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            企業新聞

            3D人體掃描完整手冊

            概要 

              從定制義肢到完美合身的服裝、3D打印小雕像到逼真的人物形象,3D人體掃描儀已成為探究人體奧秘的重要工具。通過本文,我們將介紹不同類型的人體3D掃描儀、人體捕獲的主要難點、以及它們在醫療、體育、服飾、娛樂行業的應用。

              類型

              手持式、固定式

              應用場景

              醫療、體育健身、時尚、VR、電子游戲、電影、3D雕像

              價格區間

              $500 – $40000

              介紹

              3D掃描科技的出現為很多行業帶來了新的可能。3D人體掃描儀目前成為醫療、健身、服裝、3D人像打印、娛樂等領域越來越受歡迎的一類掃描儀。

              這類掃描儀專門用于快速準確的人體三維捕獲和體形、比例、尺寸的數據捕獲,比傳統手動方式更快更輕松。3D人體掃描技術開始出現在1980年代,以滿足服裝業日益增長的成衣制作需求。如今,這些技術被廣泛應用于體育、醫療等領域,能快速準確地采集人體變化的定性與定量信息。

              下面我們一起來了解下不同3D人體掃描儀的工作原理,并詳細介紹它們勝任的各項任務。

              3D人體掃描儀工作原理

              3D人體掃描儀,顧名思義,就是數字捕獲整個人體或手臂、腿部、耳部、頭部等人體部位的掃描儀,通過拍攝幾千張人體快照,將它們縫合成點云,來構建3D模型。

              全身掃描儀,也稱為3D掃描亭或掃描鏡,可以從頭到腳捕獲人體,而手持式3D掃描儀既可以捕獲全身,也能捕獲獨立部位。除了捕獲人體的硬件外,還有3D處理軟件,用來分析原始數據,提取測量細節。

              3D人體掃描儀基于結構光科技、激光線型三角測距、攝影測量等技術研發。此外,也有移動應用,可以通過智能手機攝像頭、計算機成像技術、機器學習算法,并根據人們的相片來制作逼真的3D形象。

              了解這些后,我們可以把現有的3D人體掃描儀分為三大類:

              A. 3D掃描亭與家用人體掃描儀

              3D人體掃描亭是靜止的小屋或小亭子,通常在內部周圍裝有掃描儀、傳感器或數碼單反攝像頭(或三者全裝),確保全角度捕獲人體。一位或多位模特站在亭子中央,保持一個姿勢,同時掃描人員在后臺進行各項準備并運行系統。

            掃描亭示例

              根據亭內安裝的軟硬件,整個過程可能只要幾秒鐘,方便掃描對象保持同一姿勢不移動、不眨眼。亭內掃描的成品就是一個全彩3D模型,可用3D打印店的砂巖等材料進行打印。

              3D人體捕獲系統的例子還包括3D掃描鏡、3D試衣間、家用掃描工具箱。這類設備往往采用了多項3D成像技術;這些技術被集成于鏡面或支架上,可圍繞站在平臺上(也可能是一臺秤)的人體旋轉,有些設備設計了旋轉平臺,讓人體360度旋轉,同時一臺靜止的掃描儀進行人體3D快照。

              這類掃描儀的成品不僅是人體模型(往往不帶肌理),而是這臺3D掃描儀所提取的一系列3D測量數據和參數。通常,這類系統被用于體育和健身領域,來記錄健身、飲食課期間的體形變化,也用于服裝品牌捕獲人體尺寸,來定制個性化貼身服飾。

              B. 手持式3D人體掃描儀

              這類人體3D掃描儀已經面市很久了,和用于捕獲全身的3D掃描亭不同,這些掃描儀可用于單獨人體部位或四肢的精致捕獲。這類設備更靈活,便攜性更高,能手持設備圍繞掃描對象進行掃描。效果也比掃描亭的更準確。

