隨著3D打印機越來越便宜，3D打印離我們的生活也越來越近。桌面產品不到萬元，價格不再變得難以承受。但是說起3D打印，很多人會有疑問，我打印什么東西？傳統(tǒng)打印機我可以打印文檔、照片、圖片，用3D打印機能打印什么？這就涉及到3D數字模型了。像AutoCAD、Maya之類的3D建模軟件不是一天兩天能熟練掌握的，3D打印的數據源從何而來呢？這就是3D掃描儀的作用，它把物體轉化成3D數字模型，剩下的活交給3D打印機來完成。我們先了解一些3D掃描的原理。

沒模型哪來3D打印3D掃描儀不完全盤點

●從盲人摸象到察言觀色接觸式與非接觸式3D掃描

3D掃描儀分類為接觸式（contact）與非接觸式（non-contact）兩種，后者又可分為主動掃描（active）與被動掃描（passive），這些分類下又細分出眾多不同的技術方法。

接觸式3D掃描

接觸式3D掃描讓筆者想起盲人摸象的故事。接觸式3D掃描儀通過實際觸碰物體表面的方式計算深度，如座標測量機即典型的接觸式3D掃描儀。此方法相當精確，常被用于工程制造產業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價值對象如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長的時間，現今最快的座標測量機每秒能完成數百次測量，而光學技術如激光3D掃描儀運作頻率則高達每秒一萬至五百萬次。

非接觸主動式掃描

主動式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計算三維空間信息。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與X射線。

時差測距

時差測距（time-of-flight，又稱“飛時測距”）的3D激光掃描儀是一種主動式(active)的掃描儀，其使用激光光探測目標物。激光測距儀確定儀器到目標物表面距離的方式，是測定儀器所發(fā)出的激光脈沖往返一趟的時間換算而得。即儀器發(fā)射一個激光光脈沖，激光光打到物體表面后反射，再由儀器內的探測器接收信號，并記錄時間。由光速和時間，算出被測體的一點到儀器的距離。

三角測距（Triangulation）

三角測距原理

三角測距3D激光掃描儀，也是屬于以激光去偵測環(huán)境的主動式掃描儀。相對于飛時測距法，三角測距法3D激光掃描儀發(fā)射一道激光到待測物上，并利用攝影機查找待測物上的激光光點。隨著待測物（距離三角測距3D激光掃描儀）距離的不同，激光光點在攝影機畫面中的位置亦有所不同。這項技術之所以被稱為三角型測距法，是因為激光光點、攝影機，與光源本身構成一個三角形。在這個三角形中，光源與攝影機的距離、及激光在三角形中的角度，是我們已知的條件。通過攝影機畫面中激光光點的位置，可以決定出攝影機位于三角形中的角度。這三項條件可以決定出一個三角形，并可計算出待測物的距離。在很多案例中，人們以一線形激光條紋取代單一激光光點，將激光條紋對待測物作掃描，大幅加速了整個測量的進程。

手持激光（HandholdLaser）

手持激光掃描儀通過上述的三角形測距法建構出3D圖形：通過手持式設備，對待測物發(fā)射出激光光點或線性激光。以兩個或兩個以上的探測器（通常是攝像頭）測量待測物的表面到手持激光產品的距離。掃描儀獲得的數據，會被導入電腦中，并由軟件轉換成3D模型。手持式激光掃描儀，通常還會綜合被動式掃描（可見光）獲得的數據（如待測物的結構、色彩分布），建構出更完整的待測物3D模型。

非接觸被動式掃描

被動式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線（如激光），而是以測量由待測物表面反射周遭輻射線的方法，達到預期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測環(huán)境的可見光為主。但相對于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應用于這項用途的。因為大部分情況下，被動式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支持，這類被動式產品往往相當便宜。

PrimeSense技術

PrimeSense技術用光源照明給需要測量的空間編碼。光照在空間物體上形成光斑，這些光斑具有高度的隨機性，而且會隨著距離的不同變換圖案。也就是說空間中任意兩處的光斑圖案都是不同的。只要在空間中打上這樣的結構光，整個空間就都被做了標記，把一個物體放進這個空間，只要看看物體上面的光斑圖案，就可以知道這個物體在什么位置了。由于PrimeSense技術使用的是連續(xù)的照明，不需要特制的感光芯片，而只需要普通的CMOS感光芯片，這讓3D掃描儀的成本大大降低。

