Scansione 3D: tutte le problematiche che si possono incontrare e i trucchi per risolverle

Problemi di scansione 3D e soluzioni veloci di V-GER

La scansione 3D è una tecnica ormai largamente diffusa in quasi tutti i settori industriali e artigianali, ma anche nell’arte, nell’architettura e nel settore medicale.

Il merito di questa larga diffusione risiede nel fatto che gli scanner 3D sono strumenti sempre più facili da utilizzare anche per utenti non esperti.

Inoltre, le tecnologie di scansione 3D permettono di velocizzare la maggior parte delle attività produttive e rendono possibili lavorazioni o interventi prima impensabili.

Ciò nonostante, possono sempre verificarsi alcuni problemi in fase di scansione 3D, che però possono essere superate con facili accorgimenti.

In questo articolo vogliamo esaminare le varie difficoltà che possono insorgere durante una sessione di scansione 3D e svelare i trucchi e le tecniche per risolverle, rendendo possibile la scansione 3D per ogni tipo di applicazione.

 

Come effettuare una scansione 3D in ogni situazione

Se ti sei mai cimentato con una scansione 3D mediante scanner 3D ottici, sicuramente ti sarai trovato di fronte ad alcuni interrogativi tra i quali:

  1. Come scansionare superfici lucide o nere?
  2. Come scansionare cavità?
  3. Come scansionare oggetti sottili come lamine?
  4. Come comportarsi in caso di perdita di allineamento sia con markers che senza markers?
  5. Come escludere alcune zone della scena dalla scansione 3D?
  6. Come allineare automaticamente o manualmente due scansioni 3D di parti diverse di uno stesso pezzo?

 

In tutte queste situazioni è ancora possibile effettuare una scansione 3D di qualità ma con dovuti accorgimenti, tecniche e strumenti. Analizziamo ogni punto singolarmente.

 

1. La scansione 3D di superfici lucide o nere

In presenza di superfici lucide o nere o lucide e nere, la maggior parte degli scanner 3D ottici incontrano difficoltà nel rilevare correttamente la geometria 3D, poiché la luce viene riflessa eccessivamente dalle superfici o del tutto assorbita.

Ciò che può verificarsi quindi è una mancata acquisizione o una acquisizione parziale degli oggetti.

Per superare questa difficoltà possono essere innanzitutto utilizzati scanner 3D professionali e avanzati, che permettano la regolazione manuale e/o automatica di alcuni parametri ottici di scansione 3D come il tempo di esposizione (lo shutter).

Esistono sia scanner 3D laser (MetraSCAN 3D e HandySCAN 3D – link) che a luce strutturata (Go!SAN 3D e EinScan Pro 2X Plus – link) che consentono questa regolazione, anche se i laser scanner 3D sono generalmente i più adatti in caso di superfici con caratteristiche ottiche diverse.

Scansione 3D di superfici lucide di V-GER

Scansione 3D di un cellulare nero lucido

Alcuni scanner 3D sono in grado di autoregolare lo shutter in tempo reale a seconda della superficie da scansionare; altri consentono la regolazione manuale, che in tal caso dovrà attestarsi su valori bassi per superfici chiare e alti per superfici scure.
Se in un oggetto sono presenti contemporaneamente superfici chiare e scure lo shutter automatico è la migliore soluzione.

In quei casi in cui lo scanner 3D non sia dotato di parametri ottici regolabili, o qualora anche regolando i parametri non si riesca a acquisire la superficie, sarà possibile effettuare la scansione 3D mediante opacizzazione con speciali polveri.

 

2. La scansione 3D di oggetti con cavità

Nel caso in cui gli oggetti da scansionare presentino fori e cavità, non sarà sempre possibile effettuare la scansione 3D anche delle cavità stesse, poiché normalmente risultano scansionabili solo le superfici che la luce laser o strutturata dello scanner 3D riesce a raggiungere.

Per scansionare cavità totalmente interne agli oggetti la scansione 3D può essere sostituita con la tomografia computerizzata, se invece le cavità hanno uno sbocco sulla superficie esterna si può tentare di scansionarle fino dove la luce arriva.

Alcuni scanner laser 3D, come ad esempio HandySCAN 700 di Creaform (link), sono dotati di una speciale lama laser in grado di andare più in profondità nelle cavità e tramite la quale è possibile anche l’acquisizione di alcuni fori stretti.

