تظهر تقنية المسح ثلاثي الأبعاد كجانب حاسم في التصميم الهندسي والمحاكاة، ولكن كيف يمكن لجهاز استشعار بسيط تطوير نموذج دقيق ثلاثي الأبعاد؟
يمكن استخدام الماسحات ثلاثية الأبعاد لإنشاء نماذج (CAD) للغرف والأجزاء والمكونات وحتى الأشخاص،وبالنسبة للعديد من الشركات، أصبحت الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد ضرورية لأعمالهم مثلما كانت برامجهم الهندسية،ويمكن استخدام أي جهاز به صورة أو مستشعر ضوئي وبعض تقنيات تحديد المواقع كمسح ضوئي ثلاثي الأبعاد.
ماذا تفعل الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد؟
تقيس هذه الأجهزة، غالبًا، الهواتف أو الأجهزة اللوحية، والكائنات الموجودة حول العالم باستخدام أشعة الليزر أو الصور لتوليد سحب عالية الكثافة أو شبكات مضلعة يمكن تحويلها إلى ملف متوافق مع (CAD). من الناحية النظرية، يبدو الأمر بسيطًا فكل ما عليك فعله هو توجيه الكاميرا أو المستشعر في جميع أنحاء الغرفة، ويتم إنشاء ملف ثلاثي الأبعاد. وعلى الرغم من ذلك، هناك سبب لبدء نمو هذه التكنولوجيا داخل الصناعة فقط، لذلك دعونا نوضح الجوانب التقنية لما يجعله ممكنًا.
قوة المعالجة هي مفتاح ما يجعل الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد الحديثة ممكنة، وفي عصر التكنولوجيا الحديثة، أصبح لدينا المعرفة المتعلقة بإنشاء ماسحات ضوئية ثلاثية الأبعاد، كانت المشكلة دائمًا هي أن كمية قوة المعالجة اللازمة لتوليد سحب عالية الدقة وكثيفة من العالم المادي تجاوزت ما كان ممكنًا.
في الآونة الأخيرة، نشهد ظهورًا أكبر لهذه التكنولوجيا؛ لأنك الآن تحتفظ بكل تكنولوجيا المعالجة في جيبك،ويوجد حاليًا العديد من تطبيقات الهواتف التي يمكنها تحويل جهازك إلى ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد؛ فالبحث السريع في “جوجل” سيؤدي إلى الكثير من الموارد.
بالنسبة للتطبيقات الهندسية الأكثر تعقيدًا، تكون الأجهزة المخصصة مطلوبة عادةً لاستخدام أشعة الليزر وتحديد المواقع العالمي الدقيق. ضمن هذه التعقيدات، هناك أنواع مختلفة من الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد لتطبيقات مختلفة مثل: قصيرة المدي، ومتوسطة المدى، وطويلة المدى.
تقنية المسح بالليزر قصيرة المدى:
تشتمل الماسحات الضوئية قصيرة المدى عادةً على عمق مجال أقل من متر واحد،وعادة، تستخدم أنظمة تثليث الليزر التي تنطوي على مصدر وجهاز استشعار، وبعبارة أخرى، يتم وضع المصدر في مكان معروف والمستشعر في مكان آخر معروف، ثم يطلق المصدر “أشعة ليزر” على الجسم المرصود، ويستقبل المستشعر الضوء عند نقطة معروفة. وباستخدام بعض الأشكال الهندسية البسيطة، يمكن إنشاء نقطة في شبكة ثلاثية الأبعاد، كرر هذه العملية، ويمكن إنشاء سحابة نقطة معقدة.
وهناك نظام ليزر آخر قصير المدى يستخدم التثليث يُعرف باسم “ماسح ضوئي منظم”،وبدلًا من إطلاق ليزر واحدًا تلو الآخر على الكائن وملاحظة موقع الانعكاس، تستخدم هذه الماسحات سلسلة من أنماط الضوء الخطي لتطوير خريطة الكائن؛ من خلال مراقبة كيفية انحراف مسارات الضوء الخطي حول الكائن، يمكن للبرنامج تثليث مسح سحابي نقطة.
المسح بالليزر متوسط وطويل المدى:
تحتاج أنظمة المسح متوسطة وطويلة المدى إلى تقنية تصوير ليزر مختلفة قليلاً لتعمل. وعادة ما يستخدمون نظامًا قائمًا على نبض الليزر يعرف باسم ماسحات وقت الرحلة،ويشمل أنظمة قياس دقيقة للغاية لتسجيل وقت إطلاق الليزر لضرب جسم ما والعودة.
من خلال استخدام المرايا الدوارة بزاوية 360 درجة، يمكن لهذه الأنظمة تطوير نماذج دقيقة للغاية للكائن بسرعة وسهولة. ويستخدم متغير طفيف آخر في هذا الوقت من أنظمة الطيران تكنولوجيا التحول المرحلي،ودون الدخول في تفاصيل الفيزياء، تتولى هذه الأنظمة تعديل قوة واتساع موجة الليزر ومراقبة تغير الطور لتطوير عمليات مسح ثلاثية الأبعاد أكثر دقة.
ومن المرجح أن تكون ماسحات الليزر دائمًا أكثر دقة من الماسحات الضوئية لمستشعر الصور المتوفرة حاليًا على الأنظمة الأساسية للهاتف. وعلى الرغم من ذلك، بالنسبة للعديد من التطبيقات، مثل مسح المباني والنمذجة المعمارية، يمكن لأجهزة استشعار الصورة هذه إنجاز مهمة المسح بالدرجات اللازمة من الدقة.
المسح ثلاثي الأبعاد في البناء:
أثبتت تقنيات المسح ثلاثي الأبعاد أنها مفيدة خارج تطوير المنتج البسيط. في الواقع، من نواحٍ عديدة، ارتفع المسح ثلاثي الأبعاد في تطبيقات البناء.
يمكن أن يوفر القياس ثلاثي الأبعاد في المباني الحالية سحبًا دقيقة للغاية للتخطيط والبناء، على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى تصميم نظام عمل شبكة صرف صحي في جميع أنحاء المبنى الحالي، فإن المسح ثلاثي الأبعاد للمبنى سيسمح لك بتصميم هذا النظام فينماذج(CAD) بسهولة،وكان البديل القديم يدقق في المخططات أو يذهب إلى الموقع ويقيس الأبعاد الفعلية.
يمكن للمقاولين أيضًا استخدام المسح بالليزر للتأكد من أن مشروع البناء النهائي يرقى إلى مستوى الخطط الأصلية إلى درجة عالية من الدقة؛ من خلال إجراء مسح لمبنى مكتمل، ويمكن بسهولة الرجوع إلى النموذج الناتج باستخدام تصميم (CAD) الأولي.
على الرغم من أن ذلك قد لا يبدو مهمًا، إلا أن هذه الأرقام تشير إلى مهمة البناء الشاملة؛ لذا، فإن 1 إلى 3% من مشروع البناء الذي تبلغ تكلفته ملايين الدولارات، يتم ترشيدها بواسطة المسح بالليزر.
ويمكن للمسح ثلاثي الأبعاد تطوير نماذج محاكاة للمكون الفعلي، بدلًا من تصميم نماذج (CAD). ومع استمرار نمو تقنيات المسح، من المحتمل أن نرى اندماجها الأعمق في العمليات الهندسية؛ ما قد يساعد في تطور تقنيات إنترنت الأشياء.
المصدر: Interestingengineering: Understanding Technology: How Do 3D Scanners Work