極速搞懂3D掃描後處理步驟
近年來，由於電腦效能提升，高CP值3D掃描器的推出，3D掃描開始廣泛進入人們的視野，特別是在製造業領域。3D掃描對量測和逆向工程非常方便有用，但3D掃描完獲得原始檔後必須將其進行一系列的處理才能用於後續的應用。
在本篇文章中，我們將詳細解釋3D掃描獲得數據後需要做什麽樣的處理以及具體的程序。若您正在考慮導入3D掃描技術可以參考。
什麽是3D掃描的數據格式？
從3D掃描獲得的原始檔是”點資料”檔案（格式為.asc），它具有X、Y和Z空間座標信息，一般需要大量的點才能完整建構一組立體模型，因此點資料也被稱為點雲（Point Cloud）。
由於大部分的工程建模軟體無法讀取點資料，點資料需要經過優化處理再將其轉換為網格數據後才能被一般的CAD工程建模軟體使用。
點雲檔處理和轉換步驟
所以，具體是如何處理和轉換點雲數據呢？以下說明點雲檔案所需的處理以及如何將其轉換為網格的步驟。
1. 刪除不必要的部分。
首先，3D掃描器掃描物體時，不會只掃描到物體本身，物件所處的桌子和周圍的物體也不可避免地會被掃描並一起擷取為點雲數據，這些不必要的數據需要刪除。
這個過程很簡單，只需在掃描軟體中選擇你想刪除的區域後將其刪除，保留必要的部分後再將這些點資料進行對齊和合併。
2. 對齊與合併
用3D掃描器擷取得到的點資料是由許多不同角度重疊組成完整的立體資訊，掃描過程建議從多個角度進行擷取，角度越多得到的立體資訊越多，後期做檢測或是逆向工程可以參考的資料就越豐富。
從不同角度得到的點資料會需要將其進行對齊以拼湊出一個完整的立體資訊，如果對齊不準就不能產生高精度的數據。基本上，對齊是在掃描軟體上進行的，一般是根據物件的外觀特徵進行對齊，只要有超過三分之一以上為相同的區域的狀況下一般是可以精準對齊，但若物件外觀太過單一（如瓶罐、平整的桌面等）的狀況可能會無法精準對齊，精度也會受到影響。為了防止這種情況，一般會使用”標誌點”拼接的功能，其原理是將特殊的標誌點貼到物件上，掃描過程中以標誌點取代特徵識別相對位置進行掃描和對齊。標誌點拼接可以有效將外觀單一的物件精準對齊。一般的狀況下，標誌點拼接會比特徵拼接來的更精準。
盡可能將物件以各個角度都掃描完整且對齊後就可以將這些點資料進行合併， 在這個步驟中，為避免檔案太大軟體會將重複的點進行合併刪除，將點資料進行優化，同時重新排列布局以利模型網格封裝。
將點資料網格化
如上述，一般的CAD工程軟體無法導入點資料，因此會需要將點資料進行封裝處理，將點資料串成三角網格面，也就是所謂的.stl檔案格式。網格封裝分為“封閉封裝”與“非封閉封裝”兩種，主要差異在於掃描資料有缺失的地方（破洞）是否要將其完整封閉或是保留。完整封閉成實體後的網格檔可以直接輸出到3D列印機進行列印，適合公仔模型等數位雕刻領域的應用；非封閉封裝則適合量測及逆向工程等重視精度的製造業領域。
封裝的過程非常簡單，透過掃描軟體中的“模型封裝”功能即可輕鬆將點資料轉換為網格數據。但是，3D掃描資料量大的狀況下封裝可能需要幾十分鐘，規格較好的電腦相對可以縮短不少時間。
1. 簡化
3D掃描檔案是大量的點與面資料的集合，往往檔案都相當龐大，且由於檔案格式及演算邏輯的問題，CAD工程建模軟體通常不太擅長處理網格檔案，檔案超過100Mb以上光是將資料輸入進軟體可能就要花上不少時間，電腦效能不夠好則很有可能當機，旋轉一個角度要等幾十秒等，相當麻煩。因此建議在掃描完成後針對需求適當將掃描檔案簡化，方便後續編輯的效率。
2. 平滑化
由於物件的材質、環境光源、周圍物件等因素，掃描得到的點資料表面可能會有微小的凹凸雜訊， 平滑化即是將這些雜訊減輕的一個功能，透過指定百分比來設定平滑的程度。平滑化雖是依照點資料的起伏進行平均，但注意不要過度平滑，過多的平滑會導致細節不見與原始形狀產生誤差，例如倒圓角可能會比原始物件還大，專業的逆向工程軟體可以透過更多細微的平滑參數進行設定。
3. 補洞
3D掃描過程需要盡量改變掃描器跟物件的角度擷取點資料，但由於有些死角的部分，特別是倒鉤、深溝、通孔、複雜空氣流道等，光打不到就掃不到資料，這些地方會形成破洞。此外，也可以先將不需要的特徵面刪除，再利用補洞功能將其補平，特別是有些重要的面如果有破洞則在逆向工程截取草圖時會不太方便，這時補洞功能即可大大派上用場。補洞的邏輯是根據洞周圍的形狀及選擇的補洞方式進行補洞。
補洞完成後即完成掃描檔基本整理，此時可以導入後續的CAD工程建模軟體內進行後續應用。
推薦掃描後處理軟體
EinScan掃描器附帶的ExScan掃描軟體具有強大的後處理功能，從對齊合併、封裝、簡化、平滑化、補洞都有相對應功能可以使用並解決問題。但因為方便使用者使用，能調整的參數並不多，建議若對於需要高效率處理掃描檔案進行逆向工程應用需求，建議考慮購買3DSystems Geomagic系列包括 “Design X”、“Wrap”、“Essentials”都是不錯的選擇，可大幅提升逆向設計變更效率。
起點設計對於3D掃描器操作、點雲檔案處理及後續的應用都有專門人員負責，我們將針對貴公司遇到的問題及想達到的目標提出最適當的建議，若您對於掃描後續軟體搭配有任何疑問，都歡迎聯絡我們。
