La tecnología de escaneo 3D puede parecer mágica para muchos, ya que transforma objetos del mundo real en activos digitales. Esta tecnología se ha vuelto muy accesible hoy en día, con algunos teléfonos inteligentes capaces de usar aplicaciones que pueden realizar escaneos 3D básicos.
Sin embargo, la tecnología de escaneo 3D no es infalible. Existe una técnica adecuada involucrada para asegurarse de que los objetos se escanean con precisión y sin pérdida de detalles. También existen condiciones específicas que dificultan el escaneo 3D. En este artículo, repasaremos los problemas habituales que se encuentran en el escaneo 3D y cómo resolverlos.
Cómo funciona el escaneo 3D
Para abordar mejor los problemas encontrados en el escaneo 3D, primero debemos entender cómo funciona esta tecnología. El objetivo del escaneo 3D es generar un modelo 3D de un objeto del mundo real, ya sea como una nube de puntos o como una serie de superficies teseladas. En general, hay dos formas en que esto se logra con los dispositivos modernos.
- La fotogrametría se refiere al proceso de unir varias imágenes que se superponen entre sí y se toman en diferentes ángulos. Un algoritmo identifica los píxeles que son similares en las diferentes imágenes y los utiliza como puntos de anclaje para unir.
La principal ventaja de la fotogrametría es que se puede hacer con una cámara estándar. A través de esta técnica, ahora es posible escanear en 3D usando solo su teléfono inteligente con la aplicación adecuada. Todavía hay una gran cantidad de procesamiento de datos involucrado en la creación de la imagen compuesta en la fotogrametría, por lo que esto generalmente se realiza mediante servidores basados en la nube.
Existe cierta limitación en la precisión y resolución de la fotogrametría, especialmente si solo está utilizando la cámara de un teléfono inteligente. También debe hacerse en un área con buena iluminación y el objeto no debe tener sombras o superficies demasiado reflectantes. Sin embargo, la fotogrametría se considera una buena técnica de escaneo 3D de nivel básico.
- La mayoría de los escáneres 3D profesionales utilizan un método basado en la luz. Esto implica emitir haces de luz sobre el objeto que se escanea y hacer que se reflejen en sus superficies. Estos rayos luego son recibidos por un sensor. Luego se interpreta el tiempo de vuelo (TOF) de las partículas de luz para inferir la geometría del objeto.
El escaneo de pulsos láser, el escaneo LiDAR y el escaneo de luz azul se consideran técnicas diferentes en la categoría de escaneo basado en luz. Estas técnicas utilizan luz a diferentes frecuencias e intensidades. El escaneo 3D basado en luz generalmente se considera más preciso y más apropiado para capturar detalles muy finos. Sin embargo, aún pueden tener dificultades al escanear superficies menos que ideales. Los escáneres 3D basados en luz son generalmente más caros.
En el pasado, había ensamblajes de escaneo 3D que usaban sensores táctiles para realizar mediciones de cada parte de un objeto. Estos ya no se usan comúnmente hoy en día porque son difíciles de usar y costosos.
La luz juega un papel importante en las tecnologías modernas de escaneo 3D, ya sea que se base en la fotogrametría o en un método puramente basado en la luz como LiDAR. Como veremos más adelante, la interacción de la luz con el objeto que se escanea es también la razón de los desafíos del escaneo 3D.
Problemas comunes encontrados en el escaneo 3D
Escaneo 3D de superficies transparentes, brillantes o negras
El problema más común en el escaneo 3D tiene que ver con el manejo de objetos que tienen superficies transparentes, brillantes o negras. Recuerde que tanto la fotogrametría como los métodos basados en la luz se basan en el fenómeno de la luz que rebota en las superficies del objeto que se escanea. Los problemas surgen cuando la superficie de los objetos refleja demasiada luz, no refleja la luz en absoluto o absorbe toda la luz.
Dado que este es un problema muy común, en realidad hay varias formas de abordarlo. Algunos escáneres 3D láser o de luz estructurada ofrecen la opción de ajustar la intensidad de la fuente de luz para reducir los errores al escanear este tipo de superficies. Esto se puede hacer manualmente en la mayoría de los modelos. También hay modelos que pueden realizar un ajuste automático en tiempo real de la fuente de luz y esto a menudo produce los mejores resultados.
Si el ajuste de exposición no es una opción, otra solución común es tratar la superficie del objeto con un spray de escaneo 3D. Este spray le da a la superficie del objeto una apariencia opaca y texturizada, haciéndolo más adecuado para escanear. El spray de escaneo 3D AESUB es uno de los productos más populares en este mercado. El material en sí desaparece después de unos minutos y no causa ningún daño, incluso para la electrónica.