            診所專家使用手持式掃描儀掃描年輕患者的耳部。

            (來源:https://www.artec3d.com/cases/prosthetic-3d-printed-ear-implants)

              掃描完成后,彩色或不帶肌理的成品3D模型通常會被導出至專業3D軟件,進行進一步加工,例如,定制義肢、矯形、珠寶或眼鏡等個性化飾品。

              C.移動人體掃描應用

              這類應用利用智能手機攝像頭、融入智能手機及平板的3D傳感器、AI算法,基于幾張照片獲得人體測量數據。這類應用的目標客戶通常是無法獲得高端人體掃描儀的終端用戶,為他們提供監測體形的關鍵指標,或優化網購體驗,為自己選擇合適的服裝。

              3D人體掃描儀的應用

              3D人體掃描儀可用于一系列應用場景,從制作3D打印雕像到收集人體數據,為醫藥、營養學、時尚等領域的技術發展帶來了新機遇。下面,我們來了解幾個熱門的應用及相關行業。

              3D打印雕塑和3D自拍 

              3D掃描儀在生活中的一類應用就是制作用于3D打印的人體模型?,F在,人們已經不需要去當地的照相館或自動照相亭來照全家福了。不過,我們可以在世界各地的購物中心的3D掃描亭為自己或家人制作3D雕塑,也可以去一家專業的3D掃描/打印機構,進行3D掃描。

            一名男子與狗的3D雕塑

              3D雕塑、3D人像或3D自拍,是為生活片段留念的全新方式。為自己制作3D掃描又快又方便,就像用智能手機拍照一般,過幾天,就能收到3D雕塑,可放在桌上,也能當禮物寄給親朋好友。美妙的應用案例恐怕就是荷蘭Bellyprint公司了,她們借助Artec Eva,為孕晚期孕婦制作人體掃描和3D雕塑。

              健身

              在健身俱樂部、健身房、運動員、私教和客戶群體中,另一項日益受歡迎的應用場景就是體形變化的追蹤,來實現健身或飲食目標,例如增肌減脂。

            使用人體掃描儀完成運動員掃描。(來源:https://www.artec3d.com/cases/vorteq-fastest-cycling-skinsuits)

              這類3D掃描儀不僅可以完成人體3D捕獲,還能分析捕獲數據,提取包括腰圍、臀圍、體形、姿勢、體重等數值信息。此外,它們還能提供一段時期內身體變化的互動報告,讓用戶直觀地追蹤自己健身計劃的效果。

              這類設備通常不捕獲人體的色彩和肌理,基本只關注一段時間內的體形和變化。

              時尚

              服裝行業早在3D掃描儀出現前就開始進行形體測量了。直到20世紀早期,服裝基本都是根據客戶自己的身材由專業裁縫定制的。到了戰爭時期,出現了統一的成衣尺碼系統,如今依然廣泛使用。盡管這使服裝行業取得了巨大進步,但無論是當時還是現在,都不夠理想。人們體形身材各異,標準尺碼不可能適合每個人。雖然我們的衣柜還是以大眾消費為主,但3D人體捕獲技術正在悄然改變這一趨勢。


            虛擬試衣

              服裝品牌開始利用3D掃描儀來為客戶提供定制服務,他們不希望采用傳統耗時的手動測量方法?,F在已經不流行裁縫拿著卷尺圍著客戶轉圈了,只要幾秒鐘就能捕獲精準數值,用于制作貼身服飾。

              部分品牌還在商店試衣間安裝了3D掃描儀,讓顧客快速試衣,嘗試不同顏色,搭配不同飾品——這一切都不需要離開試衣間,也不需要穿脫衣服即可實現。其他品牌也在網店內提供虛擬試衣間,協助顧客挑選合身的服裝,不用離開家門就能試衣。顧客還能上傳自己的3D形象和要試穿的衣服,看是否合身。

