黒色・反射・透明な物体を3Dスキャンする方法

黒色・反射・透明な物体を3Dスキャンする方法

黒色、反射、透明な物体も3Dスキャンすることは可能ですが、こうした表面では通常のスキャンよりも安定性が低下する場合があります。

これは単純に3Dスキャナーの性能だけの問題ではありません。暗い色の素材ではスキャナーに戻る光が不足することがあり、反射面では投射されたパターンが別の方向へ反射され、透明な素材では光が透過したり歪んだりすることがあります。

良好なスキャン結果を得るためには、対象物に合わせてスキャンモード、表面処理、照明、トラッキング、データ処理のワークフローを適切に組み合わせることが重要です。

本記事では、それぞれの表面をスキャンする際の実践的な準備方法と、取得したスキャンデータを3Dプリント、CAD、検査、リバースエンジニアリングに使用する前に確認すべきポイントについて解説します。

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黒色・反射・透明な表面で3Dスキャンが難しくなる理由

3Dスキャナーが対象物の表面上にある各点の位置を特定するためには、一貫した視覚情報が必要です。

非常に暗い表面では戻ってくる信号が弱くなることがあります。一方、鏡面のような表面では投射された光がスキャナーとは異なる方向へ反射されたり、強いハイライトが発生したりする場合があります。また、透明な物体では光が透過したり、背後の背景が見えたりすることがあります。

こうした現象によって、点群データの欠損、トラッキングの不安定化、エッジ部分のノイズ、さらには対象物ではなく周囲の環境を捉えたメッシュが生成される場合があります。

表面の色は、スキャンを難しくする要因の一つにすぎません。光沢、透明度、テクスチャ、対象物のサイズ、環境光、認識可能な形状的特徴の量などもスキャン結果に影響します。

例えば、エッジが明確なマットブラックの部品は、形状的特徴の少ない光沢のある白色部品よりもスキャンしやすい場合があります。

一つの仕様や自動設定だけに頼るのではなく、表面特性と形状を一体のスキャン課題として考えることが重要です。

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スキャン前に対象物・環境・ワークフローを準備する

まず、対象物を清潔で安定した状態にします。ホコリ、指紋、剥がれかけたラベルなどを取り除き、スキャン中に動く可能性があるものがないことを確認してください。

対象物を固定するか、ワークフローに適している場合は安定したターンテーブルに設置します。

取り外し可能なパーツがある場合は、スキャンを開始する前に、それらをまとめてスキャンするのか、それぞれ個別にスキャンするのかを決めておきます。

対象物をすべてスキャンする前に、代表的な部分で短時間のテストスキャンを行うことで、表面処理が必要かどうかを確認できます。

周囲の環境も適切に整えましょう。照明を一定に保ち、窓や照明器具からの強い反射を避け、対象物と似た背景を使用しないようにします。

スキャナーは推奨される動作距離に保ち、一定の速度で動かします。

最も速いモードが最も完全なデータを取得できるとは限りません。素材、対象物のサイズ、必要なディテール、最終的に求めるデータに応じてスキャンモードを選択してください。

スキャンの途中で照明、距離、露出、表面処理などを変更すると、位置合わせやテクスチャ品質の一貫性が低下する場合があります。

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黒色の物体を3Dスキャンする方法

黒色の表面は投射された光の多くを吸収するため、スキャナーが読み取れる情報が少なくなる場合があります。

まず、お使いの3Dスキャナーで推奨されているスキャンモードと露出設定を確認してください。

十分な信号を維持できる距離までスキャナーを近づけます。ただし、近づきすぎて投射パターンの一部がスキャン範囲から外れないように注意してください。

長く速い動きでスキャンするのではなく、対象となる表面をスキャナーの視野内に保ちながら、ゆっくりと動かします。

一般的に、マットブラックはグレアが少ないため、光沢のある黒色よりもスキャンしやすくなります。

素材や用途に問題がなければ、除去可能なスキャンスプレーや、その他の承認されたマットコーティングを使用することで、表面をより均一にすることができます。

まず目立たない部分でコーティングをテストし、安全に除去できることを確認したうえで、メーカーの取扱説明に従って使用してください。

コーティングによって対象物が損傷する可能性がある場合、重要な寸法が変化する場合、または安全性やコンプライアンス上の問題が生じる場合は、コーティングを使用しないでください。

トラッキングも重要です。

黒色の表面に認識可能な特徴が少ない場合は、使用が許可され、対象物の最終用途に影響しない場所にのみリファレンスマーカーを追加してください。

エッジ、穴、形状の変化する部分などをオーバーラップさせながら撮影し、ソフトウェアが形状情報をつなげられるようにします。

スキャン中にトラッキングが失われ始めた場合は、一度停止し、明確にスキャンできているエリアまで戻ってください。その後、無理にスキャナーを前へ進めるのではなく、より短いパスでスキャンを続けます。

