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¿Qué es el escaneo 3D?
El escaneo 3D es el proceso de convertir un objeto 3D en un modelo 3D. Esta técnica captura información como la forma, la textura, el color y otros detalles del objeto que se escanea. Un escáner 3D recopila información sobre el objeto que se escanea, así como el entorno (por ejemplo, la habitación) en el que se encuentra el objeto. Además de los objetos, también se puede escanear una persona en 3D.
Los escáneres 3D esencialmente crean la copia digital de un objeto del mundo real. Esta copia digital o archivo 3D se puede editar e imprimir en 3D según los requisitos del usuario. Los archivos de escáner 3D generalmente son compatibles con el software CAD y el software de corte de impresión 3D. A veces, pueden ser necesarios ciertos ajustes en el software CAD para que el archivo del escáner 3D sea compatible.
Un solo escaneo no es suficiente para recrear un modelo completo del objeto que se escanea. Normalmente, se necesitan cientos de escaneos para capturar toda la información desde varios lados y ángulos. Luego, todos estos escaneos deben integrarse a través de un sistema de referencia común conocido como alineación. Finalmente, los escaneos individuales se fusionan para recrear el modelo final. Todo este proceso de reunir los escaneos individuales y fusionarlos se conoce como proceso de escaneo 3D.
Importancia del escaneo 3D
El escaneo 3D es una tecnología importante no sólo para recrear objetos o diseñar modelos para impresión 3D, sino también para muchas otras aplicaciones. El escaneo 3D puede preservar el arte antiguo y protegerlo del daño causado por las guerras. También puede ser de gran valor en áreas como la atención médica, donde se puede reconstruir un cráneo fracturado utilizando modelos escaneados en 3D o se pueden fabricar prótesis a medida.
Incluso las películas animadas y los efectos especiales se crean con escaneo 3D. Las industrias automotriz y aeronáutica utilizan el escaneo 3D para crear modelos y diseños. El escaneo 3D acerca el mundo real y el mundo digital y reduce la frontera entre ambos.
El sector inmobiliario y el turismo son otras áreas interesantes de aplicación del escaneo 3D. Los edificios se pueden escanear y mostrar a los clientes de forma remota como parte de un recorrido virtual. También se puede escanear y recrear una zona turística en forma de realidad virtual.
Actualmente se encuentran disponibles varias tecnologías de escaneo 3D. Cada tecnología tiene sus propias ventajas y desventajas. Dependiendo del tipo de objeto (o persona) que se escanea y del tipo de entorno en el que se coloca el objeto, se utiliza la tecnología de escaneo 3D adecuada.
Tipos de tecnologías de escaneo 3D
Hay 4 tipos de tecnologías que prevalecen en el escaneo 3D. Las dos primeras son las más comunes, mientras que la tercera y cuarta técnicas se utilizan en casos específicos.
1. Fotogrametría
Esta tecnología es bastante simple. Se trata de unir fotografías de un objeto tomadas desde diferentes ángulos. Las fotografías se toman con una cámara o incluso con su teléfono inteligente, mientras que la unión de esas fotografías se realiza mediante un software especial. El software identifica los píxeles que corresponden al mismo punto físico y reúne las imágenes en consecuencia.
El usuario debe introducir parámetros como la distancia focal de la lente y su distorsión en el software para crear un modelo preciso. La fotogrametría es tan sencilla que puedes coger tu teléfono ahora mismo y empezar a tomar fotografías. Luego puedes introducir esas imágenes en aplicaciones como Trimensional y Trnio para obtener un modelo digital 3D.
La gran ventaja de utilizar la fotogrametría es su nivel de precisión y la velocidad con la que se adquieren los datos de un objeto. La desventaja de esta técnica es el tiempo que lleva ejecutar los datos de la imagen a través del software y la sensibilidad del resultado final a la resolución de las fotografías. Es necesario tener una buena cámara con alta resolución y DPI para obtener un buen resultado final.
2. Escaneo basado en luz
Este método proyecta luz sobre un objeto del mundo real y luego mide ciertas métricas para recrear el objeto en forma digital. Hay dos tipos de tecnologías de escaneo con luz que se pueden utilizar para el escaneo 3D.
El primer método de escaneo basado en luz implica proyectar patrones sobre el sujeto. La superficie variable del sujeto deforma el patrón que se proyectó sobre él. El escáner de luz que proyecta el patrón mide estas deformaciones y recrea en consecuencia un modelo 3D.
El segundo método de escaneo basado en luz implica la proyección de láseres sobre el sujeto. El láser se desvía en diferentes ángulos en diferentes lugares dependiendo de la superficie del sujeto. El escáner de luz mide estos ángulos de desviación y los convierte en coordenadas del modelo 3D. Al final, se crea una malla 3D del objeto.
La tecnología de escaneo láser es el método de escaneo basado en luz más utilizado en el escaneo 3D. Ahora es tan fácil utilizar la tecnología de escaneo láser que simplemente puede montar un escáner en su iPad o teléfono inteligente y comenzar a escanear su sala de estar o cualquier objeto.
