【中关村在线3D打印频道原创】三维扫描技术（3D扫描）经历三十多年发展，如今已经应用非常广泛。影视行业的动作捕捉技术、线上地图的三维测绘技术、数字博物馆的三维重现技术等都是广义上的三维扫描技术。这次我们试用和展示的就是用来捕获类似三维模型的工具，确切地说它是一款手持式的3D扫描仪-先临三维EinScan Pro 2X Plus。
从手办到汽车 试用先临手持式3D扫描仪
●揭开3D扫描仪的神秘面纱
三维扫描技术在国内外广泛用于影视、游戏、VR行业，另外还包括还包括动作捕捉、姿态识别、工业设计、矫形、人工义肢、逆向工程、工业建模、质量检测、艺术品数字化等领域。
在汽车个性化改装利用，利用手持三维扫描仪完整扫描全车3D数据，将数据导入3D 设计软件进行宽体包围设计，利用3D打印技术进行快速验证，最终采用玻璃钢材质制作成品的汽车改装包围。
扫描获取改装车的外观数据，量身定制进行改装
设计后的改装配件装配后的数字效果
在电影道具领域，2018年票房口碑双赢的《复仇者联盟3：无限战争》中头号反派灭霸栩栩如生的表情动作，正是演员乔什.布洛林在动作捕捉技术的帮助下完成的，而动作捕捉就是一种动态的三维捕获技术。
电影角色与演员表情高度一致 是影视三维捕捉技术的功劳 图源reddit.com
在数字展览展示领域，大英博物馆的线上数字博物馆，都是利用三维捕获技术扫描实体从而得到三维数字模型，经过建模和修复生动地再现三维物体和空间，并且在网络上呈现。
卢浮宫线上数字博物馆 截图自官网
这次我们体验的产品是先临三维EinScan Pro 2X Plus手持式3D扫描仪，是目前市场上的最新产品，主打灵活高效。
下面，我们先来做一个开箱，揭开先临这款3D扫描的神秘面纱。
先临三维EinScan Pro 2X Plus 3D扫描仪包装箱
先临三维EinScan Pro 2X Plus的包装箱就是一个普通手提箱大小，方便携带和搬运。里面有手持式3D扫描仪主机、USB3.0数据线、电源适配器、标定板、标定板支架、标志点贴纸、手机支架、U盘、线卡和标志点清除器。
普通手提箱大小 方便携带
先临三维EinScan Pro 2X Plus标定板
先临三维EinScan Pro 2X Plus随机带的标志点贴纸
手持式3D扫描仪主机小巧紧凑，手柄处还有防滑橡胶包裹。单手持握轻便自如，查阅参数表得知包含数据线在内整个3D扫描仪主机的重量是1.13千克，和一个装镜头的单反相机重量差不多。即使拼接扫描较大的物体或者重复扫描复杂的物体，也从容不迫。
先临三维EinScan Pro 2X Plus 3D扫描仪主机
如何既保证手持主机的轻便，又满足多种3D扫描需求，在这方面先临三维巧妙地采用模块化设计——先临三维EinScan Pro 2X Plus有丰富的选配件。工业模块的独立包装也比较轻便，包含转台、三脚架、扫描头托板、USB线和电源适配器。在固定扫描模式下，这套配件将派上用场，后文我们详细解析。
可选配的工业模块 独立包装
转台、三脚架、3D扫描仪托架等
先临三维EinScan Pro 2X Plus 转台
三脚架
另外还有可选配的纹理模块和HD Prime模块。选配件方便装卸，能简单快速地安装在手持式3D扫描仪主机上。简单来说纹理模块扩展功能，除了采集空间数据还可以捕获物体的表面色彩信息，更真实地还原物体质感；而HD Prime模块支持在不粘贴标志点的情况下精确地采集三维数据，适合珍贵或易损的物品。
先临三维EinScan Pro 2X Plus纹理模块
先临三维EinScan Pro 2X Plus摄像头细节