              在全球,一些國家正在利用3D掃描技術進行全國范圍內的人體測量調查,收集3D人體掃描數據來改善尺碼體系。有些品牌已經開始這么做了。

              醫療

              醫療是3D人體掃描儀大顯身手的又一大領域,提升了尺碼、外形、姿勢、皮膚表面的準確測量和視覺化效果。醫務工作者和專業裁縫一樣,曾經通過手動方式測量尺寸和外形,評估健康狀況,提供相應治療。

            3D掃描患者身體

              得益于3D人體掃描科技的出現,醫生和臨床醫師現在可以短短數秒就完成人體幾百個數值的自動測量。隨后,利用這些數據(獨立或結合X光、MRI、超聲或CT掃描等偏介入型方式獲得的數據)用于以下途徑:

              ● 為個人定制合身的義肢或矯形器械

              ● 評估皮膚狀況,包括皺紋、色素沉淀、黑素瘤等,發現早期腫瘤、肺功能問題和燒傷治療

              ● 監測分析孕婦體型大小、形體變化和身體反應,規劃特殊治療方案(如肥胖、激素)、飲食方案和運動計劃

              ● 計算藥物、放療、化療計量

              ● 模擬并視覺呈現整形手術效果等。

              娛樂(游戲、電影、特效)

              3D掃描儀捕獲的逼真全身模型也廣泛應用于諸多現代電子游戲、動作片、VR和AR應用中。影視工作室一直采用3D人體掃描儀來捕獲演員身體,制作所謂的“數字替身”,用于視覺特效和3D動畫中。電游開發者也會出于同樣的原因,掃描著名演員,這樣無需從頭設計,就能利用演員掃描形象設計新的人物。

            為電影《終結者:創世紀》掃描施瓦辛格。(來源:Legacy Effects)

              一些電游開發者甚至更進一步,允許玩家用自拍創建個性化3D形象參與游戲,不再使用預制形象。許多VR和AR應用場景中,也允許用戶上傳個性化3D形象,可用于視頻會議或游戲中。

              掃描難點

              無論您是否打算創辦3D雕塑打印公司,還是為醫院、矯形診所、服裝店、健身房、影視或游戲工作室采購3D掃描儀,這里有些掃描難點,需在掃描人體時注意:

              1.    使用手持式3D掃描儀時臉部和人體的移動

              如前文所說,使用手持式掃描儀進行人體捕獲可能要比3D掃描亭耗時。所以,在你圍繞掃描對象走動時,他們可能稍不注意就會移動或眨眼。為避免這一問題,可事先安排好站立位置。人體掃描可能要4-5分鐘(若剛開始接觸3D人體掃描或許需要更久),所以要確保模特選擇舒適又穩定的姿勢,盡量保持不動。如果某些情況下,無法再次掃描,Artec Studio等軟件解決方案能讓您輕松修復人體移動產生的瑕疵。

              同樣重要的一點是,掃描儀性能要夠好,能快速完成任務。Artec手持式掃描儀捕獲范圍廣,配合高幀率FPS,能比小范圍、低速度設備更快完成人體掃描。

              另一個難點是人臉掃描時的眨眼、打哈欠、表情變化。因此,對于我們自己的3D掃描儀Eva或Leo,我們建議先掃描臉部,然后往下掃描其他部位,或者也可以單獨捕獲頭部和身體。臉部掃描很快,通常只要5-7秒——剛好夠一個人撐住不眨眼。另一條避免眨眼的小貼士就是請掃描對象選擇前方一點(略高于視平線,避免直視閃光燈),掃描臉部時看向這點。

              如果掃描對象和你一樣高,或略高于你,那還有個好方法就是分開掃描臉部與頭部。這種情況下,很難捕獲頭部,所以請模特坐下。

            使用Artec Eva掃描第44任總統奧巴馬,制作首座3D總統像。

              盡管很難杜絕移動和眨眼動作,但使用專業手持式3D解決方案Artec Eva或Artec Leo仍然可以大幅縮短掃描時間,因為它們可以快速捕獲整個人體。

              2.    掃描如手指、耳部、腋窩、頭發等細小、高難度人體部位

              對大多數3D掃描儀和人體掃描設備而言,另一個常見難點就在于細小且難以觸及的高難度人體部位,包括手指、腋窩、腿部、頭發和耳朵。以下是Artec在使用3D設備完成了幾千次人體掃描后總結出的技巧:

