什么是3D掃描儀？

三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構造)與外觀資料(如顏色、表面反照率等性質)。搜集到的資料常被用來進行三維重建計算，在虛擬世界中建立實際物體的數(shù)位模型。這些模型具有相當廣泛的用途，舉凡工業(yè)設計、瑕疵檢測、逆向工程、機器人導引、地貌測量、醫(yī)學資訊、生物資訊、刑事鑒定、數(shù)位文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應用。

三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術，各種不同的重建技術都有其優(yōu)缺點，成本與售價也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學技術不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而雷射技術不適用于脆弱或易變質的表面。

三維掃描儀可模擬為照相機，它們的視線范圍都體現(xiàn)圓錐狀，信息的搜集皆限定在一定的范圍內。兩者不同之處在于相機所抓取的是顏色信息，而三維掃描儀測量的是距離。由于測得的結果含有深度信息，因此常稱之。

3D掃描儀分類

三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種，后者又可分為主動掃描(active)與被動掃描(passive)，這些分類下又細分出眾多不同的技術方法。使用可見光影像達成重建的方法，又稱做基于機器視覺(vision-based)的方式，是今日機器視覺研究主流之一。

接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過實際觸碰物體表面的方式計算深度，如座標測量機(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當精確，常被用于工程制造產業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價值物件如古文物、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的時間，現(xiàn)今最快的座標測量機每秒能完成數(shù)百次測量，而光學技術如雷射掃描儀運作頻率則高達每秒一萬至五百萬次。

非接觸被動式掃描：被動式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如雷射)，而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線的方法，達到預期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測環(huán)境的可見光為主。但相對于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應用于這項用途的。因為大部分情況下，被動式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援，這類被動式產品往往相當便宜。非接觸被動式掃描包括：立體視覺法(Stereoscopic)、色度成形法(Shape from Shading)、立體光學法(Photometric Stereo)和輪廓法等。

非接觸主動式掃描：主動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算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光，其中代表技術激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由于激光會對生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應用于某些特定領域。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。非接觸主動式掃描包括：時差測距(Time-of-Flight)、三角測距(Triangulation)、手持雷射(Handhold Laser)、結構光源(Structured Lighting)和調變光(Modulated Lighting)等等。

3D掃描與3D打印結合

三維立體打印屬于一種快速成型(Rapid prototyping)技術，是一種由CAD數(shù)據(jù)(3D掃描數(shù)據(jù))通過成型設備以材料累加的方式制成實物模型的技術。這一成型過程不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀。它可以自動、快速、直接和精確地將計算機中的設計轉化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效的縮短產品研發(fā)周期、提高產品質量并縮減生產成本。