3D स्कैनिंग किसी वास्तविक-विश्व की वस्तु या परिवेश का विश्लेषण करके उसके आकार और संभवतः उसके स्वरूप, जैसे रंग, का त्रि-आयामी डेटा एकत्र करने की प्रक्रिया है। एकत्रित डेटा का उपयोग बाद में डिजिटल 3D मॉडल बनाने के लिए किया जा सकता है। एक 3D स्कैनर कई अलग-अलग तकनीकों पर आधारित हो सकता है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी सीमाएं, लाभ और लागतें होती हैं। डिजिटल रूप में परिवर्तित की जा सकने वाली वस्तुओं के प्रकार में अभी भी कई सीमाएं मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, ऑप्टिकल तकनीक को गहरे, चमकदार, परावर्तक, या पारदर्शी वस्तुओं के साथ कठिनाइयों का सामना करना पड़ सकता है, जबकि औद्योगिक कंप्यूटेड टोमोग्राफी स्कैनिंग, स्ट्रक्चर्ड-लाइट 3D स्कैनर, LiDAR, और टाइम-ऑफ-फ्लाइट 3D स्कैनर का उपयोग विनाशकारी परीक्षण के बिना डिजिटल 3D मॉडल बनाने के लिए किया जा सकता है।
एकत्रित 3D डेटा विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है। इन उपकरणों का उपयोग मनोरंजन उद्योग द्वारा फिल्मों और वीडियो गेम के निर्माण में बड़े पैमाने पर किया जाता है, जिसमें आभासी वास्तविकता शामिल है। इस तकनीक के अन्य सामान्य अनुप्रयोगों में संवर्धित वास्तविकता, मोशन कैप्चर, जेस्चर रिकग्निशन, रोबोटिक मैपिंग, औद्योगिक डिजाइन, ऑर्थोटिक्स और प्रोस्थेटिक्स, रिवर्स इंजीनियरिंग और प्रोटोटाइपिंग, गुणवत्ता नियंत्रण और निरीक्षण, और सांस्कृतिक कलाकृतियों का डिजिटलीकरण शामिल हैं।
कार्यप्रणाली
3D स्कैनर का उद्देश्य आमतौर पर एक 3D मॉडल बनाना होता है। यह 3D मॉडल विषय की सतह पर ज्यामितीय नमूनों के पॉलीगॉन मेश या पॉइंट क्लाउड से बना होता है। इन बिंदुओं का उपयोग बाद में विषय के आकार का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है, एक प्रक्रिया जिसे पुनर्निर्माण कहा जाता है। यदि प्रत्येक बिंदु पर रंग की जानकारी एकत्र की जाती है, तो विषय की सतह पर रंग या बनावट भी निर्धारित की जा सकती है।
3D स्कैनर कैमरों के साथ कई विशेषताएं साझा करते हैं। अधिकांश कैमरों की तरह, उनके पास एक शंकु-जैसा दृश्य क्षेत्र होता है, और कैमरों की तरह, वे केवल उन सतहों के बारे में जानकारी एकत्र कर सकते हैं जो अस्पष्ट नहीं हैं। जबकि एक कैमरा अपने दृश्य क्षेत्र के भीतर सतहों के बारे में रंग जानकारी एकत्र करता है, एक 3D स्कैनर अपने दृश्य क्षेत्र के भीतर सतहों के बारे में दूरी की जानकारी एकत्र करता है। 3D स्कैनर द्वारा उत्पादित "चित्र" चित्र के प्रत्येक बिंदु पर एक सतह की दूरी का वर्णन करता है, जिससे प्रत्येक बिंदु की त्रि-आयामी स्थिति की पहचान की जा सकती है।
कुछ स्थितियों में, एक एकल स्कैन विषय का पूर्ण मॉडल उत्पन्न नहीं करेगा। विषय के सभी पक्षों के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए आमतौर पर विभिन्न दिशाओं से कई स्कैन उपयोगी होते हैं। इन स्कैनों को एक सामान्य संदर्भ प्रणाली में लाया जाना चाहिए, एक प्रक्रिया जिसे आमतौर पर संरेखण या पंजीकरण कहा जाता है, और फिर एक पूर्ण 3D मॉडल बनाने के लिए विलय कर दिया जाता है। यह पूरी प्रक्रिया, एकल रेंज मैप से पूरे मॉडल तक, आमतौर पर 3D स्कैनिंग पाइपलाइन के रूप में जानी जाती है।