              手部掃描

              我們知道,如果你沒有和尚和瑜伽老師的耐心,要讓雙手固定在一處幾分鐘都不動,很難。所以,為避免任何移動,我們建議讓掃描對象把雙手緊貼或靠近身體擺放。例如,他們可以把手放在腰部,或者交叉雙臂放在胸前。如需捕獲手指和手部細節,我們建議先掃描這個部位,然后再掃描其他部位,確保獲得好的效果。有些情況下,需要掃描對象保持T或A的姿勢,方便獲取上身測量值,或將3D模型用于動畫。

              如果手臂放在臀部,請注意多花些時間掃描手肘內側和腋窩。對Eva或Leo等Artec掃描儀而言,我們建議把設備放在前后很近的距離,盡可能多捕獲一些數據。前期掃描不完整可能導致肌理顏色深,效果差。

              腿部掃描

              腿部通常很容易掃描,因為不太會動,但還是有些注意事項。確保掃描對象站在帶肌理的地板上,比如彩色墊子或地毯,協助追蹤。保證兩條腿都在掃描儀視角內,增加可視面積。

            足球運動員正接受腿部彩色3D掃描。(來源:: https://www.artec3d.com/cases/fc-bayern-munich-defender-david-alaba-3d-scanned-trophy)

              為使掃描流暢,我們建議每次移動掃描位置時,都將設備對準帶肌理的地板或掃描對象的腳。

              另外,不要忘記掃描每條腿的內側。方便起見,可以讓掃描對象在掃描開始前,將一只腳稍往前放。這樣做,就能盡量避免兩腿之間的區域混在一起,這也是人體掃描中的另一個常見問題。

              頭發掃描

              對人體掃描儀而言,頭發也是個難度不小的“表面”,因為發絲纖細,還可能凌亂或不均勻。

              直發往往比較容易操作,使用Artec 3D掃描儀的話可以不做準備工作,直接掃描。相反,卷發或厚重的頭發,多層次或爆炸式發型很難掃描,需要先做些處理。

              掃描頭發時,有些簡單的規則需牢記。在Artec,我們建議掃描前把頭發梳平。這樣掃描儀圖案就能更準確地投射到掃描物體表面,帶來更好的效果。如果發型的形狀實在很難掃描,也可以梳平一些,或者沾濕頭發。

              無論發色深淺,Artec掃描儀都能出色捕獲。為保證追蹤穩定,我們建議捕獲時,始終保持肩膀位于掃描儀視角內。

              掃描長發前,可以將頭發放到后背相對集中的位置,避免發型過于凌亂。部分發型可能無論從哪個角度都很難掃描。這種情況下,我們建議您掃描時間拉長,讓設備捕獲足夠多的必要表面,這些表面可用來重塑發型。

              捕獲復雜發型時,我們還建議提高掃描儀敏感度,更輕松地識別、采集毛發表面。得益于Artec Studio 12起新增的“Smart Sensitivity”(智能敏感度)功能,頭發的捕獲變得更簡單了。

              3.    掃描如發飾、珠寶、眼鏡、皮革制品等反光、黑色或透明表面

              對幾乎所有掃描儀而言,透明、反光或黑色表面都是眾所周知難掃描的對象。反光表面會反射掃描儀的圖案,而黑色表面因其吸收掃描儀光線而導致掃描難度增大,設備無法分辨物體的圖案。同樣道理,因為掃描儀光線直接穿透物體,沒有可以反射的基礎,所以透明物體也很難掃描。但是,這對Artec掃描儀來說無所畏懼,因為比起其他人體掃描儀,它們更擅長捕獲這類表面。

