Массовое распространение 3D-принтеров сделало актуальным вопрос, хорошо знакомый пользователям более привычной компьютерной техники. Чтобы напечатать или показать на экране 3D-модель, нужно получить её достоверный образ, а для этого необходим точный 3D-сканер. И здесь в процесс вмешивается закон Ламберта. Точнее, отклонения от него: не все объекты рассеивают свет своей поверхностью одинаково по всем направлениям.
Патент недели: Точный сканер для 3D-принтера
Prototypster

При непосредственном участии Федеральной службы по интеллектуальной собственности («Роспатента») мы решили ввести на сайте рубрику «Патент недели». Еженедельно в России патентуются десятки интересных изобретений и усовершенствований — почему бы не рассказывать о них в числе первых.

Патент: 2573767

Авторы: Владимир Марчук, Вячеслав Воронин, Владимир Франц, Марина Письменскова, Евгений Семинищев.

Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ДГТУ).

3D-модели могут использоваться во многих отраслях промышленности и медицины. С их помощью можно проводить более точную диагностику объектов, например деталей двигателей или человеческих органов. Можно использовать их в образовательном процессе и при проведении тестовых испытаний. Но чтобы воссоздать модель на экране, с помощью голографического изображения или на 3D-принтере, нужен как можно более точный оптический сканер. Увы, в работу подобных устройств всегда вмешивался закон Ламберта, точнее отклонения от него.

Согласно закону Ламберта яркость рассеивающей свет поверхности объекта одинакова во всех направлениях. Но практика сильно отличается от теории: в реальности существует множество объектов с «неламбертовым» законом рассеяния. Например, полупрозрачные, прозрачные, зеркальные и так далее. На отклонения от закона Ламберта может влиять внешняя освещенность сцены. И так далее.

В техническом решении, предложенном группой изобретателей из ДГТУ, учтено деление яркости каждой точки сцены на две составляющих освещения — прямую и глобальную. Под прямой составляющей понимают свет, отразившийся от сцены всего лишь один раз. Глобальную формирует свет, претерпевающий множественные изменения внутри сцены. Ученые предлагают разделить эти составляющие и использовать шаблоны структурированного света, с учетом особенностей сцены.

Устройство, в основе которого новая технология ученых, содержит десяток блоков: блок получения изображения, блок управления, блок вычисления маски глобального освещения, блок извлечения шаблона, блок генерации адаптивных шаблонов, блок поиска пересечений, блок проецирования, блок получения информации, блок ассоциации шаблонов, блок вычисления трехмерной формы, блок тактовой частоты.

По сути, это и есть описание гораздо более точной модели современного 3D-сканера. С его помощью можно будет построить гораздо более точную и достоверную 3D-модель любого объекта, независимо от фактуры материи, из которой он состоит. А дальше — посмотреть ее на экране или распечатать на 3D-принтере.