先临三维EinScan Pro 2X Plus如何采集三维数据呢？从手持的主机可以看出端倪。扫描头两端的LED光源向物体投射经过调制的结构光，摄像头捕获光线在物体表面的反射及形变，通过计算机软件算法换算得到物体在空间中的位置信息并生成位置点，无数的点形成点云塑造出目标物体的结构和形状。接下来，我们就看一看扫描前的准备工作。
●高配计算机 简单做准备
由于先临三维EinScan Pro 2X Plus的扫描头进行采集、后端计算机存储和处理数据，因此计算机的性能很大程度上影响着数据处理能力，也就意味着计算机的内存、显卡、处理器高配为佳。
百万、千万级的空间点采集和运算 需要较高的硬件配置
具体来说推荐NVIDIA GTX 770及以上显卡、4G及以上显存、英特尔i7及以上CPU、16G及以上内存的配置，高配置计算机有助于加速数据处理过程、保证充足的数据存储空间。另外提醒各位读者，需要为3D扫描仪预留两个USB接口，其中一个是USB 3.0接口保证数据传输速度；Windows 7/8/10系统需为64位系统；显卡适配仅支持英伟达NVIDIA品牌。在开始扫描之前，检查计算机的配置也是很有必要的。
这次我们使用的笔记本电脑配置如下：CPU是八代i7-8750H，24GB内存，128固态硬盘，显卡是GeForce GTX 1060 6G显存，在扫描过程和数据处理过程非常流畅，速度也非常快，扫描模型 数据处理基本上在几分钟之内就可以完成。
将3D扫描仪主机接通电源，并通过USB线与计算机的USB 3.0接口连通。从U盘安装扫描处理软件EXScan Pro，保持计算机接入互联网并打开软件，自动进入激活步骤；下载数字证书等待片刻，自动激活。
从附带U盘中安装EXScan Pro软件
自动下载许可证文件
在线激活
先临的扫描软件界面跟仪器仪表类似，3D扫描仪使用之前也需要校准以便获得更准确的数据，这就是必备的“标定”过程。在EXScan Pro软件中也会出现标定提示和指南，并配有视频指导标定步骤。
根据软件提示进入3D扫描仪标定步骤
取出标定板放置水平且黑色一面向上，手持3D扫描仪置于垂直正上方，缓慢提起、降落3D扫描仪，此时EXScan Pro软件中也有对应的距离提示，注意不要太远超出标定范围。第一步完成时软件提示进入下一步，将标定板置于标定板支架上放置稳固，支架依次旋转90度，每次执行第一步时3D扫描仪的手持操作，并观察EXScan Pro软件中对应的标定提示。全部操作完成时，软件显示标定精度并提示标定完成。
标定板五个位置 3D扫描仪依次做标定程序
标定误差：0.049852像素
在需要采集目标外表颜色的情况下，我们还要选装“纹理模块”，直观地理解就是给3D数字模型贴上皮肤。在3D扫描仪的LOGO旁边打开封盖，取出纹理模块插入接口并旋转旋钮锁紧，安装过程类似单反相机安装外置闪光灯。
打开活动封盖
在3D扫描仪主机上加装纹理模块
万事俱备，下面就可以开始3D扫描了。整个准备过程比较简单，随箱附带的快速使用指南有清晰的步骤介绍，另外EXScan Pro软件中还有文字、视频指导，好用又贴心。相比我们使用过的其它手持式3D扫描仪来说，先临三维EinScan Pro 2X Plus属于非常简单的那一类。
3D扫描前必需的准备工作
不过为了又快又好地获得理想的3D扫描数据，我们还是先来了解一下先临三维EinScan Pro 2X Plus的扫描方式、拼接方式，以及适合扫描哪些、不适合扫描哪些东西。
●快速高精度 扫描So Easy
3D扫描仪的通行原理是采集空间中的位置点，以点成面、以面成体，因此点的数量和密度决定着速度和精度。一般来说精度和速度是相反关系，但如何良好地平衡二者、尽量做到又快又好呢？先临三维EinScan Pro 2X Plus以固定扫描模式、手持快速扫描模式、手持精细扫描模式以及HD Prime配件来灵活适应。
