¿Qué es el escaneo 3D?, Definición, ventajas y usos

¿Qué es el escaneo 3D?, Definición, ventajas y usos

El escaneo 3D implica la recopilación de datos sobre la forma y la apariencia de un objeto físico, estructura, entorno o persona y, a continuación, el uso de esos datos para construir modelos 3D digitales. Los escáneres 3D se utilizan para analizar objetos y entornos, recopilar los datos y construir el modelo.

El escaneo 3D se utiliza en una amplia gama de industrias, desde la arquitectura y la ingeniería hasta la medicina y el entretenimiento. Al permitir que los trabajadores de estas industrias examinen los objetos digitalmente, el escaneo 3D puede ayudar a que su trabajo sea más preciso y eficiente. El escaneo 3D también es compatible con la impresión 3D y CAD (diseño asistido por ordenador), e incluso se puede utilizar para ingeniería inversa.

Esa es una explicación muy básica del escaneo 3D, pero hay mucho más que aprender sobre este importante proceso. Esta guía cubre todo lo que necesitas saber sobre el escaneo 3D, incluyendo las diferentes técnicas, ventajas, limitaciones, aplicaciones y cómo funciona el escaneo 3D.

¿Qué es el escaneo 3D? Lo básico

Si bien hay una gran variedad de diferentes técnicas de escaneo 3D, todas se basan en los mismos principios. Todos los escáneres 3D utilizan un sensor, que puede ser una sonda física, láser o luz, para medir la distancia entre una cámara y un objeto.

Los escáneres 3D son capaces de identificar puntos 3D, calculados a partir de fotos y medición de profundidad mediante triangulación, con cada punto que aparece en la pantalla individualmente. En conjunto, estos puntos 3D forman una nube de puntos, que aparecen como en la imagen de abajo. El proceso de extrapolar la forma de un sujeto desde los puntos se conoce como reconstrucción.

Una vez que el escáner ha creado la nube de puntos, luego crea la malla para convertirla en un modelo 3D formado por superficies. El mallado significa esencialmente que está conectando los puntos de la nube de puntos para producir un modelo completo. Una malla es una colección de vértices y capas, junto con información de cómo los vértices componen las capas. En lugar de valorar cada punto por igual durante el proceso de mallado, puede privar a algunos de los puntos para crear una malla que no sea extremadamente compleja y, por lo tanto, sea más fácil de trabajar.

Por último, la malla está texturizada. En el contexto del escaneo 3D, la textura se refiere a una imagen pintada en un servicio y la aplicación de una textura a una superficie se denomina mapeo de texturas o asignación UV. Las imágenes texturizadas se almacenan en un archivo especial donde cada píxel con las coordenadas V y el usuario tiene el color correspondiente. Muchos escáneres 3D tienen una cámara especial para capturar textura que les permite recopilar información de color en cada punto. Se requiere iluminación brillante y uniforme para obtener resultados óptimos, a menos que el escáner esté equipado con un flash.

Por lo general, se requieren varios escaneos para crear un modelo completo, ya que el escáner necesita recopilar información de todos los lados del sujeto. Los escaneos se unen en un sistema de referencia común, un proceso conocido como alineación o registro. A continuación, los escaneos se combinan para crear un modelo 3D. Todo el proceso de escaneo 3D se conoce como la canalización de escaneo 3D.

Técnicas y ventajas de escaneo 3D

Hay una amplia variedad de diferentes métodos de escaneo 3D, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. He aquí un vistazo a las principales técnicas de escaneo 3D.

Escaneo 3D basado en contacto

Como su nombre indica, con esta técnica un escáner recopila datos sobre un objeto a través del tacto físico. El objeto se apoya en una placa de superficie o se mantiene en su lugar por un accesorio, ya que es sondeado por el escáner, y el software utilizado con la sonda detectará cómo y dónde la sonda toca la superficie del objeto y registrará la ubicación 3D de la superficie. Una máquina de medición de coordenadas (CCM) es un ejemplo de un escáner 3D basado en contacto.

El escaneo 3D basado en contacto se utiliza a menudo en la fabricación, especialmente para realizar el control de calidad de las piezas durante las operaciones de mantenimiento o después de la fabricación. Esta técnica es muy precisa y se puede utilizar para escanear en 3D superficies transparentes o reflectantes, pero en el lado negativo, es más lenta que la mayoría de las otras técnicas de escaneo 3D y no es muy adecuado para escanear formas libres.

Escaneo 3D de triangulación láser

Este tipo de escaneo 3D utiliza un único punto láser o una línea láser para escanear un objeto. El láser es lanzado por el escáner 3D y refleja el sujeto, modificando su trayectoria inicial. El cambio de trayectoria es registrado por un sensor y permite al sistema calcular el ángulo específico de desviación utilizando triangulación trigonométrica. Con suficientes escaneos láser, el escáner puede mapear la superficie del sujeto y crear un escaneo 3D.