Escaneo 3D de objetos delgados
Todos los métodos de escaneo 3D tienen limitaciones en cuanto al nivel de detalle que pueden capturar. Esto puede ser problemático cuando el objeto que está escaneando tiene detalles muy pequeños. Lo que es aún más problemático es si su objeto tiene partes demasiado delgadas para ser detectadas por el escáner.
En algunos casos, los bordes delgados se pueden detectar pero no se escanean correctamente. Esto se debe principalmente a que el reflejo de la luz tiende a volverse menos predecible en bordes muy delgados. Esto puede resultar en piezas distorsionadas o con muchos agujeros.
Cuando esto sucede, puede intentar ajustar los parámetros de escaneo 3D, como la distancia del escáner al objeto, o realizar escaneos repetidos. Sin embargo, hay casos en los que los errores son inevitables. En tal situación, la mejor solución es reconstruir las características que faltan utilizando un software de modelado 3D. Este problema enfatiza la importancia de conocer el modelado 3D básico en caso de que comience a escanear en 3D.
Escaneo 3D de objetos con agujeros y cavidades
Otra limitación del escaneo 3D es que solo captura las características a las que se puede llegar con la luz. Esto puede ser problemático si intenta escanear un objeto que tiene muchos detalles internos, como cavidades. Los agujeros en la superficie del objeto también pueden ser problemáticos y pueden ser difíciles de interpretar para el algoritmo de escaneo 3D.
Desafortunadamente, esta es una limitación natural de la tecnología y solo puede resolverse usando tecnología que sea más apropiada para la situación. Los dispositivos de tomografía computarizada (TC) que utilizan rayos X pueden ser buenas alternativas para el escaneo 3D de objetos con una cavidad interna. Estos son menos comunes y pueden ser más difíciles de acceder.
Desalineación durante el escaneo 3D
El algoritmo de los escáneres 3D designa automáticamente marcadores físicos en el objeto como referencias para unir imágenes superpuestas. Esto se hace generalmente en función de la geometría o el color de los marcadores. Sin embargo, este no es un proceso perfecto. Cuando los marcadores físicos no están alineados correctamente, el modelo generado tiende a tener características desalineadas.
La desalineación suele ocurrir cuando no hay suficientes marcadores físicos entre dos imágenes que se unen para permitir una alineación perfecta. Esto puede deberse a que el objeto gira demasiado rápido oa alguna geometría inusual en el objeto. De cualquier manera, este es un problema temporal y se resuelve fácilmente.
Lo mejor que se puede hacer en esta situación es reposicionar el objeto de manera que permita que el escáner 3D vea los marcadores adquiridos previamente. Solo hacer esto suele ser suficiente para resolver problemas de alineación. También puede optar por eliminar individualmente las capas desalineadas y escanear esas partes nuevamente. Volver a escanear lentamente y con mejor iluminación puede producir mejores resultados.
Puntos perdidos durante el escaneo 3D
En realidad, es raro obtener un modelo sin errores de cualquier objeto con un solo paso de escaneo 3D. Es probable que termine con agujeros, secciones faltantes, artefactos externos y capas desalineadas. Estos son problemas que se pueden resolver haciendo múltiples pases de escaneo. Si aún persisten, es posible que haya algún problema con la configuración.
Algunos software de escaneo 3D pueden mostrar un aviso que dice que se están generando muy pocos puntos a partir del escaneo. En el modelo, esto se manifestará como secciones faltantes, quizás ampliamente distribuidas por la superficie del modelo. Cuando los errores están en todo el modelo y no están aislados en una sola parte, podría ser una señal de que el escáner está demasiado lejos del objeto.
Asegúrese de mantener el escáner dentro de la distancia prescrita por el fabricante. También es una buena idea mantener el escáner apuntando a un área que ya ha sido escaneada para ayudar a restablecer los marcadores físicos. Algunos escáneres tienen una cámara de profundidad que muestra cuánto del objeto puede ver en un punto dado.
Saber que estos errores pueden surgir en el escaneo 3D significa que debe estar mejor preparado cuando surjan. En la mayoría de los casos, una lata de spray para escaneo 3D debería ayudar, al igual que un conocimiento básico de modelado 3D y edición de mallas.
Para ir finalizando
Ya sea que lo haga con un teléfono inteligente o con un escáner 3D comercial, hacer modelos 3D basados en objetos físicos reales es muy divertido. También hay muchas oportunidades comerciales e industriales para esta tecnología, especialmente si sabe cómo funciona y cómo solucionar los problemas inevitables. El escaneo 3D no es magia, es solo una nueva tecnología. Como con cualquier tecnología, las cosas pueden salir mal a veces.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.