三种不同的扫描模式
另外，与2D摄影不同的是3D扫描需要360度捕获信息，并且目标物体尺寸区别很大，通常不是一次扫描就完成，这就意味着多次3D扫描以及3D扫描仪记住已经扫描过的位置，并且把多次的数据拼接成一个三维整体。
先临三维EinScan Pro 2X Plus支持特征拼接、标志点拼接、转台编码点拼接、混合拼接、手动拼接五种拼接模式，与不同扫描模式组合，巧妙地达到3D扫描又快又好的效果。
多种拼接方式
固定转台扫描模式搭配选配的工业模块使用，其中的转台、三脚架和扫描头托板派上了用场。对于较小、重量较轻的物品，可利用固定转台扫描 转台编码点拼接的方式，达到快速高精度的效果。
固定转台扫描
尽量不遮掩转台编码点
在EXScan Pro软件中新建工程，选择固定扫描模式、转台编码点拼接方式。将目标物品放在转台中央，尽量不遮挡转台周围的点位（编码点），3D扫描仪三脚架置于转台旁，扫描镜头视角与转台平面约形成45度角。点击“开始扫描”观察软件中实时呈现的捕获数据，如果一次扫描不够完整，可以调整物品的摆放角度再次扫描，完成前检查拼接结果以确认获得比较完整的3D数据。这里注意物品在转台上放置稳固，旋转过程中避免翻滚或晃动。手动拼接操作过程类似，在完成前可以手动调整不同扫描的数据，不再赘述。
固定转台扫描 特征拼接则是3D扫描仪根据物品的形状结构自动识别重复扫描的部位，适合扫描不规则形状的物体，而几何对称的物体例如球形、柱体则不适合“特征拼接”方式。
固定转台扫描 标志点拼接则需要遮挡转台编码点并在物品上粘贴标志点，3D扫描仪根据标志点位置自动识别重复扫描的部位。这里不做展开，后文再详细解析标志点拼接扫描的操作流程。
总的来说，先临三维EinScan Pro 2X Plus的固定转台扫描是一种最简单的扫描方式，操作少、人工干预少、速度快精度高，精度可达到0.04mm。适用于尺寸较小、重量较轻的目标物品，一般而言最大径向尺寸小于150mm、重量小于5kg。另外搭配纹理模块，3D扫描的同时还可以采集色彩信息，得到彩色的3D数字模型。使用中成功率高、操作简单，和使用2D数码相机相比也并不难，操作感受挺平易近人的。
新建工程文件夹，也就是存储扫描点云数据的文件夹
第二步：扫描开始前可设定是否采集纹理
那扫描大一些的物品，该怎么办呢？别忘了它名字中的“手持式”，这才是先临三维EinScan Pro 2X Plus发挥威力的时候。
●选择更灵活 手持显威力
对于较大的物体采用手持扫描方式，先临三维EinScan Pro 2X Plus支持多种扫描方式 拼接方式组合灵活选择，兼顾速度与精度。对于精度没有严格要求的物体，采用手持快速扫描模式更适合，即便如此仍然能达到最高0.1mm的精度。
使用手持快速扫描模式
在目标物体形状不规则时，使用特征拼接方式。在EXScan Pro软件中新建工程并选择“手持快速扫描”模式，选择“特征拼接”选项，并根据指南依次选择纹理选项、速度选项和细节选项。
保持3D扫描仪正对被扫物体，预览效果、调节亮度后点击开始扫描，平缓移动3D扫描仪逐渐生成3D数据，观察软件中实时捕获的数据情况。这个过程中可以多次启动或暂停扫描，也可以重复扫描扫过的区域以补充细节，系统软件根据目标物体的形状、结构特征自动拼接扫描数据为一个整体。完成后保存点云数据即可。