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反射する物体を3Dスキャンする方法

反射する物体では、スキャナーが一貫した表面ではなく変化するハイライトを捉えるため、取得される点が不安定になることがあります。

研磨された金属、光沢のあるプラスチック、コーティングされたパネル、ガラスのような仕上げの表面は、特にスキャナーの角度や周囲の光源の位置による影響を受けやすくなります。

対象物をきれいに拭いて指紋を取り除き、直接光がスキャナーへ反射しないように作業環境を調整してください。

除去可能なスキャンスプレーや適切なマット処理を使用することで、反射を拡散し、より均一にスキャンできる表面を作ることができます。

適切な処理方法は、素材、必要な寸法公差、スキャン後に対象物を清掃できるかどうかによって異なります。

生産工程や検査用途で使用する場合は、使用した表面処理を記録し、エッジ部分に処理剤が蓄積したり、測定対象となる寸法が変化したりしないことを確認してください。

コーティングを使用できない場合は、代わりにスキャン経路を調整します。

異なる角度からスキャンしたり、直接光を抑えたり、十分なオーバーラップを確保しながら対象物を小さなセクションに分けてスキャンしたりしてみてください。

表面がグレアと影の状態を急激に行き来しないよう、スキャナーと対象物を滑らかに動かします。

反射する物体の中には、表面処理を行わないとデータが不完全になるものもあります。そのため、対象物全体をスキャンする前に、代表的な部分で結果を確認してください。

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透明な物体を3Dスキャンする方法

透明な物体は、投射された光が透過したり、複数の層で反射したり、背後の背景が見えたりするため、3Dスキャンが難しくなります。

その結果、必要としている外側の輪郭ではなく、内壁、背面、あるいは周辺の物体をスキャナーが捉えてしまうことがあります。

そのため、透明なアクリル、ガラス、透明樹脂、光沢のある半透明プラスチックなどは、同じ形状の不透明な物体よりも多くの準備が必要になる場合があります。

対象物を安全に処理できる場合は、3Dスキャン用に設計された除去可能な不透明コーティングを使用してください。

一時的にマットな表面を作ることで、スキャナーがより明確に対象物の境界を認識できるようになります。

コーティングが素材に適合していること、開口部に入り込まないこと、残留物を残さず除去できることを確認してください。

高価な対象物やデリケートな対象物の場合は、実物をスキャンする前にサンプルを使用して一連の工程をテストしてください。

対象物を複数の角度からスキャンし、二重になった表面、背景の点群、エッジの欠損などがないか確認します。

内部の形状が重要な場合は、透明な外側部分をスキャンすれば自動的に内部形状まで取得できると考えず、内部形状を別途スキャンする計画を立ててください。

重要な用途では、どの表面が視認できたか、どの部分にコーティングを施したか、どの部分に手動モデリングや別の測定方法が必要なのかを記録しておきます。

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スキャンが難しい表面におすすめのRevopointモデル

Revopoint POP 4は、ハンドヘルドとデスクトップの両方のワークフローに対応し、小型から中型の対象物まで幅広いスキャンニーズに対応できる柔軟なハンドヘルド3Dスキャナーです。

マーカーに対応し、Revo Scan 6と組み合わせることで、3Dプリントやモデリング向けの再現性の高いワークフローを構築できます。

ブルーマルチラインレーザーモードでは、適切な条件下で、スキャンスプレーを使用せずに暗色または反射性の高い表面をスキャンできます。

透明な物体の場合や、より均一な表面が必要な場合は、対応する除去可能なスキャンスプレーを使用し、対象物全体をスキャンする前に代表的な部分でテストしてください。

より高度な小型～中型対象物のスキャンワークフローには、Revopoint MetroX Proが適しています。

マルチラインブルーレーザーとフルフィールドブルー構造光モードは、細部までスキャンできるよう設計されています。また、レーザーモードでは、適切な条件下でスプレーを使用せずに黒色または光沢のある表面をスキャンできます。

透明または鏡面反射する表面には引き続きスキャンスプレーが必要です。また、検査、CAD、リバースエンジニアリングに使用する場合は、要求される公差に対してスキャン結果を検証してください。

形状的特徴が少ない表面やスキャンが難しい表面では、対象物やプロジェクトで使用が許可されている場合、リファレンスマーカーを使用することで位置合わせをサポートできます。

重要な形状を覆わない位置にマーカーを配置し、隣接するスキャンデータをつなげるために十分な数のリファレンスが視野内に入るようにしてください。

各Revopoint 3Dスキャナーについて、対応するスキャンモード、動作距離、対象物のサイズ範囲、トラッキング方式、ソフトウェアのワークフロー、表面処理の要件を実際のプロジェクト要件と比較してください。

最適な3Dスキャナーとは、一つの仕様値が最も高いモデルとは限りません。再現性のあるプロセスによって、実際に使用可能なデータを取得できるモデルを選ぶことが重要です。

