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AI建模时代还需要专业3D扫描仪吗?爆款机型深度实测

这是AM易道诞生以来第一次公开发布3D扫描仪相关的测评内容。

一把哑光黑的金属锤子,摆在测试台上平平无奇。

可放到3D扫描这件事里,要把其细节都扫描出来并不容易。

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更何况是通过3D打印给这把锤子做一个完全严丝合缝的配套支架。

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因为常年跟3D打印打交道,我们深知做逆向复刻的时候,3D扫描是绕不开的一环。

手上有个实物,想改造它、想给它配个件、想复刻一份,第一步都是先把它变成3D模型数据。这离不开专业3D扫描仪。

本文的深度测评对象为知象光电 Revopoint POP 4。

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其在海外众筹平台Kickstarter上也收获了极高热度,众筹金额突破260万美元。

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测评之初,我们想回答一个这两年越来越常被问到的问题:

这个时代还需要专业3D扫描仪吗?

AI单图三维重建(Single-Image 3D Reconstruction)现在很热,输入一张照片或者一句话,十几秒就能吐出一个3D模型,行业里已经有工具能直接用于游戏角色建模和工业零件设计。

手机这边,能扫描的机型也不算新鲜,随手扫一圈,模型照样能出来。

在做测试之前,我们盲目感觉专业扫描仪需求可能会被部分替代。

但其实一开始我们就忽略了一个关键问题,不管用什么方式扫描出来的模型,到底能不能真正应用?

AI三维建模生成的数据目前都不适合需要精准标注的场景。

手机扫描这边也一样,我们看公开实测发现,扫小物体时受限于手机激光雷达的精度,拿到的数据达不到预期,误差大,只适合当展示或者场景布置用。

说白了,AI和手机现在能做到的是让模型看起来像,至于尺寸对不对得上、能不能直接拿去造东西,显然是另一回事。

本次测评我们选取了四类典型物件进行测试:开篇提到的金属锤子,加上一个3D打印龙蛋摆件、一个结构复杂的机械手模型以及一个带压花纹理的马口铁茶叶罐。

四段测试跑下来,专业3D扫描仪现在展现的能力核心优势清晰显现,这正是AI建模和手机扫描目前无法实现的能力。


开箱手感

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POP 4整机采用哑光黑+灰色拼色,一体成型外壳,线条简约,裸机实测重量仅281克。

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281克这个数字握在手里的感觉是比预想的轻得多,连着扫上一两个小时,手腕不会发酸。

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机身正面排布双目采集镜头和光源模组,中间嵌了个状态指示灯,扫描过程中可直观反馈工作状态,方便及时判断追踪情况。

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设备底部留了标准三脚架接口,配上电池手柄之后可以完全脱离电脑无线作业。

标配5500毫安时大容量电池手柄,配合WiFi6传输方案,无线连续扫描能撑到4小时,出门采风或者户外采集都可以无线使用。

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无线传输还支持把电脑端的画面实时投到手机上,扫大件的时候人在物体另一头,低头看手机就能确认死角扫没扫到,还能直接在手机上反向操作,不用来回往返电脑操作。

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配件给得齐全,标定板、标记点、室外蓝光滤镜、收纳包都在,定期校准精度,反光深色物体扫描等场景都有配套解决方案,开箱就能投入作业。

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硬核参数打底

硬件上,POP 4走的是红外结构光+蓝色多线激光的双光源路线,支持五种独立扫描模式。

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多线激光模式下单帧最高精度0.03mm,体积精度0.03mm+0.05mm×L(m),最小融合点距0.05mm,激光扫描帧率最高能到105fps。

点数率方面,线激光模式每秒能采集200万个三维点位,全场结构光模式能到500万点/秒。

不同模式各有各的工作区间,多线激光模式适合200到400mm近距离精细采集,混合HD扫描和全场HD扫描拓展到250到500mm,VCSEL快速扫描能到800mm,最大能完整扫下2米的大型物体。

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同时,设备搭载AI实时分割跟踪算法,能够降低点云断层、数据丢失的概率,软件端支持导出STL、OBJ、3MF等打印常用格式,跟3D打印切片建模流程完全对得上。