对于形状特征不明显或者结构对称的目标物体，可在步骤中选择“标志点拼接”方式，并在目标物体上粘贴标志点，让扫描仪识别标志点以判断重复扫描的区域，并拼接多次扫描所获得的数据。这样一来就不难理解，贴点时需要保证一定的密度以防止识别丢失，贴点尽量不规则以避免不同区域的重复，在细小结构、曲率较大的曲面局部增加贴点密度以提升识别效率。3D扫描中的操作方式与之前类似，不再赘述。
在目标物体表面粘贴标志点 尽量使标志点无规律分布
针对雕塑、文物器皿等珍贵品的扫描需求，先临三维EinScan Pro 2X Plus还支持混合拼接方式，在扫描过程中实时检测有无标志点。提前在规则的底座上粘贴标志点而空出上方的雕塑主体，3D扫描时检测到标志点自动以“标志点拼接”方式获得底座数据，而未检测到标志点时自动以“特征拼接”方式获得雕塑主体的数据。既准确高效，又保护了高价值的雕塑、文物免受可能的破坏。另外手持快速扫描模式也支持纹理模块，选配之后可捕获目标物体的色彩信息，获得更生动多彩的3D数据模型。
而在逆向工程、零件检测、加工制造等领域的应用中，精度要求更严格，先临三维EinScan Pro 2X Plus也有对应的办法——手持精细扫描模式 标志点拼接方式可达到最高0.05mm精度，获得更准确的3D数据。
给目标物体贴点之后，在EXScan Pro软件中新建工程并选择“手持精细扫描”模式，选择细节选项之后调节亮度并预览，接下来操作过程与“手持快速扫描”模式相同，注意略微放缓移动3D扫描仪的速度并观察实时捕获的3D数据。操作上并没有什么特别之处，只需要提醒读者朋友手持精细扫描模式仅有“标志点拼接”一种拼接方式，且皮肤纹理也不可用，不能同时捕获物体颜色。
另外选配的HD Prime模块可用于手持精细扫描模式，不仅大大提升扫描速度，而且更重要的是支持此模式下的无标志点拼接，在高价值商品、文化遗产修复领域有独特应用价值。
查阅数据得知先临三维EinScan Pro 2X Plus在手持快速模式下每秒可捕获30帧、150万点的数据，在手持精细模式下每秒可捕获20帧、110万点的数据，可靠更高效。实际使用中也并不难，根据EXScan Pro软件的提示进行设置和操作，手持扫描时略微适应之后操作自如。手持扫描办公座椅大小的物体仅需几分钟到十几分钟，3D扫描效果又快又好。
●真3D流程 专业软件适配
其实不论3D打印还是3D扫描，都是三维数据处理流程中的一环，需要与三维建模、设计、仿真软件良好兼容适配，才能打通数字化设计、加工、测试、验证的整个流程。
先临三维EinScan Pro 2X Plus 3D扫描仪也适配了先临三维与西门子共同推出的Solid Edge SHINING 3D Edition三维设计软件。这款融合了逆向工程、3D CAD 设计、创成式设计与仿真模块的高性能数字化工具，将直接建模的快速和简易性与参数化设计的灵活性和可控性相结合。先临三维EinScan Pro 2X Plus 3D扫描仪、Solid Edge三维设计软件及先临三维旗下专业3D打印机系列全流程无缝兼容，有效地形成“3D数字化-智能设计-增材制造”的系统化解决方案，实现更简单、快速、高性价比的高精度三维数据设计、仿真优化和制造。
专业三维设计软件Solid Edge SHINING 3D Edition
而先临三维EinScan Pro 2X Plus本身的3D扫描软件EXScan Pro也针对一般使用者做了简化设计。前文在3D扫描仪的注册、安装、使用过程中已经呈现出这款软件的诸多细节——丰富直观的文字、视频、步骤提示让初次使用者也能从容操作，快速上手，更让熟练操作者灵活掌控，效率优先。
3D扫描软件UI友好 操作简单
已经扫描存储的点云，在EXScan Pro软件中支持封闭或非封闭式封装，可导出为OBJ/STL/ASC/3MF等多种格式，向上直接兼容三维设计软件，向下面向直接3D打印，简化流程提升效率。
