3Dスキャンの説明: 開発者が実行できる5つの重要なステップ

この投稿は、Arsenal Ball Boy によって 2016-5-10 12:01 に最後に編集されました。

DLP テクノロジーに基づく製品とソリューションを開発し、TI DLP® Design Company Network のメンバーでもある Optecks の CTO、Hakki Refai 氏による記事です。

今日の世界では、オブジェクトとデータの 3D モデルは表現手段として人気があり、製造、データ視覚化、医療、エンターテイメントの分野で広く使用されています。しかし、これらのモデルはどこから来るのでしょうか?一般的なソースの 1 つは、仮想の材料ブロックを切り取って結合することで 3D オブジェクトを作成する高度なコンピュータ支援設計 (ACAD) ソフトウェアです。 DLP テクノロジーによって簡単かつ便利になるもう 1 つの一般的なソースは、3D スキャナーです。 3D スキャナーは、1 つ以上のセンサーと追加のコンポーネントを使用して、オブジェクトの表面に関する情報を記録して保存します。この情報には、空間位置、テクスチャ、反射率、透過率、場合によっては表面の色などが含まれます。高品質のスキャナーは、高解像度と低侵襲性でさまざまなオブジェクトの正確な測定を迅速に提供でき、使いやすく、コスト効率が非常に優れています。 DLP 技術を使用することで、高品質のスキャナーを実現できます。

では、3D スキャンは具体的にどのように行われるのでしょうか?以下に、従うべき 5 つの基本的な手順を示します。

1. 取得: オブジェクトのプロパティはセンサーやその他のコンポーネントによって測定され、測定値は後で処理するために保存されます。取得プロセスは通常、関連するすべての詳細が確実に取得されるように、さまざまな角度から複数の段階で実行されます。
2. 登録: さまざまな取得フェーズからのデータセットは、一貫した参照フレーム内で参照および調整され、測定セット間の関係を確立します。これにより、測定をまとまりのあるモデルに統合するのに役立ちます。
3. 一般化: 取得フェーズでは、連続した表面上のすべての点を測定することは現実的ではないため、測定データは離散的または非連続的になります。連続面をモデル化するために、測定値を正しく解釈し、データポイント間の面を補間または埋めるためのいくつかのアルゴリズムが開発されています。
4. 融合: 複数のステージからの測定値が 1 つのオブジェクトに結合されます。このステップは、一般化プロセスの前または後に実行できます。正確なモデルを作成するには、手順 3、4、5 を数回繰り返す必要があります。
5. 最適化: 対象アプリケーションで最適に使用するために、モデルを再フォーマットできます。

単位面積あたりの測定値（つまり、サンプリング密度）が多数あり、迅速に取得できる場合、3D スキャンプロセスを非常に効率的に実行できます。この目標を達成するために、Kinect などのアクティブな三角測量がよく使用されます。方向と位置がわかっている光源は、パターンのある光を投射し、目的のオブジェクトの詳細を明らかにします。位置と方向がわかっているカメラは、その形状の画像を撮影できます。次に、三角測量を使用して空間内のパターンの各ポイントを特定し、オブジェクトの表面上に一連のグリッドポイントを作成します。非常に短時間で多数の異なる高解像度パターンを表示できれば、高精度な 3D モデルを生成できます。

この点で、DLP テクノロジーは差別化された利点を提供できます。これらの利点は次のとおりです。
1. 小さなデジタルマイクロミラーデバイス (DMD) ピクセルサイズにより、高い光強度に対する解像度が得られ、優れたパフォーマンスが実現します。
2. 異なる色の光源と組み合わせると、物体の色が取得プロセスに与える影響が最小限に抑えられ、色分けされたデータを迅速に取得できます。
3. DLP システムはフレームレートが高く、1 秒あたり最大 32,500 パターンを生成するため、高速な取得が可能になり、高速で正確なシステムキャリブレーションが可能になります。
4. グラフィックの種類、色、解像度を 1 フレームまたは数フレーム内で変更できるため、さまざまな測定値をすばやく提供できます。これらの測定値は、高い精度と詳細さを提供します。

3D スキャンの詳細については、次のリソースをご覧ください。
• Texas Instruments 3Dスキャンおよび計測に関するホワイトペーパーを読む
• テキサスインスツルメンツのDLP 3Dマシンビジョンソリューションを見る

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