●3D掃描儀如何得到物體的數字模型

很多手持式3D掃描儀、桌面3D掃描儀、3D掃描鏡頭采用的是PrimeSense技術，例如微軟第一代Kinect體感設備、Artec公司的手持式掃描儀、Matterport的桌面3D掃描儀、Occipital的3D掃描鏡頭。應該說PrimeSense的解決方案成為3D掃描大眾化的福音。3D掃描儀如何生成物體的數字模型呢？拿手持式3D掃描儀來舉個例子。

手持3D掃描儀繞物體一周。此時掃描儀獲得物體的空間信息，包括深度（depth）和顏色（color）。深度信息用來確定物體表面每一個點在空間中的位置，顏色信息用來記錄每一個點的色彩。

3D掃描儀在不同角度，會記錄物體的若干幅位置信息。軟件將這些位置信息比對（align），來獲得整體的位置信息。

軟件融合（fuse）所有的位置信息組合成一個完整的物體，這時建模才算完整。

完整的3D數字模型是由許多的小三角形拼合成物體的表面，因此3D掃描儀能夠獲取和生成的小三角形數量與掃描精度有直接關系。三角形數量越多，掃描精度越高。

位置信息處理完畢，還有表層顏色。這一步軟件將顏色信息附加到數字模型上，叫做蒙皮（texturize）。

最后，把結果導出成為3D文件格式，例如STL、OBJ等，可以在Maya、AutoCAD、3DMax等三維建模軟件中編輯，也可以直接用3D打印機打印出來。

包括手持式3D掃描儀在內，當前大多數的消費級3D掃描儀都是實用的PrimeSense技術，數據采集原理大同小異。

●百花齊放的消費級3D掃描儀

隨著2014年CES展會的結束，多家廠商、初創(chuàng)公司推出消費級3D掃描產品，價格從幾百美元到上千美元不等，大大豐富了3D數據模型的來源。新老產品，百花齊放。

3D掃描鏡頭把ipad變成3D掃描儀

初創(chuàng)公司Occipital在CES上展出新品StructureSense3D掃描鏡頭，把iPad變成3D掃描儀，基于PrimeSense技術。這款產品定價349美金，已經可以網上訂購了。

3DSystems展出了iSense3D掃描鏡頭，與上一款產品有異曲同工之妙。預計今年第二季度上市，定價499美金。

桌面3D掃描儀小體積物品掃描

Matterform3D掃描儀

Matterform桌面3D掃描儀僅有鞋盒大小，定價579美金，將桌面3D掃描儀變成“買得起的3D掃描儀”。同樣使用了PrimeSense技術。

MakerBotDigitizer3D掃描儀

MakerBotDigitizer3D掃描儀不是一款新品了，但是也有亮點。原價1400美金，現在MakerBot公司搞起促銷來，價格為949美金，這個降價幅度可以說是嗨翻全場。

桌面3D掃描儀特點就是有可以自動旋轉的掃描平臺，不會由于手持出現晃動。體積小的物品用桌面3D掃描儀精度足夠合適。

手持式3D掃描儀想說愛你不容易

3DSystems手持式3D掃描儀Sense

3DSystems公司于2013年推出的手持式3D掃描儀Sense，定價399美金。相比一臺3DSystemsCube系列3D打印機來說，價格不高，但是用3D掃描儀的目的還是3D打印，這個399美金的幫手身價不菲。

ArtecEva手持式3D掃描儀

土豪級手持式3D掃描儀非它莫屬，ArtecEva。在國內3D打印店中經常能見到它的身影，定價13700歐元?？磥硎殖质?D掃描儀，還真是想說愛你不容易。

總結：2013年是3D打印盛放的一年，從消費者到媒體、廠商、服務商都投入了空前的關注，而且越來越多的傳統(tǒng)打印廠商也加入到3D打印的行列。2014年，廠商已經在3D打印的數字模型上加速擴展，購買版權模型、建立3D模型庫和社區(qū)，并做收費下載。包括3D掃描儀在內的3D成像產品走向大眾，無疑會大大擴展3D數字模型的規(guī)模，甚至帶動3D打印行業(yè)的發(fā)展。