阿泰克Spider 3D掃描儀結(jié)合機(jī)器人產(chǎn)生前所未有的掃描效果
掃描物體創(chuàng)造真實(shí),3D模型正變得越來越普遍,尤其是在醫(yī)藥、CGI和圖形設(shè)計(jì)領(lǐng)域。然而,即使是有經(jīng)驗(yàn)的用戶再加上優(yōu)質(zhì)的設(shè)備,要精確地復(fù)制一個(gè)具有復(fù)雜紋理、和精細(xì)細(xì)節(jié)的對(duì)象也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
為了解決這個(gè)問題,由多國研究人員和工程師組成的一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用手持式的阿泰克(Artec)Spider 3D掃描儀、阿泰克掃描軟件和機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)造了一種全新的高保真3D掃描解決方案。
在這個(gè)新穎的方法中,阿泰克3D掃描儀被綁在了PR2移動(dòng)機(jī)器人的右臂上。而機(jī)器人的左臂則托著一個(gè)塑料臺(tái)子,上面放著掃描對(duì)象。
用PR2機(jī)器人掃描對(duì)象
該技術(shù)首先通過一次周身掃描獲得一個(gè)能夠大致覆蓋對(duì)象表面大部分的初始點(diǎn)云。然后用以提升質(zhì)量的,泊松導(dǎo)向方程導(dǎo)會(huì)生成一組“下個(gè)最佳掃描角度(NBV)”,然后由自動(dòng)掃描儀進(jìn)行掃描、捕獲。此外,阿泰克軟件會(huì)生成置信圖,精確地檢測(cè)出需要繼續(xù)掃描的低質(zhì)量區(qū)域。機(jī)器人會(huì)將掃描儀定位在“下個(gè)最佳掃描角度”,而且軟件會(huì)通過算法不停評(píng)估被掃描物體表面潛在的低質(zhì)量區(qū)域,避免了細(xì)節(jié)的損失。
“與以前的掃描規(guī)劃方法不同,我們并不是為了最小化覆蓋對(duì)象的掃描次數(shù),而是為了確保獲得高質(zhì)量的掃描結(jié)果。”研究人員說。
最終生成的3D模型完全忠實(shí)于原始的對(duì)象。
描過程使用了阿泰克提供的開發(fā)工具 Artec's Scanning SDK進(jìn)行編程。 整個(gè)過程可自動(dòng)重復(fù),只有達(dá)到了指定的建模要求才會(huì)停止。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)之所以選擇阿泰克Spider 3D掃描儀是由于其令人難以置信的高精確度,它能夠生成高達(dá)0.1毫米的高分辨率像,而且精度可達(dá)0.05毫米,每秒可捕獲7.5幀和處理1百萬個(gè)點(diǎn)。它比激光掃描儀更快,并且不需要復(fù)雜的后處理。不過Spider的價(jià)格也很昂貴,高達(dá)1.57萬歐元/臺(tái),但考慮到它能夠以前所未有的精度再現(xiàn)掃描對(duì)象的細(xì)節(jié),這樣的投資還是值得的。
阿泰克集團(tuán)總部位于盧森堡,被視為數(shù)字化捕獲和處理三維表面領(lǐng)域的權(quán)威專家,其配套的3D掃描軟件(許可證)售價(jià)約為500歐元左右。
為了證明這一全新掃描方法的優(yōu)勢(shì),研究人員將其與另外兩個(gè)最先進(jìn)的基于“下個(gè)最佳掃描角度(NBV)”的掃描算法進(jìn)行了比較,一個(gè)注重于可視化,另一個(gè)則注重邊界。 Spider和SDK技術(shù)在質(zhì)量和表面重建兩方面都要優(yōu)于前面提到的兩種算法。(見下圖)
他們還將其與以曲率和密度為基礎(chǔ)的方法進(jìn)行了比較,甚至用人工手持Spider掃描獲得的3D模型,與由PR2工業(yè)機(jī)器人的掃描結(jié)果進(jìn)行比較。在所有情況下,阿泰克Spider/機(jī)器人相結(jié)合的方法產(chǎn)生了較好的效果,而且掃描次數(shù)也較少。見下圖
該研究團(tuán)隊(duì)的成員主要來自視覺計(jì)算研究中心、特拉維夫大學(xué)、紐芬蘭紀(jì)念大學(xué),Konstaz大學(xué)和山東大學(xué)。
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