Technology | 3D扫描逆向建模技术分享

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引言：近年来，3D扫描逆向建模技术在各个行业中的应用在不断增长，这种方法主要利用3D激光扫描仪等设备进行现场采集，后端配以软件解读数据、自动或半自动的建立三维模型，相对于正常顺序的建模来说，这种建模方法可以谓之“逆向建模”。今天就让我们一起来了解这项前沿技术的详细信息以及具体应用场景。

3D扫描逆向建模技术简介

3D scanning reverse modeling technology

逆向建模（Reverse Modeling）是逆向工程的一个分支，是基于现实中存在的实物通过扫描进行逆向建模的一种方式。

逆向建模技术中包括：点云逆向建模、照片逆向建模、三维扫描逆向建模等技术。

逆向建模是一种不同的建模思路，但是无论采用哪种逆向建模的技术，都需要相应的设备，生成的模型经过修改后也能适用于各个场景。

三维激光扫描技术的发展，在不接触物体表面的情况下，快速捕获复杂的自由形状，生成高精度点云数据，这是传统测量方法或测头无法实现的。

在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合也称之为点云。无论是照片逆向建模、雷达扫描逆向建模、激光扫描逆向建模最先生成的都是点云，通过对点云的疏密度及空间位置的计算从而生成三维模型这个过程叫点云转三维模型，最后将纹理映射到三维模型上，生成一个完整的三维模型。

生活中的扫描仪Revopoint POP3D

Life scanner Revopoint POP3D

它可以实现高精度彩色扫描，把握彩色纹理并直接输出3D打印内容；它可以用安全且不可见的光源扫描面部、人体和动物。Revopoint POP携带方便，能直接带到户外手持式扫描大型雕像。它还可以执行高精度固定扫描，快速建模，进行创新设计。

Revopoint POP三维扫描仪采用双目结构光设计，保证了获取的三维点云数据具有较高的精度，最高单帧精度可达0.3mm。当用它扫描人脸时，可以设置为“人体”模式，被扫描的人不会感受到任何异样，就能直接输出一个高精度的脸部立体模型，具有逼真的纹理。动物也不会被强劲的激光吓坏。

在户外，只需要拿着它，就能扫描一个6英尺高的雕像。如果不够熟练，可以在转盘的帮助下固定扫描，由扫描仪自动完成工作。

另外，传统的三维扫描仪使用复杂的软件，Revopoint POP包容性极强，所有相关进度和信息将实时显示在软件界面上，不断提醒扫描进度和结果。如果在扫描过程中遇到问题，也可以随时暂停、撤销和更正。还能够同步从多个不同角度扫描，以不断加强同一型号的自动对准技术。扫描仪内置芯片可以完成大部分的计算和绘图工作，采用一种高效、轻量级的算法，因此它不需要连接PC或手机。

逆向建模技术在建筑领域的运用

Application of reverse modeling technology in architecture field

上海音乐厅建成于1930年，前身为南京大戏院，是具有西方古典主义风格的戏院，1959年改建为上海音乐厅，是全国首座音乐厅。

作为演艺大世界核心剧场之一、有着90年悠久历史的上海音乐厅自2019年3月起开启了平移14年后的首次修缮工程，历经一年半封闭式修缮，将于2020年9月6日重新开业向公众开放。

工程师团队构建了上海音乐厅全生命期数字化孪生平台，通过三维激光扫描，无人机航拍、近景测量等先进手段，结合BIM技术进行实景逆向建模，把建筑整体结构、立面装饰装修等，尤其是重要特色保护部位，通过数字化形式获取信息，建立上海音乐厅三维数字化档案库，对特色部位及其建造信息、人文信息等进行数字化扫描采集，同步建立历史建筑修缮信息库，将数据资料与三维模型进行同步联动，实现文物建筑的可阅读，可为建筑物全生命期的原真性修缮提供数字化珍贵资料；同时也为构筑上海音乐厅“体验优先、场景化服务”的网上实景漫游提供有效素材；在音乐与建筑的交融下，进一步展示和宣传上海音乐厅的文化底蕴。

3D扫描技术下的新时尚

The new fashion under 3D scanning technology

虚拟时装秀是模拟真人时装秀，基于3D&VR试衣设计基础之上，根据不同服装风格设计不同3D秀场的走秀。设计师们打破常规时装周将其数字化，利用交互式虚拟现实技术来代替需要搭乘10小时飞机远赴海外仅参加15分钟的T台大秀，借以现代科技方式来展示他们的作品。

早在2019年，全球首个虚拟时装秀就在巴黎时装周上出现了，它以视频的方式在巴黎EP画廊的外墙LED屏幕上播放，主要由数字渲染技术组成。

该场时装秀上，号称世界上第一个虚拟黑人超模Shudu也出现在了大众的视野中。她是由摄影师詹姆斯·威尔逊用3D技术制作出来的虚拟形象，她有着黝黑的肌肤，完美的身材让人难以辨别她存在的真伪。因为近乎完美的外形，短短几天内，Shudu的Instagram账号就吸引了十几万人关注，粉丝们对于这位虚拟超模的兴趣似乎一点儿也不亚于对真实模特的热爱。

这场虚拟的时装秀，在没有秀场、没有模特的情况下，向观众展现了服装上身的效果。每件衣服都以3D的形式出现在黑色背景下，就好像是隐形模特在T台上昂首阔步，每一件衣服都紧贴着每一条曲线。这一场秀，被时装界誉为具有开创性突破的一场秀。

模特扫描全程由BodyCapture单反相机阵列完成，VR3D 瞬时三维成像系统系列产品利用近景摄影测量原理，通过同步相机阵列和闪光灯系统，可以瞬间捕捉到拍摄者全方位的信息。此外，通过集成的Auto Modelling自动建模软件，一键获取三维模型，再经由渲染等步骤，就可以得到理想的效果。

3D扫描技术助推造车新时代

3D scanning technology is boosting a new era of car building

新车设计源于设计师对未来车型的思考和理解以及其在生活中汲取的创作灵感。设计师通过绘制草图来呈现其设计灵感，透过1:1胶带图等来落地设计，实现技术参数、结构特征与美学的完美平衡。再结合专业CAD软件，将平面设计转换为三维模型。在初期的设计竞选中脱颖而出的设计想法，将有机会通过1:1的油泥模型来呈现。

车辆设计不仅是艺术的创造，也是技术的创新，一个模型从诞生到理想的完美状态需要花费很长的时间。从车身的优美曲线到符合空气动力学结构的车身特征，车身的设计经过了不断的打磨，一丝一毫都至关重要。
与传统工艺相比，在验证模型、修改模型时，三维扫描仪凭借快速精准的扫描方式，可以更加完整、明确、高效地记录设计师的修改意图和理念。可快速捕捉车模的形状特征，获取物体表面的点云数据。这些数据可用于建立CAD模型来记录各个模型的修改版本，以及后续的数据存档。