 

3. La scansione 3D di oggetti sottili

Scansione 3D di oggetti sottili

Scansione 3D di una lamina sottile con HandySCAN 700

Nel caso di oggetti sottili come lamine, la difficoltà di scansione risiede nel fatto che attorno ai bordi della parete sottile la scansione 3D può venire molto rumorosa o addirittura i bordi potrebbero non essere acquisiti affatto. Ciò a causa del fatto che attorno a un bordo molto sottile la luce riflette in maniera imprevedibile, dando luogo a cluster, buchi e errori.

In questo caso l’aggiustamento dei parametri ottici di scansione e la possibilità di utilizzare un laser scanner 3D possono permettere di ovviare a questo inconveniente o perlomeno di limitarlo.
In generale possiamo dire che più il laser scanner 3D è professionale e metrologico, e più la scansione 3D di oggetti sottili può avvenire con successo.

Comunque, anche in caso di errori o cluster in vicinanza dei bordi, la geometria esatta della lamina può sempre essere ricostruita grazie ai più performanti software di modellazione 3D e mesh editing, abbinabili a qualsiasi scanner 3D.

 

4. Come comportarsi in caso di perdita di allineamento durante una scansione 3D

Se si utilizzano scanner 3D portatili o anche da tavolo automatici, la scansione 3D avviene in tempo reale attraverso l’allineamento automatico di ciascun frame di scansione sul precedente, mediante markers fisici, oppure mediante caratteristiche geometriche o di colore.

Nel caso in cui durante la scansione 3D venga perso momentaneamente l’allineamento in tempo reale, lo scanner 3D o non acquisirà più dati 3D, oppure li allineerà in maniera erronea.

In entrambi i casi esiste una soluzione efficace per ovviare al problema.

Nel caso di perdita di allineamento temporanea in presenza di markers, basterà riposizionare lo scanner 3D in modo che acquisisca nuovamente un certo numero di markers già acquisiti in precedenza. In tal caso l’allineamento verrà ripristinato e la scansione 3D potrà continuare senza problemi. In genere, per non perdere l’allineamento è necessario posizionare i markers in modo che ci siano sempre almeno 4 markers in comune tra un frame di scansione 3D e il successivo.

Nel caso di perdita di allineamento in assenza di markers, bisogna riposizionare lo scanner 3D su una geometria precedentemente acquisita, in modo che questa possa essere riconosciuta e l’allineamento ripristinato. Se ciò non riuscisse in maniera automatica, in alcuni scanner 3D è possibile selezionare una opzione “resume” tramite la quale può essere selezionato il frame dal quale ripartire per rigenerare l’allineamento.

In genere, per non perdere l’allineamento in assenza di markers, è necessario muovere lo scanner 3D in modo che ci sia sempre una sufficiente area di sovrapposizione tra un frame di scansione 3D e il successivo.

In ogni caso, se durante la perdita di allineamento fossero registrati dei frame disallineati o errati, con la maggior parte degli scanner 3D è possibile selezionarli e cancellarli, in modo che la scansione 3D continui senza problemi.

 

5. La scansione 3D escludendo alcune zone della scena

Nel caso in cui si voglia escludere una parte della scena dalla scansione 3D, come ad esempio quando si voglia eliminare il tavolo sul quale un oggetto è appoggiato, alcuni scanner 3D e alcuni software 3D permettono di farlo in maniera automatica definendo dei piani di lavoro che delimitino la regione di spazio che si vuole scansionare. Questi piani si chiamano generalmente “clipping planes” e sono molto utili per isolare gli oggetti che si vogliono visualizzare all’interno della scansione 3D.

Utilizzo clipping planes di V-GER

Utilizzo dei clipping planes

6. L’allineamento di scansioni 3D diverse di uno stesso oggetto

In alcune situazioni può essere utile scansionare un medesimo oggetto da due prospettive diverse e poi unire le due scansioni 3D a formare un unico modello 3D. In questo caso l’allineamento può essere fatto o mediante target o attraverso le caratteristiche geometriche.

Questa operazione richiede l’utilizzo di software per la registrazione di mesh e può essere effettuata selezionando eventuali target in comune sulle due parti dell’oggetto, oppure parti a geometria sovrapponibile e operando l’allineamento mediante algoritmi di best fit.

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