隨著3D打印機(jī)越來越便宜，3D打印離我們的生活也越來越近。桌面產(chǎn)品不到萬元，價(jià)格不再變得難以承受。但是說起3D打印，很多人會(huì)有疑問，我打印什么東西？傳統(tǒng)打印機(jī)我可以打印文檔、照片、圖片，用3D打印機(jī)能打印什么？這就涉及到3D數(shù)字模型了。像AutoCAD、Maya之類的3D建模軟件不是一天兩天能熟練掌握的，3D打印的數(shù)據(jù)源從何而來呢？這就是3D掃描儀的作用，它把物體轉(zhuǎn)化成3D數(shù)字模型，剩下的活交給3D打印機(jī)來完成。我們先了解一些3D掃描的原理。

沒模型哪來3D打印3D掃描儀不完全盤點(diǎn)

●從盲人摸象到察言觀色接觸式與非接觸式3D掃描

3D掃描儀分類為接觸式（contact）與非接觸式（non-contact）兩種，后者又可分為主動(dòng)掃描（active）與被動(dòng)掃描（passive），這些分類下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。

接觸式3D掃描

接觸式3D掃描讓筆者想起盲人摸象的故事。接觸式3D掃描儀通過實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度，如座標(biāo)測(cè)量機(jī)即典型的接觸式3D掃描儀。此方法相當(dāng)精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價(jià)值對(duì)象如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長(zhǎng)的時(shí)間，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)量，而光學(xué)技術(shù)如激光3D掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬至五百萬次。

非接觸主動(dòng)式掃描

主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計(jì)算三維空間信息。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與X射線。

時(shí)差測(cè)距

時(shí)差測(cè)距（time-of-flight，又稱“飛時(shí)測(cè)距”）的3D激光掃描儀是一種主動(dòng)式(active)的掃描儀，其使用激光光探測(cè)目標(biāo)物。激光測(cè)距儀確定儀器到目標(biāo)物表面距離的方式，是測(cè)定儀器所發(fā)出的激光脈沖往返一趟的時(shí)間換算而得。即儀器發(fā)射一個(gè)激光光脈沖，激光光打到物體表面后反射，再由儀器內(nèi)的探測(cè)器接收信號(hào)，并記錄時(shí)間。由光速和時(shí)間，算出被測(cè)體的一點(diǎn)到儀器的距離。

三角測(cè)距（Triangulation）

三角測(cè)距原理

三角測(cè)距3D激光掃描儀，也是屬于以激光去偵測(cè)環(huán)境的主動(dòng)式掃描儀。相對(duì)于飛時(shí)測(cè)距法，三角測(cè)距法3D激光掃描儀發(fā)射一道激光到待測(cè)物上，并利用攝影機(jī)查找待測(cè)物上的激光光點(diǎn)。隨著待測(cè)物（距離三角測(cè)距3D激光掃描儀）距離的不同，激光光點(diǎn)在攝影機(jī)畫面中的位置亦有所不同。這項(xiàng)技術(shù)之所以被稱為三角型測(cè)距法，是因?yàn)榧す夤恻c(diǎn)、攝影機(jī)，與光源本身構(gòu)成一個(gè)三角形。在這個(gè)三角形中，光源與攝影機(jī)的距離、及激光在三角形中的角度，是我們已知的條件。通過攝影機(jī)畫面中激光光點(diǎn)的位置，可以決定出攝影機(jī)位于三角形中的角度。這三項(xiàng)條件可以決定出一個(gè)三角形，并可計(jì)算出待測(cè)物的距離。在很多案例中，人們以一線形激光條紋取代單一激光光點(diǎn)，將激光條紋對(duì)待測(cè)物作掃描，大幅加速了整個(gè)測(cè)量的進(jìn)程。

手持激光（HandholdLaser）

手持激光掃描儀通過上述的三角形測(cè)距法建構(gòu)出3D圖形：通過手持式設(shè)備，對(duì)待測(cè)物發(fā)射出激光光點(diǎn)或線性激光。以兩個(gè)或兩個(gè)以上的探測(cè)器（通常是攝像頭）測(cè)量待測(cè)物的表面到手持激光產(chǎn)品的距離。掃描儀獲得的數(shù)據(jù)，會(huì)被導(dǎo)入電腦中，并由軟件轉(zhuǎn)換成3D模型。手持式激光掃描儀，通常還會(huì)綜合被動(dòng)式掃描（可見光）獲得的數(shù)據(jù)（如待測(cè)物的結(jié)構(gòu)、色彩分布），建構(gòu)出更完整的待測(cè)物3D模型。

非接觸被動(dòng)式掃描

被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線（如激光），而是以測(cè)量由待測(cè)物表面反射周遭輻射線的方法，達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當(dāng)容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見光為主。但相對(duì)于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下，被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持，這類被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。

PrimeSense技術(shù)

PrimeSense技術(shù)用光源照明給需要測(cè)量的空間編碼。光照在空間物體上形成光斑，這些光斑具有高度的隨機(jī)性，而且會(huì)隨著距離的不同變換圖案。也就是說空間中任意兩處的光斑圖案都是不同的。只要在空間中打上這樣的結(jié)構(gòu)光，整個(gè)空間就都被做了標(biāo)記，把一個(gè)物體放進(jìn)這個(gè)空間，只要看看物體上面的光斑圖案，就可以知道這個(gè)物體在什么位置了。由于PrimeSense技術(shù)使用的是連續(xù)的照明，不需要特制的感光芯片，而只需要普通的CMOS感光芯片，這讓3D掃描儀的成本大大降低。