              但是,為確保效果均勻穩定,我們不建議掃描期間出現任何半透明、黑色、或亮面材料,比如皮革、皮草或亮片、以及眼鏡或珠寶類物體(也可掃描前取下)。如不能取下,可在亮面上使用消光噴霧或滑石粉。使用Artec掃描儀時,您還可以激活Artec Studio軟件中的掃描設置,配合一些掃描技巧(如掃描角度低于90度),可協助您捕獲這些高難度表面。

              如果您用Artec Eva掃描,在掃描結束后,我們建議您讓掃描對象繼續保持幾秒鐘的姿勢不動,檢查是否存在孔洞或缺失表面。如果存在大面積缺失,立刻補掃,不要等之后再讓掃描對象恢復前面的掃描姿勢——肯定無法一模一樣,只會導致處理時間很長。如果使用Artec Leo掃描,這些都不需要了,只要您掃描過程中實時查看觸摸屏上的數據即可。

              Artec 3D人體掃描儀

              如需掃描人體并用于3D打印、人體信息提取、視覺特效,Artec 3D有幾款3D掃描儀和掃描系統可供選擇:

              Eva

              Artec Eva是一款手持式結構光3D掃描儀,已在各類物體的掃描項目中證明了自己,包括中型工業品、家具、雕像和古跡、人體以及人體部位。得益于其掃描性能和安全的結構光科技,Eva可以像捕獲獨立人體部位一樣捕獲全身,準確率、分辨率高

            使用Artec Eva掃描人體

              設備應用范圍廣,包括定制矯形器械、義肢、輪椅坐墊、整形手術、3D打印人像等。Eva可用于人體全彩掃描和打印,還曾用于制作首個奧巴馬3D總統像。

              Eva Lite

              Eva Lite是輕便版Eva;這款掃描儀擁有相同的準確度規格,但掃描時不采集肌理數據。因此捕獲的數據量明顯更少,耗電量低,可配合使用更實惠的電腦。所以,對于醫療、體育、健身等無需肌理的應用場景而言,它成為了一款高性價比人體掃描解決方案。

              Leo

              Artec Leo是Artec 3D家族系列產品中首款全便攜手持式3D掃描儀,搭載機載處理功能。它被打造成一款強大的多功能解決方案,既能捕獲大面積,也能搞定小細節,適合一系列物體的掃描,包括小型機械部件、人體、交通工具、甚至整個犯罪現場。

            Artec Leo

              和其他手持式掃描儀不同,Leo搭載觸摸屏、內置電池、強大的處理器和機載Wi-Fi。這些功能使3D人體掃描如同用智能手機拍視頻一樣便捷輕松,且不易出錯。您可以在屏幕上預覽掃描效果,查看哪些部位需要采集,或者是否需要調整與掃描對象的距離。一切盡在掌握,操作員無需連接電腦來預覽,因此整個掃描過程將更快更舒適。

              Leo曾為著名多人在線軍事FPS游戲制作超寫實高清3D模型、為自行車手定制貼身的流線型騎行服、定制義肢等。

              Shapify Booth

              如果您需要每天掃描500多人進行科研或其他大規模項目,不妨了解一下Shapify Booth。

            Shapify Booth

              什么是Shapify Booth?這是一款自動3D全身掃描亭,搭載四個廣角、高分辨率3D掃描儀、照明系統、自動處理軟件。掃描儀安裝在墻面兩側,能圍繞站在亭子中央的一位或多位模特旋轉一周,從各角度捕獲。整個掃描耗時約12秒,5分鐘后即可預覽(如有人眨眼或移動,則需重新掃描),隨后發送至云端進行處理,大約需要10-15分鐘。即可獲得全彩實體模型,可3D打印,采集人體測量值,也可上傳至3D軟件進行建?;蛐薷?。

              這就是人體掃描完整手冊!

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