संपर्क प्रौद्योगिकियां
संपर्क 3D स्कैनर भाग को शारीरिक रूप से जांच कर और जांच के भाग के चारों ओर घूमने पर सेंसर की स्थिति को रिकॉर्ड करके काम करते हैं। संपर्क 3D स्कैनर के दो मुख्य प्रकार हैं: कोऑर्डिनेट मेजरिंग मशीनें (सीएमएम) और आर्टिकुलेटेड आर्म्स।
कोऑर्डिनेट मेजरिंग मशीनों में पारंपरिक रूप से तीन लंबवत गतिशील अक्ष होते हैं, जिनमें Z अक्ष पर एक टच प्रोब लगा होता है। जैसे ही टच प्रोब भाग के चारों ओर घूमता है, प्रत्येक अक्ष पर सेंसर XYZ निर्देशांक उत्पन्न करने के लिए स्थिति रिकॉर्ड करते हैं। आधुनिक सीएमएम पांच-अक्ष प्रणाली हैं, जिनमें दो अतिरिक्त अक्ष घूमने वाले सेंसर हेड द्वारा प्रदान किए जाते हैं। सीएमएम 3D माप का सबसे सटीक रूप हैं, जो माइक्रोन परिशुद्धता प्राप्त करते हैं। सटीकता के बाद सीएमएम का सबसे बड़ा लाभ यह है कि इसे स्वायत्त (सीएनसी) मोड में या मैनुअल जांच प्रणाली के रूप में चलाया जा सकता है। सीएमएम के नुकसान उनकी प्रारंभिक लागत और उन्हें संचालित करने के लिए आवश्यक तकनीकी ज्ञान हैं।
आर्टिकुलेटेड आर्म्स में आमतौर पर प्रत्येक जोड़ पर ध्रुवीय सेंसर के साथ कई खंड होते हैं। जैसे ही आर्टिकुलेटेड आर्म भाग के चारों ओर घूमता है, सेंसर अपनी स्थिति रिकॉर्ड करते हैं, और जटिल गणित और कलाई के घूर्णन कोण और प्रत्येक जोड़ के हिंज कोण का उपयोग करके बांह के अंत का स्थान गणना किया जाता है। आमतौर पर सीएमएम जितने सटीक नहीं होते हैं, फिर भी आर्टिकुलेटेड आर्म्स उच्च सटीकता प्राप्त करते हैं और सस्ते और उपयोग में थोड़े आसान होते हैं। उनके पास आमतौर पर सीएनसी विकल्प नहीं होते हैं। आधुनिक सीएमएम और आर्टिकुलेटेड आर्म्स दोनों को टच प्रोब के बजाय गैर-संपर्क लेजर स्कैनर से भी लैस किया जा सकता है।
गैर-संपर्क सक्रिय प्रौद्योगिकियां
सक्रिय स्कैनर किसी वस्तु या पर्यावरण की जांच करने के लिए किसी प्रकार का विकिरण या प्रकाश उत्सर्जित करते हैं और उसके प्रतिबिंब या वस्तु से गुजरने वाले विकिरण का पता लगाते हैं। उपयोग किए जाने वाले उत्सर्जन के संभावित प्रकारों में प्रकाश, अल्ट्रासाउंड, या एक्स-रे शामिल हैं।
टाइम-ऑफ-फ्लाइट
टाइम-ऑफ-फ्लाइट 3D लेजर स्कैनर एक सक्रिय स्कैनर है जो विषय की जांच के लिए लेजर प्रकाश का उपयोग करता है। इस प्रकार के स्कैनर के केंद्र में एक टाइम-ऑफ-फ्लाइट लेजर रेंज फाइंडर होता है, जो प्रकाश की एक पल्स के राउंड-ट्रिप समय को मापकर एक सतह की दूरी का पता लगाता है। एक लेजर प्रकाश की एक पल्स उत्सर्जित करता है, और परावर्तित प्रकाश को एक डिटेक्टर द्वारा देखे जाने से पहले का समय मापा जाता है। चूंकि प्रकाश की गति c ज्ञात है, राउंड-ट्रिप समय प्रकाश की यात्रा दूरी निर्धारित करता है, जो स्कैनर और सतह के बीच की दूरी का दोगुना है। यदि t राउंड-ट्रिप समय है, तो दूरी c⋅t/2 के बराबर है। टाइम-ऑफ-फ्लाइट 3D लेजर स्कैनर की सटीकता इस बात पर निर्भर करती है कि समय t को कितनी सटीकता से मापा जा सकता है: 3.3 पिकोसेकंड (लगभग) वह समय है जो प्रकाश को 1 मिलीमीटर यात्रा करने में लगता है।