La triangulación láser es una técnica de escaneo 3D altamente precisa que produce escaneos de alta resolución. Su principal limitación es que no es ideal para escanear objetos con superficies transparentes o brillantes. Los escáneres de triangulación láser se utilizan a menudo para sondear el entorno.

Escaneo 3D de luz estructurada

Al igual que los escáneres de triangulación láser, los escáneres de luz estructurados también utilizan triangulación trigonométrica para crear escaneos. Sin embargo, en lugar de usar un láser, esta técnica proyecta una serie de patrones lineales de luz en un objeto. Dos cámaras de detección analizan los patrones de luz, examinando la longitud de cada línea para calcular la distancia al sujeto. A continuación, el escáner puede calcular las coordenadas X-Y-Z exactas para crear modelos 3D extremadamente precisos.

Además de ser altamente preciso, el escaneo 3D de luz estructurada es rápido, produce escaneos de alta resolución y es adecuado para escanear personas. En el lado negativo, es altamente sensible a las condiciones de iluminación, por lo que no funciona bien al aire libre.

Escaneo 3D basado en pulso láser

También conocido como escaneo de tiempo de vuelo, este método crea escaneos utilizando la velocidad de la luz y los sensores en lugar de la triangulación. Los escáneres 3D basados en pulso láser hacen esto midiendo cuánto tiempo tarda un láser fundido en alcanzar un objeto y volver a través de la reflexión. El hardware del láser y del sensor es girado por un espejo, lo que permite al software recopilar datos de 360 grados y capturar la información necesaria para crear un modelo 3D.

La principal ventaja del escaneo basado en pule láser es que se puede utilizar para escanear objetos, estructuras y entornos muy grandes. Es, sin embargo, un método lento en comparación con otras técnicas de escaneo 3D.

Fotogrametría

La fotogrametría es una técnica para obtener mediciones y otra información dimensional de objetos y entornos a partir de fotografías de alta resolución. La fotogrametría se puede hacer utilizando cámaras aéreas o portátiles que se utilizan para tomar una serie de fotos superpuestas del sujeto. El software de fotogrametría es entonces capaz de crear modelos 3D por punto que coincidan con la intersección geométrica de los rayos de luz y utilizar la triangulación para descifrar información como ángulos de cámara, ubicaciones y características del sujeto.

Esta técnica se utiliza en una amplia gama de industrias y es particularmente importante en el estudio de la tierra, la ingeniería, la agricultura y la silvicultura. Tiene numerosas ventajas, incluyendo alta precisión, asequibilidad y la capacidad de acceder a lugares difíciles, pero también se ve afectado por las restricciones climáticas y ambientales.

Aplicaciones de escaneo 3D

El escaneo 3D se utiliza en una amplia gama de industrias, y a medida que las capacidades de escaneo y software continúan desarrollándose, se está volviendo cada vez más importante en varios sectores. Estas son las principales aplicaciones de escaneo 3D.

Entretenimiento

El escaneo 3D se utiliza para crear modelos 3D en las industrias de películas, televisión y videojuegos. En televisión y cine, a menudo se utiliza en la cinematografía virtual, donde se puede utilizar para escanear rápidamente objetos del mundo real Los artistas comúnmente esculpen modelos físicos y luego los escanean en 3D, en lugar de crear manualmente modelos digitales con software de modelado 3D.

El escaneo 3D juega un papel similar en la industria del juego, donde se utiliza en la creación de personajes, accesorios y paisajes, pero también se utiliza en el desarrollo de juegos de realidad virtual. Se puede utilizar para crear representaciones 3D realistas de objetos, personas y espacios, por lo que es muy útil para crear entornos de juegos virtuales inmersivos e interactivos.

Medicina

La exploración 3D es cada vez más importante en el mundo médico. Uno de los principales beneficios es que se puede utilizar en la creación y personalización de prótesis, implantes y dispositivos portátiles como moldes y aparatos ortopédicos. Por ejemplo, las prótesis se pueden diseñar con gran precisión, aumentando la comodidad del paciente, y la impresión 3D significa que se pueden producir más rápido y más barato que los métodos tradicionales. La exploración 3D es particularmente común en odontología para crear implantes dentales y otros objetos.

Otro uso notable de la exploración 3D en la medicina es la ecografía 3D, donde la técnica se puede utilizar para crear imágenes 3D en obstetricia.

Arquitectura

El escaneo 3D se puede utilizar para escanear y analizar edificios enteros con detalle preciso, lo que es enormemente beneficioso para los arquitectos. Al igual que en la construcción, las nubes de puntos producidas por los escáneres 3D se pueden utilizar para mediciones y visualizaciones altamente precisas. Hacer esto a través de escaneo 3D y software CAD es mucho más barato y rápido que los métodos tradicionales.3D escaneo también es útil para los arquitectos para la ingeniería inversa de aspectos de edificios, desde exteriores hasta el futuro interno.

