên lý: Sử dụng sóng âm hoặc radar để quét vật thể.
Ưu điểm: Hoạt động tốt trong môi trường nước hoặc điều kiện khắc nghiệt.
Nhược điểm: Độ chính xác không cao bằng laser hoặc ánh sáng trắng.
Ứng dụng: Y tế (siêu âm), quân sự, hàng hải.
4. Quy Trình Quét 3D
Chuẩn bị đối tượng: Làm sạch bề mặt đối tượng và, nếu cần, sử dụng các công cụ hỗ trợ để khắc phục tình trạng phản xạ của ánh sáng.
Thiết lập thiết bị quét: Chọn vị trí và góc độ phù hợp để đảm bảo quét toàn bộ bề mặt đối tượng mà không bỏ sót chi tiết nào.
Tiến hành quét: Bắt đầu quá trình quét với thiết bị và lưu lại dữ liệu.
Xử lý dữ liệu: Sử dụng phần mềm để chuyển đổi điểm mây thành mô hình 3D và thực hiện các thao tác chỉnh sửa cần thiết.
5. Định Dạng File Quét 3D Phổ Biến
Các tệp tin đầu ra sau quá trình quét 3D thường có các định dạng phổ biến như:
STL (Standard Triangle Language): Định dạng phổ biến nhất cho in 3D, lưu trữ dữ liệu dưới dạng lưới tam giác.
PLY (Polygon File Format): Chứa thông tin màu sắc và hình dạng đối tượng, thường dùng trong đồ họa máy tính.
OBJ: Hỗ trợ nhiều loại dữ liệu khác nhau, thường dùng trong ngành game và hoạt hình.
XYZ, ASC: Dữ liệu đám mây điểm từ quét laser.
Sau khi thiết kế ngược hoặc xử lý mô hình, tệp tin đầu ra thường được xuất dưới định dạng CAD:
STP (STEP): Định dạng tiêu chuẩn cho dữ liệu CAD, hỗ trợ trao đổi dữ liệu giữa nhiều phần mềm khác nhau.
X_T (Parasolid): Định dạng mô hình rắn, phổ biến trong các phần mềm CAD/CAM.
IGES (Initial Graphics Exchange Specification): Định dạng trao đổi dữ liệu hình học giữa các hệ thống CAD khác nhau.
DWG: Định dạng phổ biến trong AutoCAD, lưu trữ dữ liệu thiết kế 2D và 3D.
3DM (Rhinoceros 3D): Định dạng dùng trong phần mềm Rhino, hỗ trợ dữ liệu NURBS.
6. Mục Đích Và Ứng Dụng Của Công Nghệ Scan 3D
Thiết kế ngược (Reverse Engineering): Số hóa sản phẩm để phân tích, cải tiến hoặc tái sản xuất.
Khảo cổ học: Phục chế các hiện vật lịch sử.
Làm phim và trò chơi: Tạo mô hình nhân vật và môi trường ảo.
Đo kiểm công nghiệp: Kiểm tra sai số sản phẩm.
Y tế: Tạo mô hình xương, răng cho phẫu thuật và sản xuất thiết bị y tế tùy chỉnh.
8. Kết Luận
Trong thế giới ngày nay, công nghệ scan 3D đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Với khả năng thu thập dữ liệu chính xác và hiệu quả, công nghệ này đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc thiết kế và sản xuất.
Việc hiểu rõ về công nghệ scan 3D, các thiết bị sử dụng cũng như ứng dụng của nó trong thực tiễn sẽ giúp chúng ta tận dụng tối đa những lợi ích mà nó mang lại. Hy vọng rằng trong tương lai gần, công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến, mang lại những giải pháp tốt hơn cho cuộc sống của chúng ta.