فهم الضوء المنظم والمسح ثلاثي الأبعاد

الضوء المُهيكل هو بنية نظامية تتكون من جهاز عرض وكاميرا. بعد أن يُسقط جهاز العرض معلومات ضوئية محددة على سطح الجسم وخلفيته، تجمعها الكاميرا. تُحسب موضع الجسم وعمقه ومعلومات أخرى عنه وفقًا لتغيرات الإشارة الضوئية الصادرة عنه، ثم تُعاد الصورة إلى الفضاء ثلاثي الأبعاد بالكامل.

الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد هو أداة علمية تُستخدم لكشف وتحليل بيانات الشكل (البنية الهندسية) والمظهر (مثل اللون، وبياض السطح، وخصائص أخرى) للأجسام أو البيئات في العالم الحقيقي. تُستخدم البيانات المُجمعة غالبًا في حسابات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لإنشاء نماذج رقمية للأجسام الحقيقية في العالم الافتراضي. لهذه النماذج تطبيقات واسعة، مثل التصميم الصناعي، وكشف العيوب، والهندسة العكسية، وتوجيه الروبوتات، وقياس تضاريس الأرض، والمعلومات الطبية، والمعلومات البيولوجية، وتحديد الهوية الجنائية، وجمع الآثار الثقافية الرقمية، وإنتاج الأفلام، ومواد إنشاء الألعاب، وغيرها.

لا يعتمد إنتاج الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد على تقنية واحدة. فلكل تقنية مزاياها وعيوبها، كما تختلف تكاليفها وأسعارها. في الوقت الحالي، لا توجد تقنية إعادة بناء شاملة، وغالبًا ما تكون الأدوات والأساليب محدودة بخصائص أسطح الأجسام. على سبيل المثال، يصعب على التقنية البصرية التعامل مع الأسطح اللامعة (عالية البياض) أو المرآة أو الشفافة، بينما لا تُطبق تقنية الليزر على الأسطح الهشة أو القابلة للتلف. الغرض من الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد هو إنشاء سحابة نقطية على السطح الهندسي للجسم. يمكن استخدام هذه النقاط لتكوين شكل سطح الجسم. كلما زادت كثافة سحابة النقاط، زادت دقة إنشاء النموذج (تُسمى هذه العملية إعادة البناء ثلاثي الأبعاد).

إذا تمكن الماسح الضوئي من الحصول على لون السطح، فإنه يُلصق خريطة المادة على السطح المُعاد بناؤه، وهو ما يُسمى برسم خريطة الملمس. تُشبه الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد الكاميرات، فمجال رؤيتها مخروطي، وجمع المعلومات محدود بنطاق معين. الفرق بينهما هو أن الكاميرا تلتقط معلومات اللون، بينما يقيس الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد المسافة.

لأن النتائج المقاسة تحتوي على معلومات العمق، غالبًا ما تُسمى صور العمق أو صور النطاق. ونظرًا لمحدودية نطاق مسح الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد، غالبًا ما يلزم تغيير الموضع النسبي للماسح الضوئي والجسم، أو وضعه على القرص الدوار، ثم مسحه عدة مرات للحصول على نموذج كامل للجسم. تُسمى تقنية دمج نماذج متعددة أحادية الجانب بتسجيل الصور أو محاذاتها، والتي تتضمن طرق مطابقة ثلاثية الأبعاد متعددة.