3D掃描的主要用途是生成物體表面的幾何點雲（point cloud），這些點雲可以透過插值來重建物體的表面形狀。點雲越密集，所生成的模型就越精準，這個過程稱為3D重建。
- 好物推薦：專業高精度3D掃描服務
3D掃描
3D掃描是一個將物體或環境的物理表面轉換為數位模型的過程，掃描設備與照相機類似，兩者的視線範圍都是圓錐狀，並且都在一定範圍內收集信息，類似於人眼的原理來模擬立體視覺。例如，結構光掃描和光學三角測量技術都依賴於兩個或多個鏡頭來模擬人眼的雙目視覺。這些設備透過在物體表面投射光線（如條紋或網格），並利用攝影機捕捉這些圖案的變形，來計算物體的3D形狀。這種技術能夠高效且精準地生成物體的數位3D模型。
3D掃描有以下幾種
- 雷射光掃描：使用雷射光測量物體表面的距離和形狀。
- 結構光掃描：投射光線圖案到物體上，透過捕捉圖案的變形來測量物體形狀。
- 攝影測量法：利用多張照片來重建物體的3D形狀。
- CT掃描：使用X射線創建物體的3D模型，在非破壞情況下檢測內部結構。
雷射掃描與結構光掃描差別
雷射掃描器更適合於精細、反光或深色物體的掃描，而結構光掃描器則更適合於對表面細節要求高的場景，如臉部或中型物體。結構光掃描通常更快，能捕捉到更高的分辨率和精度，但對環境光線較為敏感。雷射掃描則在不同光線條件下都能提供穩定的精度。
- 好物推薦：德國蔡司 ZEISS T-Scan Hawk 2手持掃描設備
（圖：德國蔡司 ZEISS T-SCAN hawk 2）
3D掃描流程
準備階段
- 物體準備：確保待掃描物體表面清潔，無灰塵或反光物質，若有物件顏色過深或高光情況將視情況噴粉增加效率。依情況在物體表面貼上標記點，以幫助掃描和對齊。
數據採集
- 設定掃描參數：根據物體大小、複雜度和所需精度，調整掃描儀的參數，如分辨率和掃描範圍。
- 掃描過程：使用掃描儀捕捉物體的多角度數據。為了獲得完整的3D模型，可能需要多次掃描並變換掃描設備和物體的相對位置。
- 深度圖像生成：每次掃描會生成一個深度影像或距離影像，這些影像包含物體表面的距離數據。
（圖：3D掃描雷射光與標籤點）
點雲處理
- 點雲生成：將多次掃描的深度數據轉換為點雲，每個點代表物體表面的一個位置。
- 點雲對位：使用配準算法將多個點雲片段精確對齊，合成完整的3D模型。這一步通常使用影像配準（image registration）技術。
（圖：點雲資料）
三角網格化
- 表面重建：從點雲數據生成網格模型（STL.)，該模型代表物體的表面形狀。
- 材質貼圖（如果需要）：如果掃描器捕捉到了顏色數據，可以將這些顏色信息映射到網格模型上，生成帶有材質的3D模型，常見應用如文物典藏、藝術品數位化。
模型優化
- 去噪和修補：清理點雲或網格模型中的噪音和孔洞，進行平滑處理。
- 細節增強：根據需要進行細節增強，以提高模型的精度和真實感。
輸出
- 文件輸出：將處理完成的3D模型以適當的文件格式（如STL、OBJ或PLY）導出，用於不同的應用，如3D列印、虛擬現實、逆向工程等。
3D掃描應用
製造與工程
- 品質檢測：3D掃描器能夠快速測量物體的形狀和尺寸，檢查製造零件的品質是否符合設計標準，從而進行即時的品質控制。
- 逆向工程：對已有的實體物件進行掃描，生成其3D模型，用於設計改進、重新製造或替換無CAD數據的舊零件。
- 產品開發：在產品設計初期，用於快速製作原型和進行測試，以縮短產品開發週期。
（圖：CAV檢測報告）
醫療
- 假肢與植入物：利用3D掃描技術創建精確的數位模型，製作完全符合患者身體的定制假肢、牙科裝置和植入物。
- 手術規劃與模擬：為外科醫生提供精確的患者解剖結構3D模型，用於手術計劃和模擬，提高手術的安全性和精度。
娛樂業
- 電影特效：用於掃描演員和物件，創建精準的數位化角色和場景，實現逼真的電影特效和動畫。
- 遊戲開發：掃描物理物體或人類，創建遊戲中的虛擬角色和物件，提升遊戲的逼真度和沉浸感。
- 虛擬現實（VR）和增強現實（AR）：創建現實世界的數位化模型，用於沉浸式體驗和互動內容的開發。
文化遺產保護
- 文物數位化：對脆弱或無法觸碰的文物進行掃描，保存其精確的3D模型，用於研究、展示和長期保存。
- 歷史建築重建：掃描並重建歷史建築或遺址，保留其數位記錄並支持修復和復原工作。
建築與建設
- 現場測量和建模：用於捕捉現有建築物或施工現場的精準3D數據，支持設計、重建和翻新工作。
- 虛擬建築檢查：在施工過程中進行虛擬檢查和測量，減少現場測量誤差，提高建築效率。
消費電子
- 電子產品：掃描人體特徵製作適合個人體型的電子產品如耳機、手機保護殼等。
3D掃描不僅用於數位重建，更深層地應用於產品製造驗證。透過高精度掃描，可以檢查零件是否符合設計規範，確保其尺寸、形狀和功能的精確性，並檢測因製造過程中的物理因素引起的微小變形。這些數據能支援工程改進、品質保證，並在生產過程中進行精密控制，從而提高製造效率，減少產品缺陷，並促進整體生產品質的提升。
