3Dスキャンの基本原理

3ｄスキャン基本原理

3Dスキャンは、物理的なオブジェクトや環境をデジタル化し、その形状や外観を三次元データとして再現する技術です。光とイメージセンサを使用する方法は、このプロセスの中で広く採用されています。光とイメージセンサによるスキャニングの基本原理と応用。

光学式式スキャン

基本的
光とイメージセンサに基づく3Dスキャン技術には、主に以下のような方法があります。ストラクチャードライトスキャニング: 特定のパターンの光（格子状やストライプ状）をオブジェクトに投影し、その光がオブジェクトの表面でどのように歪むかをイメージセンサで捉えます。この歪みから、オブジェクトの3D形状を計算します。

応用分野
光とイメージセンサによるスキャン技術は、多岐にわたる分野で応用されています。産業: 自動車、航空宇宙、製造業での品質管理や部品の検査に使用されます。文化財保護: 歴史的建造物や芸術作品のデジタルアーカイブ作成に貢献します。

技術の進歩

最新の研究や開発により、スキャン技術はますます精度が向上し、より速く、より安価になりつつあります。AIや機械学習の統合によって、スキャンデータの処理や解析が自動化され、より効率的なワークフローが可能になっています。

光とイメージセンサによるスキャンは、現実世界をデジタルの形で捉える強力な手段であり、その可能性はまだまだ拡がっています。

3ｄスキャン技術の進歩
レーザー式スキャン

レーザー式スキャン（レーザースキャニング）の原理は、レーザー光を用いて対象物や環境の形状や距離を高精度で計測する技術に基づいています。この技術は、主に3つの要素から成り立っています。

◆レーザー光の照射
レーザースキャナーは、レーザー光を対象物に照射します。この光は、非常に細く高密度で、直進性が高いため、遠距離でも精度の高い計測が可能です。照射されたレーザー光が対象物に当たると、その反射光がスキャナーに戻ります。

◆時間や角度の測定
レーザースキャナーは、反射して戻ってくる光を検出し、その時間（飛行時間：Time of Flight）を計測します。レーザーが対象物に到達して戻ってくるまでの時間から、スキャナーと対象物との距離を求めることができます。また、スキャナーはレーザー光を広範囲にわたって照射するために、角度も変えながら連続的にスキャンを行います。この角度データも同時に取得されます。

◆飛行時間方式 (ToF: Time of Flight)
レーザー光が出発し、物体に反射して戻ってくるまでの時間を測定し、距離を計算します。この原理を「飛行時間方式」と呼びます。

◆フェーズシフト方式
レーザー光の波の位相差を利用して距離を計測する方式です。精度が高く、特に短距離で有効です。

レーザー光スキャニング

◆3D点群データの生成

レーザースキャナーは、照射した複数のレーザー光の反射時間や角度データを組み合わせることで、対象物や環境の3次元的な形状を計測します。この結果、スキャナーから得られるデータは「点群データ（Point Cloud）」と呼ばれ、数百万〜数千万個の点で構成される3Dモデルとして表示されます。各点の位置情報（X, Y, Z座標）が集積され、対象物の精密な形状が再現されます。

応用例

レーザー式スキャンは、工業製品の検査、自動運転車の環境認識など、さまざまな分野で使用されています。
レーザースキャニング
レーザー式スキャン

「工業部品の3Dスキャン」と「建物・構造物の3Dスキャン」の違いを
用途・求められる精度・使用技術・出力データまでまとめて解説します。

🔧 工業部品の3Dスキャンと🏢建物・構造物の3Dスキャンの違い

1️⃣ 目的・用途の違い

対象 主な目的
工業部品（小物〜大型部品） 精密形状の取得、リバースエンジニアリング、寸法検査、製品解析
建物・設備・工場ライン 現状図面化、BIM化、リノベーション計画、設備更新、壁面/躯体寸法取得

2️⃣ 要求される精度

対象 要求精度
工業部品 数十µm〜0.1mmレベル（非常に高精度）
建物・構造物 数mm〜1cm程度（比較的余裕あり）

▶ 工業部品は機械加工や金型製作に直結するため高精度が必須
▶ 建築は広範囲を扱うため、精度より「全体形状」が重要

3️⃣ 使用されるスキャナ・センサー技術

🔧 工業向け（高精度）

  • ハンディ/固定式 光学スキャナ（ブルーライト/白色光）

  • レーザースキャナ（短距離・高精度）

  • 工業用CTスキャン（内部形状）

  • CMMとの併用

特徴
✔ 小さな局所面でも精度高く取得
✔ 表面状態（光沢や透明性）に敏感 → マットスプレー必須

🏢 建築向け（広範囲）

  • 地上型レーザースキャナ（LiDAR）
    例：Leica、FAROなど

  • ドローン搭載LiDAR/写真測量

  • モバイルLiDAR（iPhone/iPad、SLAMタイプ）

特徴
✔ 広範囲を一括取得
✔ スキャン距離は数m〜数百m
✔ SLAMは歩き回るだけで取得可能（精度は低め）

4️⃣ データ形式の違い

対象 主な最終データ
工業 STL、OBJ、STEP、IGES、Parasolid（CAD化前提）
建築 点群（E57、LAS、PTS）、IFC（BIM）、平面図/立面図生成

工業は最終的に
3D CAD → 加工/金型/解析 に使う
建築は
BIM・図面・空間検討 がゴール

5️⃣ ワークフローの違い

🏭 工業部品の場合

  1. 部品固定・マットスプレー

  2. 高精度スキャン

  3. 点群/メッシュ生成

  4. CAD再構築（リバース）

  5. 解析／製造へ展開

🏢 建築・建物の場合

  1. 建物内外をスキャン

  2. 大量点群を位置合わせ（複数地点統合）

  3. ノイズ除去・床/壁抽出

  4. BIM作成 or 図面起こし

  5. 設備配置や施工検討に利用

6️⃣ 注意点・難しさの違い

工業部品 建築物
反射や透明素材は苦手 → マットスプレー必要 屋外は反射/日差し/雨/風が干渉
複雑な曲面形状 → CAD化が難しい 点群が膨大（数十億点）→PC負荷大
高精度要求 → 環境と治具が重要 位置合わせ誤差が累積しがち

🎯まとめ

観点 工業部品 建物／構造物
求められる精度 非常に高い（µm〜0.1mm） 比較的低い（数mm〜cm）
利用目的 リバース、検査、製造 BIM、図面、空間把握
使用機器 光学スキャナ・CTなど 地上型LiDAR、SLAM、UAV
最終データ CADモデル 点群 or BIMモデル

👉 同じ“3Dスキャン”でも、目的・求める結果・使用機材が大きく異なります。

 

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