Construcción e Ingeniería

El escaneo 3D tiene una amplia gama de uso en los campos de construcción e ingeniería. La industria aeroespacial fue una de las primeras industrias en utilizar el escaneo 3D, pero ahora se utiliza en la mayoría de los procesos de construcción, fabricación e ingeniería. Por ejemplo, en la construcción es útil para el modelado de sitios, la documentación de sitios históricos y encuestas de cantidad, mientras que en ingeniería se puede utilizar para inspeccionar equipos y para ingeniería inversa.

La ingeniería inversa es un uso particularmente interesante del escaneo 3D. Las piezas producidas hace varias décadas generalmente sólo se describen a través de dibujos bidimensionales, lo que puede dificultar y llevar mucho tiempo reproducciones precisas. Sin embargo, con el análisis 3D, los datos de la forma del objeto se pueden recopilar con gran precisión y, a continuación, esos datos se pueden utilizar para crear un nuevo modelo 3D.

Este modelo se puede utilizar para crear nuevos moldes y herramientas, lo que permite a los fabricantes crear piezas nuevas con las mismas características dimensionales del original. Estos modelos de ingeniería inversa también se pueden utilizar para imprimir duplicados 3D del original. Por ejemplo, el escaneo 3D se puede utilizar para restaurar piezas de automóviles clásicos que ya no están disponibles. A medida que el escaneo 3D elimina gran parte de las conjeturas y es mucho más rápido que la ingeniería inversa tradicional, el proceso es extremadamente simplificado y los resultados son altamente precisos.

Archivo y Análisis Histórico

El escaneo 3D es cada vez más popular entre historiadores, historiadores del arte y arqueólogos como método de documentación y análisis. El escaneo 3D crea modelos 3D reproducibles y altamente precisos de artefactos y obras de arte, por lo que es una técnica importante en archiving y curación. Además, permite el intercambio de copias precisas en todas las comunidades de investigación y enseñanza.

El modelado 3D también es útil para el análisis histórico; por ejemplo, a menudo se utiliza en el modelado de rasgos faciales de los antepasados evolutivos de los seres humanos mediante el escaneo de fósiles. Otros ejemplos del uso de escaneo 3D de artefactos históricos incluyen el escaneo de esculturas de Miguel Ángel, las Tumbas Kasubi en Uganda y tabletas Cuneiformes.

Diseño

La creación rápida de prototipos y la ingeniería inversa son muy importantes para el proceso de diseño de muchos productos, por lo que el escaneo 3D es una herramienta útil para muchos diseñadores. Cuando los diseñadores buscan imitar materiales naturales, el escaneo 3D proporciona una manera rápida y precisa de estudiar arreglos complicados y crear nuevos diseños. Además, el escaneo 3D proporciona una gran precisión con piezas y formas complejas, permite escaneos web compartidos y permite un diseño coordinado del producto utilizando piezas de varias fuentes.

Forense

El escaneo 3D es ahora también una herramienta forense muy importante para los funcionarios encargados de hacer cumplir la ley. Es valorado por su capacidad para crear modelos altamente precisos de escenas del crimen, accidentes, trayectorias de bala y luego patrones de manchas de sangre. El escaneo 3D es útil tanto para la documentación como para el análisis en este contexto.

Accesibilidad al escaneo 3D

Si usted está interesado en el escaneo 3D usted mismo, usted estará encantado de saber que la tecnología es accesible para principiantes, estudiantes y aficionados, incluso si usted está en un presupuesto ajustado. Hay muchos escáneres pequeños de mano adecuados para uso doméstico que se pueden comprar por sólo un par de cientos de dólares. Por supuesto, cuanto más estés dispuesto a pagar, más escáner de mayor calidad podrás poner tus manos en alto. Los mejores escáneres 3D, utilizados por profesionales, cuestan decenas e incluso cientos de miles de dólares.

Conclusión

El escaneo 3D es una técnica para crear modelos digitales 3D de objetos, estructuras, entornos e incluso personas. Los escáneres 3D lo hacen recopilando datos sobre la forma y la apariencia de un sujeto, utilizando cálculos para construir una malla de punto a partir de los datos y, a continuación, mallando y texturizando para crear un modelo 3D completo.

Hay varias técnicas diferentes de escaneo 3D, incluyendo métodos de contacto y escaneo láser, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Sin embargo, todos los escáneres 3D son capaces de crear modelos 3D altamente precisos. El hecho de que a menudo puedan hacer esto de una manera más rápida y barata que los métodos tradicionales significa que el escaneo 3D se utiliza en una amplia gama de industrias, desde entretenimiento y medicina hasta arquitectura y ciencias forenses.

La tecnología de escaneo 3D está en constante evolución y en las últimas dos décadas se ha convertido en un rendimiento cada vez mayor en una variedad de sectores, y su importancia seguramente aumentará aún más en los próximos años. Incluso se han hecho progresos para incorporar la tecnología de escaneo láser con aplicaciones para teléfonos inteligentes, y es probable que algún día seamos capaces de simplemente grabar videos en nuestro teléfono y crear modelos 3D a partir de entonces, por lo que el futuro es ciertamente brillante para el escaneo 3D.