3Dスキャンのクラッシュコース

3Dスキャナーとは何か？

3Dスキャナーは、物理的な物体や環境を精密にデジタル化する強力なツールです。その形状や、場合によっては色などの外観に関する三次元データを収集することで、正確なデジタルコピーを作成します。このモデルはソフトウェアを使って編集や操作が可能で、3Dプリントによって実体化することもできます。

3Dスキャナーの用途

3Dスキャナーの多様性は本当に驚くべきものです。リバースエンジニアリングや製品設計から3Dプリント、AR/VR、eコマース、品質管理、工業用プロトタイピング、医療ソリューション、自動車のカスタム改造など、幅広い分野で活用されています。その可能性は無限大です。

なぜ3Dスキャナーを使うのか？

3Dスキャナーを使用する主な理由は、時間とコストを大幅に節約できることです。正確な寸法を持つモデルを最も迅速かつ正確に作成する方法を提供し、手動での計測やそれに伴う誤りの可能性を排除します。この実用的な価値が、さまざまな産業において3Dスキャナーをゲームチェンジャーにしています。

定規やノギス、分度器を使って物体を手動で計測し、CADソフトウェアでモデルを構築することもできます。しかし、物体のサイズや複雑さによっては、それに何時間も、場合によっては何日もかかり、しかも誤った寸法になる可能性があります。そのため、多くの時間を無駄にするよりも、3Dスキャナーを使えば最小限の手間で目的を達成できます。

スキャンのプロセスは？

スキャンのプロセスは使用するスキャナーの種類によって異なりますが、一般的には、スキャナーを使って物体をスキャンし、生の点群（ポイントクラウド）を作成します。点群とは、スキャンした物体の形状を表す空間内のデータ点の集合です。その後、生の点群を融合させて統一された点群を作成します。

融合された点群を作成した後、それを3Dメッシュに変換します。これにより、点群のすべての点が接続され、立体の3D表面が作成されます。この時点で、アプリケーションによって次のステップが決まります。Unreal Engineにモデルを読み込んでビデオゲームに使用したり、QuickSurfaceやGeoMagic WrapにインポートしてCADアプリケーションでスケッチしたり、3Dスライサーソフトウェアで3Dプリントの準備をすることもできます。

3Dスキャナーの種類

主な3Dスキャニングソリューションには5つのタイプがあります。

構造化光（Structured Light）

- 構造化光を使用する3Dスキャナーは、通常、赤外線または青色光のプロジェクターと、スキャン対象物から跳ね返る幾何学的な光パターンの偏差を検出する2つの深度カメラを備えています。

このスキャン方法では、黒色、光沢のある表面、または透明な表面にはスキャンスプレーを使用する必要があります。

メリット	デメリット
高精度と高解像度	直射日光では動作しない
赤外線は人をスキャンするのに適しています	スキャナーは高価なことがありますが、近年はずっと手頃になっています
比較的良いスキャン結果を得るのが簡単です	巨大な物体をスキャンできません

レーザー

- この方法を使用する3Dスキャナーは通常、物体に青いレーザーを投影し、光が戻るまでの時間を検出するために角度のついたカメラを使用します。このタイプのスキャンは優れた精度と解像度を提供しますが、表面を完全にキャプチャするためには複数回スキャンする必要があるため、スキャンの完了には時間がかかることがあります。

メリット	デメリット
高い精度と解像度	スキャナーは高価ですが、MetroXのような一部の例外を除いています
暗い反射面をキャプチャする課題を軽減します	構造化光と比較して、一般的にスキャン速度が遅くなります

フォトグラメトリ

- カメラを使用して物体のさまざまな角度から複数の写真を撮影し、それらをソフトウェアにインポートして画像を3Dモデルに組み合わせます。これは、あなたのスマートフォンのカメラで今すぐ行うことができます。ただし、カメラの品質が精度を制限し、良好な3Dモデルを得るのはかなり複雑なプロセスになることがあります。

メリット	デメリット
ドローンを使用すると、建物のような巨大な物体をスキャンできます	正しく行うのは難しいです
良質なテクスチャ	一部の産業用途には十分な精度がないかもしれません
安価ですが、正確なスキャンには高性能のカメラが必要です	強力なコンピュータと専門のソフトウェアが必要です

接触

物体に直接接触する物理プローブを使用し、その表面に沿って移動してスキャンします。接触スキャナーは非常に高精度で、通常は誤差が最小限の産業用途で使用されます。

メリット	デメリット
非常に正確	かなり遅い
透明または反射する表面をスキャンできます	設定が複雑になることがあります

光検出と測距 (LiDAR)

この方法は、物体とスキャナーのセンサー間の光の速度を測定して、物体の表面ジオメトリを測ります。あなたはこれにもっと慣れているかもしれません。iPhone 12以降、ProモデルにはLiDARスキャナーが含まれており、アプリを使用すると基本的な3Dスキャンが可能です。

メリット	デメリット
巨大な物体をスキャンできます	スキャンが遅い
使いやすい	精度が低い

LiDARは一部のiPhoneに搭載されていますが、通常は住宅、建設現場、大型車両、またはサブミリメートルの精度が必要ない地理的特徴の大規模な物体スキャンにより多く使用されます。

3Dスキャナーの選び方

選択は、キャプチャしたい物体のサイズと予算に依存します。物体のサイズに応じて設計されたさまざまなタイプのスキャナーがあるため、3Dスキャナーを選択する前にスキャンしたいものを考慮することが重要です。

私たちの便利なサイズガイドは、あなたのニーズに最適なスキャナーを迅速に特定するのに役立ちます。

10の重要なスキャン用語

精度 (Accuracy) – 3Dモデルの寸法がスキャンされた物体にどれだけ近いか。

キャプチャエリア (Capture Area) – 3Dスキャナーが特定の距離で単一フレームでキャプチャできる領域。

キャプチャ範囲 (Capture Range) – スキャナーが物体からどれだけ近くまたは遠くにあっても効果的にキャプチャできるか。

点群 (Point Cloud) – 三次元空間に表示される小さな点の集まりで、各点は3Dスキャナーによってキャプチャされた物体の表面上の点を示します。

点間距離 (Point Distance) – 点群内のポイント間の距離。ポイント間のスペースが小さいほど、点群の解像度が高くなります。

精度 (Precision) – 3Dスキャナーが繰り返しスキャンを行った場合に、互いに近い測定値を提供する能力。

解像度 (Resolution) – 点間距離と同じ。

スキャン速度 (Scanning Speed) – 通常はフレーム毎秒 (fps) またはポイント毎秒で表示され、3Dスキャナーが物体をスキャンする際に1秒間に収集できるデータの量。

スキャンボリューム (Scan Volume) – 通常、3Dスキャナーがキャプチャできる最小および最大の物体ボリューム。

作業距離 (Working Distance) – 3Dスキャナーが物体を成功裏にスキャンできる最小および最大距離。