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從定制假肢到極致合身的服裝，從 3D打印模型到逼真的游戲角色，人體三維掃描儀在各個(gè)行業(yè)中迅速得到人們的關(guān)注。這篇文章，我們將介紹人體掃描儀的選購(gòu)和操作注意事項(xiàng)，以及這項(xiàng)技術(shù)如何推動(dòng)醫(yī)療、體育、服裝、CGI 等領(lǐng)域的創(chuàng)新。

1980年代末，人們研發(fā)了人體三維掃描儀，最初是為了響應(yīng)服裝行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求，提升成衣的合身度。如今，這些掃描儀被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，從體育到醫(yī)療，為人們提供快速而準(zhǔn)確的人體數(shù)據(jù)，以及關(guān)于人體演變的定量、定性信息。

現(xiàn)在，讓我們?cè)敿?xì)了解不同類型的人體三維掃描儀的工作原理，及其能夠處理的任務(wù)。

1

人體三維掃描儀工作原理

顧名思義，人體三維掃描儀是一種可以數(shù)字化捕捉整個(gè)人體或獨(dú)立部位（如手臂、腿、耳朵或頭部）的設(shè)備。設(shè)備拍攝數(shù)千張人體快照，并將快照拼接成點(diǎn)云，掃描儀最終會(huì)生成一個(gè)3D模型。

人體三維掃描儀可以基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)、激光線三角測(cè)量等原理來(lái)工作。此外，還有一些移動(dòng)應(yīng)用程序能夠?qū)⒅悄苁謾C(jī)變成三維掃描儀，用來(lái)創(chuàng)建逼真的虛擬形象。有些設(shè)備依賴于攝影測(cè)量技術(shù)，即通過(guò)拼接照片生成3D模型。我們將在后文更詳細(xì)地介紹這一過(guò)程。

如今，有許多方法可以對(duì)面部或身體進(jìn)行三維掃描，但專業(yè)手持式三維掃描儀能夠提供更優(yōu)質(zhì)的效果。

如采用三維掃描，您可以選擇全身掃描儀（也稱為 三維掃描亭或掃描鏡）或手持設(shè)備，用于掃描人體部位。除了采集人體的硬件設(shè)備外，三維處理軟件也是分析所有原始數(shù)據(jù)并提取測(cè)量細(xì)節(jié)的關(guān)鍵工具。

目前的三維人體掃描儀可以主要分為三類：

#1

人體掃描移動(dòng)應(yīng)用程序

智能手機(jī)攝像頭功能強(qiáng)大，最近在一些新型智能手機(jī)和平板電腦上還引入了3D傳感器，移動(dòng)應(yīng)用程序利用這些優(yōu)勢(shì)，僅通過(guò)幾張照片就能獲取人體測(cè)量數(shù)據(jù)。這類應(yīng)用程序通常面向那些無(wú)法獲得高端人體掃描儀的終端消費(fèi)者。

#2

手持式人體三維掃描儀

這種類型的人體三維掃描儀已經(jīng)在市場(chǎng)上存在了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。與三維掃描亭不同，它們也可以用于捕捉人體的獨(dú)立部位或肢體的高精度細(xì)節(jié)。這類設(shè)備更加靈活便攜，可以繞著掃描對(duì)象進(jìn)行掃描，且結(jié)果比掃描亭更精確。

掃描完成后，輸出的3D模型，無(wú)論是否彩色，有無(wú)紋理，通常會(huì)導(dǎo)入一些專業(yè)的三維軟件中進(jìn)一步處理。例如，創(chuàng)建定制假肢、矯形器或珠寶、眼鏡等個(gè)性化配件。

智能手機(jī)適合娛樂(lè)用途，但專業(yè)用戶需要專用的手持設(shè)備來(lái)捕捉詳細(xì)數(shù)據(jù)。

#3

三維掃描亭

人體三維掃描亭是固定的艙室或自助終端，通常配備掃描儀、傳感器、DSLR攝像機(jī)（或三者組合），以便從各個(gè)角度捕捉人體。人站立在掃描亭中央，保持固定姿勢(shì)，而掃描技術(shù)人員在后臺(tái)完成所有必要的準(zhǔn)備和系統(tǒng)設(shè)置。

根據(jù)掃描亭中安裝的硬件和軟件，整個(gè)過(guò)程可能只需幾秒鐘即可完成。但由于掃描亭體積龐大，這項(xiàng)技術(shù)落實(shí)起來(lái)并不容易，移動(dòng)起來(lái)非常困難。

對(duì)著人掃描時(shí)，掃描對(duì)象移動(dòng)或眨眨眼很正常。為避免這種情況，事先規(guī)劃好站位是很重要的。

雖然掃描一個(gè)人可能只需要幾分鐘，但仍然需要確保他們的姿勢(shì)是舒適的，以便他們能夠保持不動(dòng)。如果確實(shí)出現(xiàn)了移動(dòng)，Artec Studio這樣的軟件解決方案可以輕松修復(fù)采集過(guò)程中意外移動(dòng)造成的掃描問(wèn)題。

此外，還要確保所使用的掃描儀速度夠快。Artec手持掃描儀能以非常高的幀率（每秒幀數(shù)）捕捉大面積區(qū)域，比其他設(shè)備更快完成人體掃描。

在面部掃描中，速度至關(guān)重要。采集速度快可以最大限度地減少不必要的面部變化。

面部掃描速度非?？?，通常只需5-7秒，完全可以保證掃描對(duì)象不眨眼。避免眨眼的另一種方法是讓掃描對(duì)象在采集過(guò)程中選擇一個(gè)他們面前的點(diǎn)（略高于視平線，避免直接看向閃光燈）。另外，最好用坐姿采集頭頂數(shù)據(jù)（畢竟有些人可能比較高）。

