Skip links
ذراع روبوت أصفر تحمل ماسحاً ضوئيا وتقوم بتصوير قطعة من هيكل سيارة داخل غرفة مظلمة

تقنيات النسخ ثلاثي الأبعاد

الرئيسية » المقالات » التحكم الآلي » تقنيات النسخ ثلاثي الأبعاد

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

يشير مصطلح النسخ ثلاثي الأبعاد (3D Scanning) إلى عملية تصوير جسمٍ ماديٍّ لتمثيل شكله وأبعاده بدقةٍ في بيئةٍ رقمية، وتعتمد تقنيات المسح ثلاثي الأبعاد على مبادئ فيزيائيةٍ مختلفة، ويمكن تصنيفها إلى المبادئ الفيزيائية التالية:

1- تثليث الليزر (Laser triangulation): يُطلَق شعاع الليزر على سطح، ويُقاس تشوُّه شعاع الليزر.

2- الضوء المنتظم (Structured light): يقاس تشوُّه شبكةٍ ضوئيةٍ عند إسقاطها على سطح.

3- القياس التصويري (Photogrammetry): يُطلق عليه أيضاً المسح ثلاثي الأبعاد من الصور الفوتوغرافية.

4- تقنية المسح ثلاثي الأبعاد القائمة على التلامس (Contact-based 3D scanning technology)، وتستخدم مجساً تلامسياً للقياس.

5- نبضة الليزر (Laser pulse): تعتمد على Time of Flight (ToF) زمن الانطلاق، والعودة لشعاع الليزر. [1]

ما أنواع تقنيات النسخ ثلاثي الأبعاد العملية؟

1- تقنية المسح الثلاثي الأبعاد بالتثليث الليزري (Laser triangulation 3D scanning technology)

تستخدم الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد القائمة على التثليث بالليزر إما خط ليزر أو نقطة ليزر واحدة لنسخ الجسم، ويقوم الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد بإسقاط ضوء الليزر على الجسم، وعندما ينعكس ضوء الليزر يُقاس انحرافه عن مساره الأولي بواسطة حساسٍ أو كاميرا.

بناءً على هذا المسار المُقاس يمكن للنظام اكتشاف زاوية انحراف الليزر، وتشكيل التثليث الليزري حيث إن الزاوية التي بين نقاط خط الليزر والكاميرا تكون قيمتها محددةً مسبقًا، وعندما يجمع مسافاتٍ كافيةً يصبح قادرًا على تعيين سطح الجسم لإعادة إنشائه في صورةٍ ثلاثية الأبعاد، وتتمثل المزايا الرئيسية لتقنية التثليث بالليزر للمسح ثلاثي الأبعاد في الدقة العالية والجودة.

أحد الجوانب السلبية لتقنية تثليث الليزر هو تأثرها بخصائص سطح الجسم، حيث لا يمكن الحصول على الدقة المطلوبة عند نسخ الأسطح شديدة اللمعان، والأسطح الشفافة، والأسطح الداكنة جداً.

2- تقنية المسح للضوء المنتظم (Structured light 3D scanning technology)

تستخدم التثليث المثلثي، ولكنها لا تعتمد على خط الليزر أو نقطة الليزر حيث يقوم مصباح LED أزرق أو ضوء ليزر بإضاءة شريحة DLP لإنشاء شبكة خطوط تسقط على الجسم، ثم يتمُّ قياس تشوُّه الشبكة المُسقطَة على سطح الجسم، وحساب المسافة من الماسح الضوئي إلى سطح الجسم.

يمكن أن يكون الضوء المنظم المُسقط المستخدم في المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد أبيض أو أزرق، وتتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في سرعتها، ودقتها، والأمان بفضل سلامة مصدر الضوء لكن هذه الطريقة حساسة لظروف الإضاءة، وتواجه صعوبةً في العمل في الهواء الطلق، وفي النهار، وفي الأماكن شديدة الإضاءة.

3- تقنية القياس التصويري Photogrammetry 3D scanning (photography)

وهو إجراء القياسات من الصور، ويعتمد القياس التصويري على مزيجٍ من أنظمة الذكاء الاصطناعي (Computer vision)، وخوارزميات هندسية حسابية قوية، ويتمثل مبدأ القياس التصويري في تحليل عدة صورٍ فوتوغرافية لجسمٍ ثابت، مأخوذةٌ من اتجاهاتٍ مختلفة، وتحديد البيكسلات Pixels المقابلة لنقطةٍ معينة من الجسم.