先临三维EinScan Pro 2X Plus是一根魔法棒，打破实物与3D数字数据的隔阂。而它丰富且专业的软件适配，则发挥出三维数字化处理流程的威力，如虎添翼。
●扫描效果展示 又快又好
使用先临三维EinScan Pro 2X Plus分别扫描几款中小尺寸的模型、头盔，下面为大家一一呈现。
固定转台扫描 转台标志点拼接方式，扫描暴风兵头部模型，不采集纹理信息，3D扫描执行了两遍。由于侧放的原因第一遍扫描捕获大部分形状，然后将模型翻转向另一侧，再扫描一遍形成完整头部3D数据。扫描很快，立等可取。
我们扫描的第一个模型是《星球大战》中白兵的概念版雕塑的头部，属于限定版本，市面上基本很难见到，感谢给予我们扫描模型支持的大神。
固定转台扫描 暴风兵头部雕塑模型
两次扫描获得完整的封闭3D数据
另外暴风兵眼部黑色部分3D扫描不能捕获，在EXScan Pro软件中选择封闭式封装，导出时自动补齐了空缺的眼部，也是比较平滑自然的。
固定转台扫描 转台标志点拼接方式，扫描了一款日本的小女孩儿手办。平躺放置时转台转动过程中手办发生晃动，导致扫描数据重影；重新调整为直立后一次3D扫描成功。因此前文强调过，目标物品需要固定牢固。另外扫描中使用了纹理模块，生成全彩色的3D数据更生动，可以在线上呈现出手办的原本质感和姿态。
转台固定扫描 小女孩手办
转台固定扫描 小女孩模型过程
采集纹理 全彩3D数字模型生动还原
扫描模型过程
采集纹理 全彩3D数字模型能够海员模型本身的细节
使用手持精细扫描 标志点拼接方式扫描《机动战士高达》里夏亚的头盔实物，这款头盔同样是一款限量的精品版本，分别在头盔外表面和内表面粘贴标志点，并且在头盔边缘接缝处粘贴更密集。3D扫描过程略慢一些，完整地捕获到头盔内外表面的3D数据。
给夏亚的头盔贴点
手持精细扫描 头盔道具
下面我们扫描了一款来自英国品牌REBOR的全球限量版雕像：三角龙宝宝，只有黑色突出的眼球没有得到扫描数据，其它细节都完美再现，后期只需要少量的手工建模就能完美还原这款模型的完整数据。
英国品牌REBOR的全球限量版雕像
扫描后得到的封闭数据：高精度模式
扫描后得到的封闭数据：高精度模式
使用过程中，关于先临三维EinScan Pro 2X Plus的直观感受就是好用、简单，容易上手，操作熟悉之后很快，捕获3D数据完整有效。持握手中轻便不累手，移动自如。3D扫描远没有想象中那么难，这也是一款高效好用的工具。由于时间的限制，我们没有做大尺寸物体3D扫描、工件验证、艺术品数字化等更多测试，欢迎使用过类似3D扫描设备或有相关应用需要的读者在评论中流言讨论。
试用总结：在试用一周左右的时间里，先临三维EinScan Pro 2X Plus手持式3D扫描仪给我们留下了深刻的印象。轻便易用、上手快、软件界面友好，完全打破了我们对3D扫描技术深奥难懂的刻板印象。扫描又快又好，多种扫描模式、拼接方式灵活适应不同尺寸、形状、材质甚至不同价值的目标物品，精度高、速度快。
科技是人类进步的阶梯，未来我们的生产和生活方式将会快速融入人工智能、物联网、新能源等新的科技因素，三维扫描、数字化制造也是未来的趋势。先临三维EinScan Pro 2X Plus对传统行业来说是个理想的起点，在产品设计和改良、逆向工程、非接触式测量、定制化医疗器械、雕塑数字存档、STEAM教育、定制化商品、虚拟展示、零部件再造、艺术品线上展览、数字博物馆等诸多领域有超值的应用价值。
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