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スキャンが難しい表面でもトラッキングを安定させる

フレーム間で繰り返し認識できる特徴が十分に見つからない場合、トラッキングが失敗することがあります。

黒色、反射、透明な表面ではこの問題がさらに発生しやすくなり、特に対象物を速く回転させたり、スキャナーが推奨動作距離から外れたりすると、その影響が大きくなります。

各スキャンパスの開始時と終了時には、すでにスキャン済みのエリアを含め、ソフトウェアが次のセクションを認識できるよう十分なオーバーラップを確保してください。

死角になる部分も考慮してスキャン計画を立てます。

対象物を回転させて隠れたエッジを露出させ、角度を徐々に変え、回転させるたびに同じリファレンスポイントへ戻るようにします。

深い凹部がある場合は、その凹部を別途スキャンし、開口部が周囲の表面と正しく位置合わせされていることを確認してください。

位置合わせに不安が残る1回の長いスキャンよりも、複数回に分けて制御されたスキャンを行う方が適しています。

トラッキングにドリフトが発生した場合は、一旦停止し、最後に安定していたフレームを確認してください。

失敗した部分を削除または分離してから、確実にオーバーラップしているエリアからスキャンを再開します。

ドリフトした状態のままスキャンを続けると、誤差がメッシュ全体に広がり、結果のどの部分が信頼できるのか判断しにくくなる可能性があります。

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スキャンデータの後処理と検証

スキャンが完了したら、スムージングや穴埋めを行う前に、生の点群データまたは個々のスキャンフレームを確認してください。

明らかに不要な点を除去し、対象物を背景から分離し、信頼できる形状情報を使用して複数のスキャンデータを位置合わせします。

スキャンが難しい表面では、データの欠損が浅いくぼみや滑らかな部分のように見えることがあります。そのため、作業中はメッシュと実物を比較してください。

スムージングや穴埋めは控えめに使用します。

これらのツールはモデルの外観を改善できますが、同時にデータの欠損を隠したり、鋭いエッジを丸めたり、実際には取得されていない形状を生成したりする可能性があります。

元のスキャンデータは処理後のデータとは別に保存し、手動で修正した部分を記録してください。

これにより、モデルを検査、リバースエンジニアリング、生産上の意思決定などに使用する際、必要に応じてワークフローを見直しやすくなります。

完成したメッシュだからといって、必ずしも正確なメッシュであるとは限りません。

3Dプリントに使用する場合は、エクスポートする前に、穴、反転した法線、薄すぎる壁、不要な背景形状などがないか確認してください。

CADやリバースエンジニアリングに使用する場合は、主要な寸法を信頼できる基準測定値と比較します。

検査用途では、スキャン結果が許容できるかどうかを判断する前に、測定方法と公差を定義してください。

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3Dスキャナーを選ぶ前に確認すべきポイント

• スキャンする対象物の色、光沢、透明度、テクスチャ、清潔さ
• 一般的な対象物のサイズ、最小ディテール、深い凹部、寸法精度を維持する必要がある部分
• 利用可能なスキャンモード、動作距離、トラッキング方式、マーカーやコーティングの使用可否
• 一定に保つことができる照明、背景、ターンテーブル、固定方法、作業環境
• スキャン後に必要となるソフトウェア、エクスポート形式、処理ツール、検証方法

3Dスキャナーを選ぶ前に、実際の素材を使用してサンプルスキャンを行うことは、非常に有効な確認方法の一つです。

準備、スキャン、位置合わせ、エクスポート、最終的な利用まで、一連のワークフロー全体をテストしてください。

これにより、製品仕様だけでは分からない問題を確認でき、黒色、反射、透明な物体をスキャンする際に現実的な期待値を設定しやすくなります。

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まとめ

黒色、反射、透明な物体だからといって、必ずしも3Dスキャンができないわけではありません。ただし、より慎重にワークフローを構築する必要があります。

必要に応じて表面を処理し、照明をコントロールし、トラッキングを安定させ、十分にオーバーラップする複数のビューを取得したうえで、使用前に最終的な形状を検証してください。

Revopoint POP 4は、さまざまなスキャンワークフローに対応できる柔軟なハンドヘルド3Dスキャナーです。レーザーモードでは、適切な条件下でスキャンスプレーを使用せずに暗色または光沢のある表面をスキャンできます。一方、透明な表面では、対応する除去可能なスキャンスプレーを使用することでスキャンしやすくなる場合があります。

一方、MetroX Proは、より高度な小型～中型ワークのスキャンや、黒色・光沢のある表面のスキャンに適しています。

透明な表面や鏡面反射する表面では、引き続き慎重な表面処理と結果の検証が必要です。

適切な準備とRevopoint 3Dスキャナーを組み合わせることで、3Dスキャンデータを3Dプリント、検査、CAD、リバースエンジニアリングなど、さまざまな用途に活用できます。