หลักการของ 3D scanners

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจเกี่ยวกับการสแกน 3D ว่ามันทำงานอย่างไร เครื่องสแกน 3D เริ่มเข้ามามีบทบาทในช่วงต้นทศวรรษ 1990 โดยเริ่มจากเครื่องสแกนแบบ structured light (ฉายแสงเป็นตาราง)จากนั้นจึงค่อยเป็นเครื่องสแกนแบบเลเซอร์แบบพกพา เครื่องสแกนทั้งหมดอาศัยการสะท้อนแสงจากพื้นผิววัตถุ พร้อมกับกล้องถ่ายภาพเพื่อสร้างรูปร่าง 3 มิติ ที่สามารถนำไปใช้งานวิศวกรรมย้อนกลับ หรือการวัดสอบเทียบ เทคโนโลยีที่แตกต่างกันของเครื่องสแกน 3 มิติ อาศัยการกำหนดตำแหน่งบนวัตถุ เพื่อช่วยให้ซอฟต์แวร์เชื่อมต่อภาพจากเครื่องสแกนเข้าด้วยกันเป็นชุดข้อมูลที่สอดคล้องกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเพิ่มจุด markers (หรือบางคนเรียกว่า targets) ช่วยให้เครื่องสแกนกำหนดตำแหน่งข้อมูลพื้นผิวในแบบ 3 มิติได้ถูกต้อง หรืออีกนัยหนึ่งคือ Markers คือจุดอ้างอิงให้เครื่องสแกนทำงานได้อย่างต่อเนื่องนั่นเอง

โดยทั่วไปแล้วต้องมี markers อย่างน้อย 3 จุดในภาพแต่ละเฟรมเพื่อจัดตำแหน่งอ้างอิง 3 มิติ แต่โดยทั่วไปแล้วแนะนำให้มี 4-5 จุดเพื่อความแม่นยำที่ดีขึ้น จุด marker ยังช่วยให้ภาพแต่ละเฟรมเรียงกันอย่างถูกต้องเพื่อเพิ่มความแม่นยำ เครื่องสแกน 3 มิติระดับอุตสาหกรรมบางเครื่องใช้วิธีการอื่นๆ ในการวางตำแหน่งเครื่องสแกน เช่น การ tracking ด้วยแสงธรรมชาติ หรือแลงเลเซอร์ แต่โดยปกติแล้ว วิธีการเหล่านี้จะมีความแม่นยำน้อยกว่าการสแกนด้วย markers

ชนิดของ Markers

1. Retro-reflective หรือแบบสะท้อนแสง เป็นแบบเดียวกับเครื่องหมายจราจร ข้อดีคือสามารถช่วยให้เครื่องสแกนมองเห็นได้ชัด แม้แต่ในสถานที่ที่มีแสงสว่างมาก ๆ ในส่วนที่เป็นสีขาวจะประกอบด้วยเม็ดแก้วเล็ก ๆ (Glass Beads) ทำหน้าที่สะท้อนแสงได้เป็นอย่างดี โดยทั่วไปจะใช้กับเครื่องแบบถือด้วยมือ (hand-held laser scanners) และเครื่องระบบ photogrammetry
2. Black and white หรือแบบสีขาวดำ ไม่มีสารสะท้อนแสง มักจะเป็นการใช้กับเครื่องสแกนแบบ structured light และ บางระบบของ photogrammetry โดยจะมีการเคลือบสารกันแสงสะท้อนไว้ด้วย

ขนาดของ Markers! เราจะรู้ได้อย่างไรว่าจะต้องใช้ Markers ขนาดไหน?

ง่ายมากก็ดูว่า Markers ที่แถมมาในเครื่องสแกน 3 มิติที่ซื้อมาเป็นขนาดเท่าไหร่ หรืออาจจะเช็คกับคู่มือการใช้งานประจำเครื่องก็ได้ เพราะเครื่องสแกน 3 มิติแต่ละเครื่องจะใช้ Markers ไม่เหมือนกัน บางเครื่องอาจใช้ได้หลายขนาด แต่โดยส่วนใหญ่แล้วจะใช้เป็นแบบ Retro-reflective ขนาด 6 ม.ม.

เมื่อไหร่ที่จะต้องใช้ Markers

• เมื่อเกิดความยากลำบากในการปะติดปะต่อข้อมูลระหว่างการสแกน บางครั้งการสแกนวัตถุที่มีพื้นเรียบที่กว้าง ๆ เช่นฝากระโปรงรถ โต๊ะประชุม เครื่องสแกนจะไม่สามารถตัดสินได้ว่าเฟรมปัจจุบัน กับเฟรมก่อนหน้าจะมีจุดอ้างอิงตรงไหน ทำให้ข้อมูลขาดตอน เกิด tracking lost
• เมื่อเกิดความยากลำบากในการสแกนวัตถุขนาดใหญ่ ในการสแกนวัตถุที่ใหญ่มาก ๆ เมื่อสแกนไปสักพักหนึ่งงานที่สแกนจะบิดเบี้ยว เนื่องจากเกิดความคลาดเคลื่อนสะสม
  ทั้งหมดนี้เป็นสาเหตุที่เราต้องใช้ Markers มาช่วยในการสแกน

การใช้งาน Markers

Markers ที่จำหน่ายในท้องตลาดจะเป็นสติ๊กเกอร์เกือบทั้งหมด จะมีบางยี่ห้อที่เป็นแม่เหล็ก การใช้งานจะติด Markers เหล่านี้ลงบนวัตถุที่ต้องการสแกน และควรติดพื้นที่รอบ ๆ ด้วยเช่นกัน ตำแหน่งในการติดจะติดแบบสุ่ม เป็นกลุ่ม ๆ ไม่ให้รูปแบบซ้ำกัน เพื่อให้เครื่องสแกนรู้ว่าเป็นพื้นที่ใหม่

จากที่เกริ่นมายืดยาว เพื่อให้เห็นความสำคัญของ Markers แต่การติด Markers ก็มีเรื่องที่ต้องคำนึงถึง คือราคาของ Markers เพราะดวงหนึ่งก็หลายบาทอยู่ ในการใช้งานก็ต้องติดค่อนข้างมาก มันอาจจะใช้ซ้ำได้ แต่ก็ไม่กี่ครั้งกาวก็จะเสื่อมไป ดังนั้น 3DD ขอเสนอหนทางที่จะช่วยประหยัดเงินได้ โดยการใช้ Marker tower

Marker tower

Marker tower ทำง่าย ๆ โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งหาดาวน์โหลดได้จากเว็บแชร์โมเดลต่าง ๆ เช่น Printable หรือ MakerWorld

Marker tower สามารถใช้ซ้ำได้เรื่อย ๆ มีหลายรูปแบบแล้วแต่ลักษณะของงาน มีทั้งแบบติดแม่เหล็ก และเป็นฐานตั้ง บางแบบก็เป็นโมดูลต่อกันได้หลายรูปแบบ ลองใช้กันดู แล้วจะเห็นได้ว่าการสแกนง่ายขึ้นเยอะ และแม่นยำขึ้นกว่าเดิม ยิ่งถ้าเครื่องสแกนของคุณมีฟังก์ชั่น Global marker ด้วยก็จะสะดวกมากขึ้นอีก

บทความต่อไปเราจะมาลองสแกนโดยใช้ Markers เหล่านี้กัน จะได้เห็นว่ามันช่วยได้จริงหรือไม่ อย่าลืมติดตามนะครับ