लेजर रेंज फाइंडर केवल अपने दृश्य की दिशा में एक बिंदु की दूरी का पता लगाता है। इस प्रकार, स्कैनर विभिन्न बिंदुओं को स्कैन करने के लिए रेंज फाइंडर की दृश्य दिशा बदलकर अपने पूरे दृश्य क्षेत्र को एक बार में एक बिंदु स्कैन करता है। दृश्य दिशा को या तो रेंज फाइंडर को घुमाकर या घूमने वाले दर्पणों की प्रणाली का उपयोग करके बदला जा सकता है। बाद वाली विधि आमतौर पर उपयोग की जाती है क्योंकि दर्पण बहुत हल्के होते हैं और इस प्रकार उन्हें बहुत तेज़ी से और अधिक सटीकता के साथ घुमाया जा सकता है। विशिष्ट टाइम-ऑफ-फ्लाइट 3D लेजर स्कैनर हर सेकंड 10,000 से 100,000 बिंदुओं की दूरी माप सकते हैं। टाइम-ऑफ-फ्लाइट डिवाइस 2D कॉन्फ़िगरेशन में भी उपलब्ध हैं, जिन्हें टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरा कहा जाता है।
त्रिभुजन
त्रिभुजन-आधारित 3D लेजर स्कैनर भी सक्रिय स्कैनर हैं जो पर्यावरण की जांच के लिए लेजर प्रकाश का उपयोग करते हैं। टाइम-ऑफ-फ्लाइट स्कैनर के विपरीत, त्रिभुजन लेजर विषय पर एक लेजर चमकाता है और लेजर बिंदु के स्थान को देखने के लिए एक कैमरे का उपयोग करता है। लेजर कितनी दूर किसी सतह से टकराता है, इसके आधार पर, लेजर बिंदु कैमरे के दृश्य क्षेत्र में विभिन्न स्थानों पर दिखाई देता है। इस तकनीक को त्रिभुजन कहा जाता है क्योंकि लेजर बिंदु, कैमरा और लेजर उत्सर्जक एक त्रिभुज बनाते हैं। त्रिभुज की एक भुजा की लंबाई (कैमरे और लेजर उत्सर्जक के बीच की दूरी) ज्ञात होती है, और लेजर उत्सर्जक का कोण और कैमरे का कोण ज्ञात होता है, इसलिए विषय की दूरी की गणना की जा सकती है। त्रिभुजन स्कैनर आमतौर पर टाइम-ऑफ-फ्लाइट स्कैनर की तुलना में अधिक सटीक होते हैं लेकिन उनकी सीमा कम होती है।
स्ट्रक्चर्ड लाइट
स्ट्रक्चर्ड-लाइट 3D स्कैनर विषय पर प्रकाश का एक पैटर्न (जैसे ग्रिड या धारियां) प्रोजेक्ट करते हैं और पैटर्न के विरूपण को मापने के लिए कैमरों का उपयोग करते हैं। सतह के आकार की गणना करने के लिए पैटर्न विरूपण का विश्लेषण किया जाता है। यह विधि एक ही शॉट में एक बड़े क्षेत्र को कैप्चर कर सकती है और अक्सर नज़दीकी सीमा पर वस्तुओं को स्कैन करने के लिए उपयोग की जाती है, जैसे औद्योगिक डिजाइन और सांस्कृतिक कलाकृति डिजिटलीकरण में। स्ट्रक्चर्ड-लाइट स्कैनर कुछ चुनौतीपूर्ण सतहों को सरल लेजर त्रिभुजन से बेहतर संभाल सकते हैं, हालांकि वे अभी भी अत्यधिक परावर्तक या पारदर्शी सामग्री के साथ संघर्ष कर सकते हैं।
LiDAR और टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरे
LiDAR (लाइट डिटेक्शन एंड रेंजिंग) एक रिमोट सेंसिंग विधि है जो पृथ्वी की सतह या अन्य वस्तुओं की दूरी मापने के लिए लेजर पल्स का उपयोग करती है। यह स्वायत्त वाहनों, रोबोटिक मैपिंग और स्थलाकृतिक सर्वेक्षण जैसे अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। टाइम-ऑफ-फ्लाइट कैमरे टाइम-ऑफ-फ्लाइट स्कैनर का 2D सरणी संस्करण हैं, जो एक साथ एक दृश्य में प्रत्येक पिक्सेल के लिए गहराई की जानकारी कैप्चर करते हैं, जो जेस्चर रिकग्निशन और संवर्धित वास्तविकता जैसे वास्तविक समय अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है।
गैर-संपर्क निष्क्रिय प्रौद्योगिकियां