参数堆在一起可能看不出什么,我们结合四轮实测,试图帮大家梳理不同模式的适用场景与使用特点。


四段测试,四种使用感受

测试1 VCSEL快速扫描|3D打印龙蛋:

先说效率最高的VCSEL快速扫描模式。

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这次拿一个前段时间行业比较火的3D打印的龙蛋摆件练手,配合特征拼接,帧率高,扫描范围能拉到800毫米远,扫大型雕塑摆件确实省心,不用贴着物体反复绕圈。

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在物体本身偏小、造型又复杂的时候,设备容易丢追踪坐标。如果你越心急要获得点云数据,物体越小越复杂的时候,这种情况就越容易发生。

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直白说,扫雕塑、大摆件这类大尺寸模型,VCSEL快速扫描模式是省时省力的优选,但小型精细的文创模型,不推荐单独用这个模式。

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测试2 混合HD扫描 | 复杂结构机械手:

再看混合HD扫描模式,这次拿来尝试一个结构复杂的机械手模型。

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模型的细节比龙蛋要多不少。

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混合HD相当于把全场HD扫描和VCSEL快速扫描两种模式的优势捏在一起,追踪稳定性比VCSEL明显好一截,丢数据的情况少了很多。

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但用起来有个细节要留意,设备跟物体的距离得控制在250到500mm之间,太近太远都会影响纹理识别。把距离控制好之后,不用贴标记点也能拼出完整模型,我们认为比较适合中等尺寸、带凹凸零件的打印件逆向采集。

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测试3 30束激光交叉线+标记点拼接扫描 |压花纹理马口铁茶叶罐:

30束激光交叉线+标记点拼接,能充分发挥高精度扫描的优势。

这次挑的是一个方形马口铁茶叶罐,罐身带很密的压花纹理。

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这个模式操作起来麻烦一些,得先在物体表面贴专用标记点,扫描全程尽量让画面中始终保留5个及以上标记点,这样点云拼接会更稳定。

一颗一颗贴点这活儿枯燥,扫的时候还得盯着别让镜头一次认不满5个,急不得。

但回报也是明确的,0.03mm的单帧精度把罐身所有凹凸纹路都完整还原出来了,细微处没有糊掉,拿去做高精度逆向建模或者复刻打印完全够用。

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测试4 30束激光交叉线+标记点拼接扫描 哑光金属锤子:

开头提到的那把黑金属锤子,到了这一步终于要正面交手。

这把锤头的表面细节丰富,纹理多样。

我们在锤子周围均匀布置标记点,以便更好对其表面轮廓信息的多角度获取。

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为了拿到物体的全部信息细节,拼接完整,这也是四段测试里唯一需要分两次扫描才能搞定的对象,先扫一侧,翻转物体再扫另一半。

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全部采集完成后在配套的Revo Scan6软件里清理冗余点云,裁切掉不需要的部分。

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用特征拼接功能把两组数据对齐并融合,再依次完成点云平滑和网格构建,导出标准STL格式。

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最终成品把锤身的各种结构细节、表面纹理都完整呈现出来了。

显然,这种物体扫描要达到这个效果只有通过专业的扫描仪才能呈现。

四段测试拼起来,能理出一条不复杂的使用逻辑。

大型摆件追求效率,选VCSEL快速扫描;

中等复杂物件、又不想贴标记点,混合HD扫描更稳;

真要抠细节,比如深色哑光带纹路的工业件或者文创器皿,需要极致精度,就得老老实实上线激光配上标记点,能够更稳定地保留细节,精度也更有保障。

参数表上写的五种模式全场景,落到实际操作里,其实是各有应用侧重,按需选择才能兼顾效率与成品质量。

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AI智能分割和3DGS两大特色功能,对3D打印玩家有何用?

