3D扫描技术工作原理

物理世界的物体除了空间位置，它们自身也有维度。物体可以是0维、1维、2维或3维。

让我们想象一个非常小的物体，例如原子，我们认为它几乎不占任何空间，把它称为一个点。如果一个点对象存在空间位置，并用x、y、z坐标描述，但本身没有维度，我们将其称为0维物体。虽然我们可以找到为1维、2维或3维物体扫描的扫描仪，但我们无法扫描0维物体。

细链条就是1维物体。除了第一环和最后一环，每一环都只有两位“邻居”，即相邻锁链。

薄纸（c）就是2维物体，和长宽相比，它第三个维度（厚度）可以忽略不计。

3维物体最直观的例子就是箱子，它有长宽高，且在三个维度上都占据一定空间。

就目前市面上的专业3D扫描仪而言，制造商都会在产品介绍和宣传中清晰注明可3D扫描的最佳物体尺寸。3D扫描仪本身的尺寸也各不相同，有自动桌面式扫描仪，用于小微型物体扫描，手持式结构光扫描仪，用于中小型物体扫描，也有3D激光扫描仪这样的大型扫描仪，用于大型和超大型物体扫描。当然，这些扫描仪制作的3D模型也可根据需要，通过专业CAD设计软件调整尺寸。

由于光线会因环境不同而有不同表现，所以3D视觉感官不一定每次都准确。

即便在现实世界，每个物体的3D尺寸都超过了一纳米，但人眼或现代扫描仪很难同时观看到物体的所有表面，这是因为视觉会受到其他物体的遮挡。这包括不透明的复杂物体，它们的后部就会被前部遮挡。

为了看到整个3D外形，多角度观察（扫描）物体这点非常重要，尤其是在外形未知的情况下。如果是色彩几何单一的大型物体，也很难进行3D感知，比如一些平面或者十分顺滑的表面。

这是因为我们的视觉感官需要一定反差才能聚焦，色彩单一、肌理规则的表面是不存在任何反差的。黑色表面也是同样道理。

正是因为上述原因，许多专业3D扫描仪很难捕获黑色或深色表面。对许多技师和3D扫描专家而言，这造成了不小的难题，因为他们可能需要采用不同的扫描策略，甚至是完全不同的扫描仪。因此，哪怕偶尔会遇到黑色表面的3D扫描工作，我们也应该在购买前尝试一下3D扫描仪的这项性能。选择一台扫描仪不仅仅需要关心准确度和分辨率。

在计算机平面和3D扫描中，顶点就是指描述一个点不同属性的数据结构。任何一点的主要属性就是它的位置，其他属性包括色彩、反射比、坐标、法向量、切向量等。

通常来说，顶点就是直线、曲线、边交汇的点，所以这一基本几何特征也用来描述其他复杂几何，比如边、表面、网格、曲面等。这也就是为什么一些顶点属性描述的不仅仅是一个点，而是一个点附近的整个曲面。

点云就是3D扫描仪，尤其是3D激光扫描仪，生成的一组顶点。

平面是几条边组成的闭合表面。平面的每个顶点都有两条相邻的边。三角形平面有三条边，四边形有四条边。三条边以上构成的平面叫做多边形，有几条边，我们就称其为几边形。

三条边以上构成的平面叫做多边形，有几条边，我们就称其为几边形。五边形拥有5条边，六边形6条，七边形7条，八边形8条。

由4条边以上构成的多边形都可以由一定数量的三角形或四边形替换。

整个笛卡尔坐标系可以分割成小型长方形平行六面体（由6个平行四边形组成的3D图像），这些六面体被称为体素。如果x、y、z三轴尺寸相同，它们就是立方体。经过体素简化后，任何固体都可以由一定数量的体素构成。体素越小，估算值越精确。

像素

体素

体素坐标由数据阵列中的位置定义。数据标准字符和体素的基本形状让处理过程简单可靠，但这也需要更多的磁盘空间来储存，以及更多内存来处理。和2D数码图像类似，非长方形曲面呈现的体素平面包含离散数据。

如果要保证一个非长方形模型的精确度，那就必须包含很小的体素。由于这样操作需要大量磁盘空间，所以一般不用体素来呈现这类物体。体素在呈现复杂多样的物体时更加高效，所以它们也更多地应用于3D扫描、成像和CAD解决方案中。