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3D智能制造是未来趋势 中国从“山寨”开始

2013-04-16 09:29
小伊琳
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  3D打印本来是上个世纪的技术,不过近一年以来的高速发展让3D打印回到大众视野,对我们的生活可能产生前所未有的影响。通过3D打印技术,我们甚至可以创造出任何东西,包括那些结构复杂,或者是精度要求很高的产品,因此它可以把人类的想象力更完美地还原。未来,“定制”也许将成为常态。

  3D数字化就是利用计算机来生成数字化的3D图纸模型,以便输出到3D打印机。目前有两类方法进行3D数字化。第一类是使用3D设计软件,由设计师从无到有地设计3D数字化产品。目前常见的3D商业设计软件有:SolidWorks、AutoCAD、等。此外,还有多款各有特色的免费设计软件:Blender、Tinkercad等,其中很多还支持基于WebGL的网络在线编辑。

  当然,并非人人都有能力自己设计3D形状,因此第二类3D数字化就是3D扫描,基于计算机视觉、计算机图形学、模式识别与智能系统、光机电一体化控制等技术对现实存在的3D物体进行扫描采集,以获得逼真的数字化重建。3D扫描技术分主动扫描与被动扫描两种。

  主动式扫描是对被测物体附加投射光,包括激光、可见白光、超声波与X射线等。其中激光线式的扫描,可以扫描大型的物体,但是由于每次只能投射一条光线,所以扫描速度慢。而目前最新的基于结构白光的扫描设备,能同时测量物体的一个面,点云密度大、精度高,在快速采集物体三维表面信息方面具有独特优势。此外还有基于光照编码的扫描设备,如微软2010年发布的Kinect,具有实时性的特点。

  被动式扫描对被测物体不发射任何光,而是通过采集被测物表面对环境光线的反射进行,因不需要规格特殊的硬件,所以成本非常便宜。被动式扫描重建技术,如Autodesk最新的123DCatch,通常基于计算机三维视觉的理论方法,如立体视觉法等。受环境光照对图像质量的影响,被动式扫描往往精度较低、噪声误差较大。

  在获得3D扫描的原始数据后,往往还需对其进行复杂的处理,如将多个视角的形状片段进行对齐和拼接配准,以统一在同一个世界坐标系下。此外还需进行漏洞修补、噪声去除、三角化、重网格化等,以生成最终的高质量水密曲面。

  目前还没有一种成熟的3D数字化技术能够对自然界的任意形状进行全自动地真实重建,如对于人体的头发等。因此在实际操作过程中,往往需要同时结合多种扫描技术,以及一定的手工编辑,以获得一个好的重建质量。

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