实测之余,我们也体验了设备的两大核心特色功能:AI智能物体分割与跟踪、3DGS真实感建模。

AI分割省的是扫描数据后处理的事。

以前扫完一看,桌面、背景、扶着物体的手指全混在点云里,得一点点框选删掉,这活儿能花掉大半时间。

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POP 4是边扫边滤,输出的点云基本只保留目标物体,能省很多后处理工作。

而3DGS全称三维高斯泼溅(3D Gaussian Splatting),就是这两年很火的实景数字化技术。

你八成刷到过那种视频,镜头绕着一间屋子或者一个物件转一圈,真实得像实拍,视角能随便拖动,那多半就是它。

它跟我们熟悉的网格模型是两种东西。

网格是拿三角面拼出一个壳,有实实在在的表面,所以能切片、能打印。

高斯泼溅是在空间里堆满无数带颜色、带透明度的小光斑,多角度叠加还原照片级实景画面,视觉效果逼真,但无实体几何结构。

打个比方,网格像雕塑,摸得着;

高斯泼溅像全息投影,看着真,伸手是空的。

POP 4导出的.splat文件,装的就是这堆光斑数据。

和3D打印的实体化路线不同,splat文件很适合拿去做线上展示、数字孪生、游戏资产制作。

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不过AI智能分割和3DGS只在Windows(NVIDIA GPU)或macOS(Apple Silicon,ARM64)机型上跑得动,如果想用此功能买之前得确认自己电脑的硬件配置。


扫描测试之后,数据到底有什么用?

我们在测试的时候一直在思考的是如何能把扫描数据真正用起来。

这把锤子扫完之后,我们拿它做了件实用向的东西。

锤头经常需要立起来,但缺一个保护套/支架保护锤头也保护地面。

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整体设计思路是先建一个基座实体,把扫描得到的1:1精准锤子模型摆到基座里想要的位置和角度,然后做一次布尔减法,扣掉锤子占用的空间,剩下的凹槽,就是这把锤子精确的负形。

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之后用3D打印出来,锤子往里一放,正好卡住。

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布尔减法是纯粹的几何计算,锤子模型上任何一处跟实物对不上,凹槽上就会原样复现同样的偏差。

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换句话说,布尔运算对数据源的要求是刚性的,它要的不是一个看起来像锤子的模型,是一个尺寸上就是这把锤子的模型。

这个案例我们认为也正好体现了什么是AI单图建模和手机扫描目前给不了的东西。

生成一个视觉上惟妙惟肖的锤子模型,现在的工具十几秒就能办到,拿去做渲染、做展示、做游戏资产都够用。

但围绕它做个实用工具,3D打印出来大概率装不上。

要是不走三维扫描这条路,同样一个支架得走测量、建模、适配三道工序。

先拿卡尺一点点量出锤头锤柄的关键尺寸,再凭这些数字和目测,在CAD里从零画出一个近似的曲面,锤头那种带弧度的不规则形状,靠数字和肉眼很难一次画准,画完打印出来试装,不合适再回去改模型,一来二去反复几轮才能贴合。

三维扫描这条路,是把这几道工序压缩成了一步,直接拿到跟实物一比一的数据,后面的设计仅需在真实轮廓上做偏移和布尔,不是凭空猜一个形状再去凑。

省去了反复测量迭代试错流程。


写在最后

回到开头那把锤子。

经过扫描,现在它有了一个只属于自己的座位。

凹槽上每一寸弧度的来处,都是通过三维扫描一个点一个点落下来的,不是靠卡尺量出来的。

这大概是AI建模时代一个容易被忽略的常识。

物理世界从不主动交出自己的尺寸。

模型再大、算力再猛,数字世界里关于真实的每一个参数,往上追溯,尽头都是每一次实实在在的测量。

三维扫描仪站的正是这个位置,实虚转换之间的那道关口,不可或缺。

我们扫的那把锤子还躺在桌上,没有改变。

它大概不知道自己的物理存在已经被精确翻译成了另一种语言。

一种进入了数字世界的,可计算、可复用、可流通的数据资产。

一种证明了专业三维扫描不可被替代的严谨宣告。

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08:09 本文为 AM易道 原创内容,如对内容有疑问,请联系我们:yihanzhong@amedao.com
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