निष्क्रिय स्कैनर कोई विकिरण उत्सर्जित नहीं करते हैं, बल्कि परावर्तित परिवेश विकिरण का पता लगाने पर निर्भर करते हैं। अधिकांश निष्क्रिय स्कैनर दृश्य प्रकाश का पता लगाते हैं, जो आसानी से उपलब्ध है। निष्क्रिय तकनीकों में फोटोग्रामेट्री शामिल है, जो कंप्यूटर विज़न एल्गोरिदम के माध्यम से एक 3D मॉडल का पुनर्निर्माण करने के लिए विभिन्न कोणों से ली गई कई तस्वीरों का उपयोग करती है। यह दृष्टिकोण अक्सर सांस्कृतिक विरासत संरक्षण और Machine learning-आधारित पुनर्निर्माण में उपयोग किया जाता है। अन्य निष्क्रिय तरीकों में सिल्हूट-आधारित तकनीकें और शेप-फ्रॉम-शेडिंग शामिल हैं, हालांकि ये औद्योगिक अनुप्रयोगों में कम आम हैं।
अनुप्रयोग
स्कैनिंग से एकत्रित 3D डेटा विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है। मनोरंजन उद्योग फिल्मों और वीडियो गेम के निर्माण में 3D स्कैनिंग का व्यापक रूप से उपयोग करता है, जिसमें आभासी वास्तविकता वातावरण शामिल हैं। Artificial intelligence और रोबोटिक्स में, 3D स्कैनिंग रोबोटिक मैपिंग और नेविगेशन का समर्थन करती है, जिससे स्वायत्त प्रणालियों को अपने आस-पास को समझने में सक्षम बनाता है। औद्योगिक डिजाइन रिवर्स इंजीनियरिंग और प्रोटोटाइपिंग के लिए स्कैनिंग पर निर्भर करता है, जिससे इंजीनियरों को मौजूदा भागों के डिजिटल मॉडल बनाने की अनुमति मिलती है। स्वास्थ्य सेवा में, स्कैनिंग का उपयोग ऑर्थोटिक्स और प्रोस्थेटिक्स के लिए किया जाता है, जो कस्टम-फिट डिवाइस प्रदान करता है। गुणवत्ता नियंत्रण और निरीक्षण यह सत्यापित करने के लिए स्कैनिंग का उपयोग करते हैं कि निर्मित हिस्से विनिर्देशों को पूरा करते हैं। इसके अतिरिक्त, सांस्कृतिक कलाकृतियों का डिजिटलीकरण संग्रहालयों और शोधकर्ताओं को डिजिटल रूप में ऐतिहासिक वस्तुओं को संरक्षित और साझा करने की अनुमति देता है।
चुनौतियां और सीमाएं
प्रगति के बावजूद, 3D स्कैनिंग अभी भी चुनौतियों का सामना करती है। ऑप्टिकल तकनीकों को गहरे, चमकदार, परावर्तक, या पारदर्शी वस्तुओं के साथ कठिनाई हो सकती है, क्योंकि ये सतहें प्रकाश को अप्रत्याशित रूप से बिखेर या अवशोषित कर सकती हैं। बड़े परिवेशों को स्कैन करना समय लेने वाला हो सकता है और महत्वपूर्ण डेटा प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है। कई स्कैनों का पंजीकरण त्रुटियों को पेश कर सकता है यदि इसे सटीक रूप से नहीं किया जाता है। उच्च-परिशुद्धता स्कैनर, जैसे सीएमएम, की लागत कुछ उपयोगकर्ताओं के लिए एक बाधा बनी हुई है। हालांकि, Deep learning और Neural network विधियों में चल रहे शोध पुनर्निर्माण सटीकता में सुधार कर रहे हैं और स्कैनिंग पाइपलाइन के कुछ हिस्सों को स्वचालित कर रहे हैं।
यह भी देखें
- रिकॉर्ड
- विकिपीडिया
- जनरेटिव एआई
- गूगल डीपमाइंड
- इंटेल
- क्वालकॉम
- अमेज़न वेब सर्विसेज
- अज़ूर
- गूगल क्लाउड
- ओरेकल क्लाउड
- ज़ेरॉक्स पीएआरसी
- एमआईटी सीएसएआईएल
- स्टैनफोर्ड एआई लैब
- कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय
- बर्कले एआई रिसर्च
- ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय
- वेमो
- टेस्ला ऑटोपायलट
- इंट्युटिव सर्जिकल
- टॉमटॉम