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2020-02-27 【3D掃描知識】3D掃描大剖析：5種技術比較懶人包！
【3D掃描知識】3D掃描大剖析：5種技術比較懶人包！
3D掃描是一種「逆向工程」，藉由透過光照或接觸方式為實體物件運算出立體圖檔，可以數位化保存、編輯或直接用於3D列印生產。目前市面上有多種3D掃描技術，從小型的工具零件、中型的人體四肢或大型的汽車到地景環境，各有不同應用範圍，以下就簡單說明帶大家一起來了解！
基礎概念
在進行3D掃描的過程中，3D掃描器可以逐步建立出目標物的數位圖像，且掃描結果通常會與CAD設計軟體以及3D列印程式具有相容性，以便直接修改或產出3D列印實體。
應用類別
近代的3D掃描器廣泛用於汽車製造、航太、牙科、文物保存或遊戲人物…等，其中影視特效及VR虛擬場景更是蓬勃發展。根據3D掃描技術依賴於不同的建構原理，主要可分為接觸式與非接觸式3D掃描：
一、非接觸式掃描
．時差測距（Time Of Flight）
「時差測距」或稱為「飛時測距」，主要使用雷射光探測目標物，再透過雷射光的往返時間換算出物件的表面成像。由於每發雷射訊號只能測量一個端點，因此通常配有旋轉鏡，以便能360度掃描物體。
特點與限制：「時差測距」每秒約可量測10,000到100,000個目標點，主要用於大型工業物體和場域、精度較高，但相對其他3D掃描技術的速度也較緩慢。
．三角測距（Laser Triangulation）
「三角測距法」顧名思義是指物體上的雷射光點、感測器與雷射器構成一個三角形，利用雷射光發射到待測物體上，並透過感測器紀錄雷射光點的反射時間及偏離角度，並以此運算出物體的造型。
特點與限制：「三角測距法」是具有較高分辨率和準確性的3D掃描技術，然而它對掃描物體的表面特性相對敏感，不適用於表面高反光或透明的物體。
．攝影測量法（Photometric Stereo）
攝影測量（或「立體光學」）的原理是分析從不同角度拍攝的靜態照片，並自動檢測相互對應的像素，由於資訊量龐大，需要透過高功率電腦進行運算。
特點與限制：攝影測量技術非常適合用於地表模型或空拍攝影…等大型場域，缺點之一則是對於細節的分辨率較低以及成型運算所需的時間久。
．結構光3D掃描（Structured Lighting）
將線性圖案（或稱「光柵」）投影到待測物上，並透過光柵邊緣的形變演算物體的表面造型，而光源通常為LED白光或藍光，因此廣泛用於人體或面部成像。有些3D掃描器還能讀取彩色效果，這種全彩掃描輔助工具常稱為「紋理相機」；由於能一次測量多點或大片區域，常分為固定式360度掃描或手持式快速掃描兩種方法。（延伸閱讀：EinScan Pro 2X+大考驗！保險桿建模只要3分鐘！）
特點與限制：結構光3D掃描能在速度及成像品質間取得平衡，手持式掃描也相對簡單，是較普遍的應用技術；然而這項技術對環境光的影響較為敏感，因此更適合用於室內，戶外環境中則建議在沒有大陽光的陰天進行掃描。（延伸閱讀：逆向工程實測，怪獸與牠們的模型！）
二、接觸式掃描
．「接觸式3D掃描」（Contact Based）
透過物理方式探測對象物，使用探針在表面上移動到各個端點以計算出3D成像，可以想像成是用筆描繪出立體結構的計算方式。
特點與限制：由於接觸式3D掃描有較高的準確度且幾乎不受物體表面的光照影響，然而速度方面僅適用於中小型物體，因受限於物理接觸而不適合脆弱的古文物或藝術品。
重點歸納
（以1~5做為相對指標，1為數值最小、5為數值最大。）
．時差測距：透過雷射光點在發射和接收的往返時間差描繪物體的幾何數據。
．三角測距：將雷射光投射到物體表面，並測量雷射角度的數據以換算3D圖面。
．攝影測量法：利用電腦和視覺圖像從大量2D重疊像素中以3D方式重建圖像。
．結構光：依據光柵照射物體所產生的形變，以建構3D掃描成像，通常為LED光源。
．接觸式掃描：依賴對實體進行物理方式的多點採樣，並使用探針的接觸軌跡來建立圖像。
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參考資料1
參考資料2
參考資料3