يتمثل التحدي الرئيسي الذي تواجهه هذه التقنية في أنه يجب فحص عشرات أو مئات الصور وآلاف النقاط بدقةٍ عالية، كما يلزم وجود جهاز حاسوبٍ قويٍّ للغاية، وتتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في قدرتها على التقاط الألوان والشكل، وهي قادرةٌ أيضًا على إعادة بناء الأجسام ذات المساحات والأحجام الكبيرة، مثل: المناظر الطبيعية، أو المعالم الأثرية التي تمَّ تصويرها من الأرض أو من الجو بواسطة طائرةٍ بدون طيار.

تعتمد جودة النتائج الناتجة عن تقنية القياس التصويري على دقة الصور الفوتوغرافية المدخلة، ويمكن أن تكون هذه التقنية بطيئة، وذلك حسب البرنامج والحاسوب المستخدم.

4- تقنية المسح التلامسي (Contact-based 3D scanning technology)

تُسمّى أحياناً (Digitizing)، وتعتمد هذه التقنية على استخدام أداةٍ (مجسّ التلامس) تلامس الجسم مادياً لمسحه، وجمع البيانات ثلاثية الأبعاد بينما يكون الجسم مثبتاً بإحكام في مكانه، ويتمُّ تحريك المجسّ على طول السطح لتسجيل المعلومات ثلاثية الأبعاد. تسمّى بعض الآلات التي تقوم بالقياس بالطريقة التلامسية بآلات القياس الإحداثية CMM (connection measuring machine).

تستخدم هذه التقنية لإجراءات مراقبة الجودة بعد التصنيع أو أثناء عمليات الصيانة، وتتمثل المزايا الرئيسية لتقنية النسخ التلامسي في دقتها، وقدرتها على المسح ثلاثي الأبعاد للأسطح الشفافة، والعاكسة، والمُعتمة، ولكن سرعتها بطيئة، ولا يُفضّل استخدامها لقياس الأجسام المعقدة، وذات السطوح الحرة، مثل: أجسام النباتات الصناعية.

5- تقنية المسح بنبض الليزر (Laser pulse-based 3D scanning)

تعتمد على قياس زمن انطلاق الليزر، واصطدامه بالجسم والعودة، وبما أن سرعة الضوء معروفة يمكن تحديد المسافة بين الماسح والجسم، ومن أجل قياس المسافة بدقة، يحسب الماسح الضوئي ملايين نبضات الليزر بدقةٍ تصل إلى بيكو ثانية (1 بيكو ثانية تساوي 0.000000000001 ثانية)، وتستخدم هذه التقنية غالباً في مسح الأراضي، ونسخ أبنية بكاملها. [1]

6- تقنية التصوير المقطعي computerized tomography (CT) scanning

تبدأ هذه الطريقة بأخذ صورٍ بالأشعة السينية X-ray ثنائية الأبعاد، فيتمُّ التقاطها في أقسامٍ مختلفةٍ من الجسم ثم تُدمج جميع الشرائح ثنائية الأبعاد الملتقطة، ليتمَّ تكوين بيكسلات (Pixels) ثلاثية الأبعاد أو جسم فوكسيل (Voxel). يتضمن جسم (Voxel) التوصيف الخارجي والمكونات الداخلية، وغالبًا ما يتمُّ تصديره بتنسيق STL، أو أي نوعٍ آخر من ملفات الشبكات ثلاثية الأبعاد 3Dmesh ليتم التمكن من استخدامه في التطبيقات النهائية.

تُستخدم عمليات التصوير المقطعي المبرمج CT في البيئات الصناعية لإنشاء قياساتٍ عالية الدقة للأجسام التي لا تستطيع أنظمة النسخ التي تعتمد على خط النظر أن تنسخها بمستوى الدقة المطلوب. هناك العديد من المزايا للتصوير المقطعي المبرمج في نسخ الأجسام التي تتكون من مادةٍ واحدة أو المواد المتجانسة (Homogenous) في حين أن الجانب السلبي هو أنه غالبًا لا يخدم نسخ الأجسام الكبيرة، أو الأجسام عالية الكثافة، أو بعض الأجسام المكونة من مواد مختلطة. [2]

المراجع البحثية

1- Aniwaa team. (2021, August 5)  3D scanning technologies and the 3D scanning process. Retrieved September 3, 2023

2- What is 3D scanning? A beginner’s guide. (n.d.). Oqton. Retrieved September 3, 2023

This website uses cookies to improve your web experience.