Quét 3D vật thể lớn bằng các dòng máy quét 3D cầm tay

Đối với người dùng máy quét 3D, việc quét 3D vật thể lớn có kích thước từ 2 mét trở lên đều là những thách thức không hề nhỏ. Làm sao để có thể đảm bảo thời gian quét mẫu nhanh mà không gây ảnh hưởng lớn đến độ chính xác hay mức độ chi tiết của mẫu, trong khi, hầu hết các máy quét 3D đều có sai số cộng dồn, thường gây hở hoặc lệch dữ liệu lớn khi quét ở khoảng cách dài?

Bài viết dưới đây sẽ chia sẻ cho các bạn một số kinh nghiệm được đúc kết bởi đội ngũ kỹ thuật viên của 3DS trong xử lý và quét 3D vật thể lớn bằng các dòng máy quét 3D cầm tay.

Những vấn đề thường gặp

1. Dữ liệu đầu – cuối bị hở, lệch mặt hoặc chồng chéo lên nhau do sai số cộng dồn.

Tất cả các dòng máy quét cầm tay đều có thông số độ chính xác thể tích. Đây chính là thông số ảnh hưởng lớn tới mức độ sai lệch của dữ liệu quét.

Giả sử, máy quét có độ chính xác thể tích 0.05mm+0.1mm/m quét theo một chiều, có độ dài 3m thì sai lệch kích thước của dữ liệu quét so với thực tế sẽ là 0.05 + 0.1*3 = 0.35mm. Mẫu có kích thước càng lớn thì sai lệch càng lớn và thể hiện rõ rệt trên dữ liệu quét. 

2. Dữ liệu quét có dung lượng lớn, gây khó khăn trong quá trình xử lý.

Dung lượng của dữ liệu quét được quyết định bởi số lượng điểm quét. Trong quá trình lựa chọn chế độ quét, độ phân giải càng cao thì đám mây điểm càng dày đặc. Do đó, dung lượng của dữ liệu quét sẽ trở nên rất lớn.

Khả năng xử lý dữ liệu quét có dung lượng lớn nhanh hay chậm sẽ phụ thuộc nhiều vào cấu hình máy tính, đặc biệt là dung lượng RAM, tốc độ xử lý của CPU và VGA. Với những máy tính có cấu hình không cao, cần lựa chọn kỹ càng phương án quét để tối ưu khả năng xử lý của máy tính và phần mềm quét.

Giải pháp khắc phục

1. Bắt đầu từ vị trí trung tâm

Để giảm sai lệch cộng dồn gây ra bởi sai số thể tích, trong quá trình quét 3D vật thể lớn, ta cần xác định chính xác điểm bắt đầu quét và hướng quét phù hợp nhằm giảm thiểu sai lệch này.

Điểm bắt đầu quét nên là phần trung tâm của vật thể và hướng quét sẽ từ vị trí trung tâm trải dài ra các hướng xung quanh.

Ví dụ:

• Trường hợp quét mẫu kích thước lớn như xe ô tô, ta sẽ bắt đầu từ vị trí giữa thân xe, sau đó di chuyển đều theo các hướng như trong hình bên dưới. Với phương pháp này, ta có thể hạn chế được sai số cộng dồn lớn nếu chỉ di chuyển và quét theo một chiều cố định.
  
• Trường hợp quét mẫu tròn xoay như mâm xe, ta bắt đầu quét từ tâm và trải đều ra các hướng xung quanh như hình.
  

2. Chia nhỏ và quét từng phần khi quét 3D vật thể lớn

Trong một số trường hợp mẫu quét 3D rất lớn, cần di chuyển và lắp đặt máy ở nhiều vị trí khác nhau trong quá trình quét hoặc máy tính không đủ khả năng xử lý dữ liệu quét toàn phần của mẫu, ta có thể chia mẫu ra thành nhiều phần để quét, xử lý sau đó ghép nối lại với nhau thành một dữ liệu hoàn chỉnh.

Hầu hết các phần mềm quét và chỉnh sửa dữ liệu 3D hiện tại đều cung cấp chức năng ghép nối dữ liệu điểm hoặc lưới.

Quá trình ghép nối, ta có thể lựa chọn ghép nối các phần dữ liệu dựa trên điểm tham chiếu hoặc biên dạng chung của các phần dữ liệu.

Một số lưu ý khi lựa chọn điểm ghép nối:

• Nên chọn các điểm hoặc biên dạng chung đặc trưng, nằm ở các mặt khác nhau trên mẫu.
• Không chọn các điểm ghép nối thẳng hàng trên cùng 1 mặt phẳng.
• Không chọn các điểm quá gần nhau, cần trải dài trên phần biên dạng chung.
• Quá trình chọn điểm chỉ là quá trình định vị, ta chỉ cần chọn chính xác một cách tương đối, sau đó phần mềm sẽ tự động tính toán để ghép nối dữ liệu 1 cách chính xác nhất.
• Không nên quá lạm dụng các công cụ ghép nối tự động của phần mềm. Trong một số trường hợp, mẫu đối xứng hoặc có những biên dạng quá giống nhau sẽ làm phần mềm ghép nối sai, ảnh hưởng tới chất lượng dữ liệu.

Hình ảnh bên dưới minh họa quá trình ghép nối dữ liệu quét tượng trên phần mềm quét ExScan Pro của các dòng máy EinScan – Shining 3D.

3. Kiểm tra cấu hình máy tính để lựa chọn phương án quét 3D vật thể lớn phù hợp nhất

Ngoài các chức năng được tích hợp trong phần mềm quét, hỗ trợ rất tốt cho quá trình quét 3D thì phần cứng của máy tính cũng là yếu ảnh hưởng rất lớn tới khả năng quét và xử lý dữ liệu. Đặc biệt là dung lượng bộ nhớ RAM của máy tính.

Trong quá trình quét 3D, hầu hết phần mềm quét đều hiển thị số lượng điểm quét như hình bên dưới

Khi số lượng điểm này tăng lên, phần mềm sẽ sử dụng thêm nhiều dung lượng bộ nhớ RAM của máy tính để thực hiện quá trình xử lý sau khi quét và xuất dữ liệu lưới 3D.

Đối với các dòng máy quét cầm tay EinScan của Shining 3D và hầu hết các dòng máy quét 3D tương tự, để xử lý một dữ liệu quét có khoảng 10 triệu điểm ta cần tối thiểu 16GB dung lượng RAM trống trên máy tính. Nắm rõ thông số này sẽ giúp người dùng có thể dự đoán trước và đưa ra phương án quét 3D vật thể lớn phù hợp.

Kết luận

Quét 3D vật thể lớn là thách thức không hề nhỏ đối với người sử dụng hay với chính máy quét được lựa chọn. Tuy nhiên, không quá khó khăn để giải quyết nếu như chúng ta hiểu rõ nguyên lý hoạt động, thông số và tận dụng tốt các công cụ hỗ trợ có sẵn.

Đội ngũ kỹ thuật của 3DS rất hy vọng với bài viết này, các bạn, những người đã, đang và sẽ sử dụng máy quét 3D có thêm những kinh nghiệm hữu ích để giải quyết các vấn đề gặp phải trong quá trình quét 3D vật thể lớn.

Ngoài ra, hãy  tham khảo video chia sẻ kinh nghiệm về việc lựa chọn chế độ quét bên dưới của Shining 3D để tìm hiểu thêm về vấn đề này.