3. Escaneo de contactos
Este método de escaneo implica el contacto físico de una sonda con la superficie del objeto que se escanea. Primero, el objeto se sujeta firmemente en su lugar para que no se mueva. Luego, la sonda táctil se mueve por todo el objeto para recopilar los detalles del objeto y toda la información 3D necesaria para crear un archivo digital.
Es necesario muestrear suficientes puntos de la superficie para crear un modelo preciso. A veces, se utiliza un brazo articulado para controlar la sonda táctil y capturar múltiples ángulos/configuraciones con un alto nivel de precisión.
Dado que el escaneo por contacto implica un contacto físico real con la superficie del objeto que se escanea, incluso las superficies transparentes y reflectantes se pueden escanear con precisión utilizando este método. Este es el principal beneficio de esta técnica sobre otras tecnologías de escaneo, que como se señaló anteriormente, son incapaces de escanear dichas superficies.
La desventaja del escaneo 3D por contacto es su baja velocidad. Pasar la sonda táctil por todas las secciones de un objeto para recopilar toda la información 3D lleva tiempo.
El escaneo 3D de contacto se utiliza de manera interesante para realizar controles de calidad en la fabricación industrial. Las piezas recién fabricadas se pueden comprobar mediante escaneo por contacto para detectar posibles deformaciones o daños.
4. Escaneo de pulso láser
Esta técnica es similar a SONAR, de la que quizás hayas oído hablar. Un escáner de luz proyecta un rayo láser sobre la superficie del objeto que se escanea. Luego, el láser se refleja y regresa a un sensor. El tiempo entre la proyección y la reflexión se mide e interpreta como información geométrica.
Básicamente, la distancia entre el escáner y el objeto se calcula porque la velocidad de la luz (láser) es la variable conocida aquí. Los niveles de precisión de este método son bastante altos porque se proyectan y reciben millones de pulsos láser en un corto período de tiempo. Un espejo, que generalmente está instalado en el escáner láser, permite que los rayos láser cambien de orientación para cubrir todos los puntos de la superficie de un objeto.
Una subcategoría del escáner de pulso láser 3D es el escáner láser de cambio de fase. Es capaz de modular la potencia de los rayos láser que se proyectan sobre el objeto. La modulación da como resultado un mayor nivel de rendimiento en comparación con un escáner de pulso láser puro.
La situación más ideal para utilizar escáneres de pulso láser es cuando es necesario escanear un objeto grande o cuando el entorno en el que se encuentra el objeto es espacioso. La desventaja de los escáneres láser de pulso es que el proceso de escaneo es bastante lento, ya que millones de rayos láser deben incidir en millones de puntos de la superficie del objeto.
Algunos consejos para el escaneo 3D
Evite superficies transparentes y reflectantes.
Las superficies transparentes crean problemas, especialmente si se utilizan fotogrametría o métodos de escaneo basados en luz. Dado que la fotogrametría implica capturar imágenes de un objeto, una superficie transparente llevaría a la cámara a capturar lo que es visible detrás del vidrio o de la superficie transparente. La superficie del objeto es entonces interpretada erróneamente por el software de costura. Si está escaneando a una persona que usa anteojos, puede ser una buena idea pedirle que se los quite.
Los escáneres de luz también se ven afectados por las superficies reflectantes. Las superficies translúcidas y reflectantes no reflejan el láser de la misma manera que lo haría una superficie normal. La luz y los ángulos de desviación que debe capturar el escáner simplemente no se registran porque la luz no regresa. Básicamente, no se capturan datos. El escaneo 3D funciona mejor en superficies opacas y no reflectantes.
Se recomienda el uso de la técnica de escaneo por contacto 3D para superficies transparentes y reflectantes.
Calidad de la iluminación
La calidad de la iluminación es un factor importante en el escaneo 3D. Muy poca luz provocará sombras e imágenes de mala calidad si se utiliza el método de escaneo de fotogrametría. Una iluminación demasiado brillante provocará un ruido excesivo en el software que procesa los datos láser del escaneo basado en luz. Por lo tanto, no es deseable estar en los extremos del espectro de luz.
Es necesario intentar utilizar la luz natural tanto como sea posible al escanear en 3D. Un día nublado con una penetración de luz ligeramente superior a la media es perfecto cuando se utiliza fotogrametría o escaneo basado en luz. El clima nublado iguala la luz al tiempo que reduce el exceso de ruido y crea las condiciones ideales para una sesión de escaneo.
¡Evita tu propia sombra!
Es posible que haya configurado la iluminación perfecta y tenga su cámara lista para capturar imágenes. Puede colocar el objeto a escanear en una plataforma giratoria o caminar alrededor del objeto y capturar todos los ángulos. Cualquiera que sea la opción que elija, asegúrese de que su sombra no caiga sobre el objeto que se escanea.
Utilice un movimiento ondulatorio con escaneo láser
Si utiliza un escáner láser portátil, es útil mover el escáner en forma de onda hacia arriba y hacia abajo. Al mover el escáner hacia arriba y hacia abajo, se varía el espectro de luz y la reflexión posterior. La captura de un espectro más amplio de reflexión le brinda datos de mejor calidad con mayores niveles de detalle.
Debe mover el escáner de manera lenta y constante para obtener los mejores resultados.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro para la seguridad contra incendios.