取得更好的掃描結果

概述

掃描大抵分為兩步驟:

一、透過掃描雷射頭的一字雷射掃出點雲(透過相機與雷射找出許多三維空間中的點)

二、將點雲轉換成模型,能清楚辨識原物體、噪點極少點雲才有辦法轉成好模型。

以下我們整理了關於掃描的使用技巧,不妨跟著我們的建議操作看看,應該會掃出不錯的結果哦!

壹、點雲的掃描原理

點雲掃描的原理,是電腦透過有打雷射跟沒打雷射的照片相減,得出掃描紅線,並計算出物件表面在空間中相對的位置。紅線越清楚,則掃描點雲的效果越好。

有雷射 無雷射 相減


如果掃描過程中,畫面有雷射開關以外的變化(人員走過的陰影、燈光開關等等),則會造成紅線的誤判,進一步產生掃描中的雜點,這時候可能就要重新掃描。

掃描物件限制

掃描物件建議是形狀凸面居多和霧面的材質,掃出來的效果比較好。太多細節的物件可能掃出來後會遺失一些細小轉折。

      

 

貳、掃描的校正

在第一次使用掃描時,若發現掃出來的物體有大小兩圈無法疊合的情形,建議按照以下步驟進行:

1. 打開 FLUX Studio,點選「機器」>「命令」>「打開掃描雷射」,並在掃描圓盤中放置掃描校正片。出廠時每台 FLUX Delta 都會確定兩條雷射線完全平行於格線,但隨著使用狀態與運送狀況的不同,可能導致雷射頭有些旋轉,這時候請使用一字螺絲起子微調至完全平行。

2. 使用掃描介面中的校正,如果在校正時跳出「找不到校正片」,請確定環境光源明亮,以及校正片以 45 度斜角面向鏡頭,鏡頭才找得到校正片

參、掃描的光線環境

1. 環境比較

紅線越清楚,則掃描點雲的效果越好。當環境光源過度明亮或太暗時,紅線可能會不清楚,或是太模糊,如下圖所示。

(1) 光線太暗:

(2) 光線太亮:

(3) 背光環境

在環境光源正確的狀態下,掃出能清楚辨識物體的點雲後,就可以進入下一步 - 點雲的轉換。

 

2. 光線釋例

在各種環境光源的測試下,背光的效果是最好的。要實現背光環境,最簡單的方式是在 FLUX Delta 後面放置強力光源(如檯燈),並且在畫面上看起來物體是偏暗的。 p.s. LED 燈條的亮度可能不足。

      

 

 

在有校正、環境光源為背光的掃描效果如下(這次是使用 普通 ~10 分鐘 的掃描成果):

p.s. 若您對這個模型感興趣,我們在附件中放置了原始掃描點雲檔案

 

肆、點雲的轉換

目前 FLUX Studio 的點雲的轉換即將切換使用 Meshlab 的演算法,尚未整合前,使用者可以透過 0.6.1 的新功能 - 選取點雲後,將點雲「輸出成 ASC」 ,並透過 Meshlab 這套軟體進行點雲與模型間的轉換。 Meshlab 官網載點

以下進行操作說明:

1. 打開 Meshlab,並開啟圖層顯示

 

2. 將 ASC 檔案拖曳至視窗,並且取消打勾 Grid Triangulation (很重要!)

3. 預覽點雲圖檔

接下來轉換步驟有四,照著做即可!

4. 轉換步驟一、進行取樣(減少無效噪點)

選取功能表中的 Filters > Sampling > Cluster Vertex Subsampling, 在 perc on 的地方輸入 0.8,並按 Apply (畫面上不會有特別變化)

5. 轉換步驟二:計算表面法向量

選取功能表中的 Filters > Point Set > Compute normals for point sets,Neighbor num 輸入 12,然後 Smooth Iteration 輸入 1,按 Apply (畫面上一樣不會有特別變化)。

6. 轉換步驟三:表面重建

選取功能表中的 Filters > Remeshing, Simplification and Reconstruction > Surface Reconstruction: Poisson (新版本改成 Screened Poisson Surface Reconstruction,Octree Depth, Solver Divide 輸入 13, Samples Per Node 輸入 1, Surface Offset 輸入 0.7,並按下 Apply。

這幾個參數值得簡單介紹:

  • Octree Depth, Solver Divide: 代表的是表面重建的精度,輸入的數值越大,轉換出來會越接近點雲的樣子,但相對運算的久,一般電腦建議輸入 12 ~ 13 為最佳值
  • Samples Per Node: 重建表面最小所需的點的數量,輸入 1 表面較粗糙,但細節較多,輸入 2 表面較光滑(適用於噪點較多的模型)
  • Surface offset: 點雲轉成模型時內縮的距離,當轉換出現非常奇怪且沒有封閉的曲面時,可以試著稍微增加這個數值一點(大概 +0.1)

 

7. 轉換步驟四:表面反轉

經過 Poisson 轉換後,可以選取功能列上面的 Flat 來檢視 3D 模型。

但有時候發現會一團黑,是因為 Meshlab 有時候將物體的中心計算在物體外,導致表面是相反的,這時候請選取功能表中的 Normals, Curvatures and Orientation, Invert Face Orientation,打勾 Force Flip 並按下 Apply,就可以看到轉換後的模型了。

 

 

若您對此模型有興趣,我們在附件裡放置了轉換後的檔案

 

8. 大功告成

追求更好的掃描效果,可以試試看更長時間的掃描,或是透過不同角度與位置的掃描將其點雲合併後進行點雲與模型間的轉換。現在,您可以透過選取功能表 File > Export Mesh As...輸出 stl 檔案,進行後製,或使用 FLUX Delta 列印。

 

 成果 (中間為原模型,左右兩側為 FLUX Delta 列印成品):

 

補充:

使用 高品質 ~20 分鐘掃描結果的截圖:

 

9. 關於後製

網路上有個工具叫做 SculptGL (http://stephaneginier.com/sculptgl/ ), 似 ZBrush 的介面、完全免費,可以對 3D 模型做類似雕刻的處理 

 

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