●3D掃描儀如何得到物體的數(shù)字模型

很多手持式3D掃描儀、桌面3D掃描儀、3D掃描鏡頭采用的是PrimeSense技術(shù)，例如微軟第一代Kinect體感設(shè)備、Artec公司的手持式掃描儀、Matterport的桌面3D掃描儀、Occipital的3D掃描鏡頭。應(yīng)該說PrimeSense的解決方案成為3D掃描大眾化的福音。3D掃描儀如何生成物體的數(shù)字模型呢？拿手持式3D掃描儀來舉個(gè)例子。

手持3D掃描儀繞物體一周。此時(shí)掃描儀獲得物體的空間信息，包括深度（depth）和顏色（color）。深度信息用來確定物體表面每一個(gè)點(diǎn)在空間中的位置，顏色信息用來記錄每一個(gè)點(diǎn)的色彩。

3D掃描儀在不同角度，會(huì)記錄物體的若干幅位置信息。軟件將這些位置信息比對(duì)（align），來獲得整體的位置信息。

軟件融合（fuse）所有的位置信息組合成一個(gè)完整的物體，這時(shí)建模才算完整。

完整的3D數(shù)字模型是由許多的小三角形拼合成物體的表面，因此3D掃描儀能夠獲取和生成的小三角形數(shù)量與掃描精度有直接關(guān)系。三角形數(shù)量越多，掃描精度越高。

位置信息處理完畢，還有表層顏色。這一步軟件將顏色信息附加到數(shù)字模型上，叫做蒙皮（texturize）。

最后，把結(jié)果導(dǎo)出成為3D文件格式，例如STL、OBJ等，可以在Maya、AutoCAD、3DMax等三維建模軟件中編輯，也可以直接用3D打印機(jī)打印出來。

包括手持式3D掃描儀在內(nèi)，當(dāng)前大多數(shù)的消費(fèi)級(jí)3D掃描儀都是實(shí)用的PrimeSense技術(shù)，數(shù)據(jù)采集原理大同小異。

●百花齊放的消費(fèi)級(jí)3D掃描儀

隨著2014年CES展會(huì)的結(jié)束，多家廠商、初創(chuàng)公司推出消費(fèi)級(jí)3D掃描產(chǎn)品，價(jià)格從幾百美元到上千美元不等，大大豐富了3D數(shù)據(jù)模型的來源。新老產(chǎn)品，百花齊放。

3D掃描鏡頭把ipad變成3D掃描儀

初創(chuàng)公司Occipital在CES上展出新品StructureSense3D掃描鏡頭，把iPad變成3D掃描儀，基于PrimeSense技術(shù)。這款產(chǎn)品定價(jià)349美金，已經(jīng)可以網(wǎng)上訂購了。

3DSystems展出了iSense3D掃描鏡頭，與上一款產(chǎn)品有異曲同工之妙。預(yù)計(jì)今年第二季度上市，定價(jià)499美金。

桌面3D掃描儀小體積物品掃描

Matterform3D掃描儀

Matterform桌面3D掃描儀僅有鞋盒大小，定價(jià)579美金，將桌面3D掃描儀變成“買得起的3D掃描儀”。同樣使用了PrimeSense技術(shù)。

MakerBotDigitizer3D掃描儀

MakerBotDigitizer3D掃描儀不是一款新品了，但是也有亮點(diǎn)。原價(jià)1400美金，現(xiàn)在MakerBot公司搞起促銷來，價(jià)格為949美金，這個(gè)降價(jià)幅度可以說是嗨翻全場(chǎng)。

桌面3D掃描儀特點(diǎn)就是有可以自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的掃描平臺(tái)，不會(huì)由于手持出現(xiàn)晃動(dòng)。體積小的物品用桌面3D掃描儀精度足夠合適。

手持式3D掃描儀想說愛你不容易

3DSystems手持式3D掃描儀Sense

3DSystems公司于2013年推出的手持式3D掃描儀Sense，定價(jià)399美金。相比一臺(tái)3DSystemsCube系列3D打印機(jī)來說，價(jià)格不高，但是用3D掃描儀的目的還是3D打印，這個(gè)399美金的幫手身價(jià)不菲。

ArtecEva手持式3D掃描儀

土豪級(jí)手持式3D掃描儀非它莫屬，ArtecEva。在國(guó)內(nèi)3D打印店中經(jīng)常能見到它的身影，定價(jià)13700歐元?？磥硎殖质?D掃描儀，還真是想說愛你不容易。

總結(jié)：2013年是3D打印盛放的一年，從消費(fèi)者到媒體、廠商、服務(wù)商都投入了空前的關(guān)注，而且越來越多的傳統(tǒng)打印廠商也加入到3D打印的行列。2014年，廠商已經(jīng)在3D打印的數(shù)字模型上加速擴(kuò)展，購買版權(quán)模型、建立3D模型庫和社區(qū)，并做收費(fèi)下載。包括3D掃描儀在內(nèi)的3D成像產(chǎn)品走向大眾，無疑會(huì)大大擴(kuò)展3D數(shù)字模型的規(guī)模，甚至帶動(dòng)3D打印行業(yè)的發(fā)展。