另一個(gè)常見(jiàn)的挑戰(zhàn)是捕捉難以觸及的細(xì)小身體部位，例如手指、腋窩、腿、頭發(fā)和耳朵。以下是我們掃描了數(shù)千人后總結(jié)的一些注意點(diǎn)。

掃描雙手

我們知道，要保持雙手靜止幾分鐘是很難的，并不是每個(gè)人都有僧人一樣的耐心或瑜伽老師般的毅力。為了避免任何移動(dòng)，我們建議掃描對(duì)象將雙手靠近或貼在身體上。在某些情況下，如果需要高精度捕捉手指和雙手，我們建議先掃描手部，然后再掃描身體的其他部分，以獲得杰出效果。有時(shí)，采用T型或A型姿勢(shì)也可能有幫助，尤其是在捕捉精確的上半身測(cè)量數(shù)據(jù)或進(jìn)行動(dòng)畫3D建模時(shí)。

保持掃描對(duì)象的舒適度至關(guān)重要。將手放在臀部、握住物體，或讓他們坐下，都有所幫助。

將手臂放在臀部時(shí)，一定注意，不要遺漏肘部?jī)?nèi)側(cè)和腋下部位。對(duì)于Artec掃描儀（如Eva 或Leo）而言，我們建議從正面和背面以極端角度握持設(shè)備，盡可能多地捕捉數(shù)據(jù)。如果這些區(qū)域未能徹底掃描，可能會(huì)導(dǎo)致不良的暗色紋理。

掃描腿部

腿部通常更容易掃描，因?yàn)樗鼈儾惶赡芤苿?dòng)。然而，仍有一些注意事項(xiàng)。如確保掃描對(duì)象站在有紋理的地面上，例如彩色地毯，并且兩條腿都在掃描儀的視野范圍內(nèi)，以確保追蹤穩(wěn)定。

我們還建議在你改變位置時(shí)，將設(shè)備對(duì)準(zhǔn)有紋理的地面或人的腳部。最重要的是，不要忘記掃描每條腿的內(nèi)側(cè)。方便起見(jiàn)，你可以在掃描開(kāi)始前讓掃描對(duì)象一只腳稍微前移，以防止在最終網(wǎng)格中，雙腿“融合”在一起。

掃描頭發(fā)

頭發(fā)是人體掃描面臨的另一類棘手問(wèn)題，因?yàn)轭^發(fā)通常很細(xì)，且可能凌亂或不平整。

我們建議在掃描前先梳理頭發(fā)，使其平整。這樣，掃描儀的光束可以更準(zhǔn)確地投射到表面，從而得到更好的掃描效果。如果發(fā)型難以掃描，您還可以通過(guò)梳理或用水濕潤(rùn)頭發(fā)的方式使其平整一些。

為了確保追蹤穩(wěn)定，我們建議掃描時(shí)始終將人的肩膀保持在掃描儀的視野范圍內(nèi)。在掃描長(zhǎng)發(fā)前，將頭發(fā)放到背后并固定在一處，也有助于減少頭發(fā)的散亂。

直發(fā)通常可以順利掃描。波浪發(fā)、卷發(fā)、較厚的頭發(fā)會(huì)稍微復(fù)雜一些，但通過(guò)一些處理仍然可以成功。緩慢地以弧形軌跡掃描，有助于改善效果，但同時(shí)也需保持較快的速度，以防止由于人體移動(dòng)引起的對(duì)齊問(wèn)題。

最后，在捕捉復(fù)雜發(fā)型時(shí)，我們建議調(diào)高掃描儀的靈敏度，能更容易地識(shí)別并捕捉精細(xì)的表面。

透明、光亮或深色表面通常很難捕捉。光亮的表面往往會(huì)反射掃描儀的光線模式，而深色表面則會(huì)吸收光線，使得設(shè)備無(wú)法在物體上生成光斑。透明表面也是如此，因?yàn)閽呙鑳x發(fā)出的光線會(huì)直接穿透。

在開(kāi)始掃描前，請(qǐng)讓掃描對(duì)象取下所有配飾。這些配飾可以后期制作模型時(shí)加上。

為了獲得更穩(wěn)定和均勻的結(jié)果，我們不建議穿戴任何半透明、黑色或有光澤的物品，如皮革衣物或珠寶。如果物品不能脫下，可以嘗試使用啞光噴霧或滑石粉來(lái)覆蓋光亮區(qū)域。

對(duì)于一些掃描儀來(lái)說(shuō)，最好讓人在掃描完成后繼續(xù)保持姿勢(shì)幾秒鐘，以便檢查數(shù)據(jù)是否存在遺漏。如果遺漏了大片區(qū)域，最好立即重新掃描，而不是要求對(duì)方稍后再擺同樣的姿勢(shì)，因?yàn)閮纱巫藙?shì)是不可能完全相同的。

如果你使用的是Artec Leo，則無(wú)需擔(dān)心這些問(wèn)題，因?yàn)槟憧梢酝ㄟ^(guò)觸摸面板實(shí)時(shí)查看掃描數(shù)據(jù)。有關(guān)如何掃描人體的更多信息，請(qǐng)前往B站查看我們的視頻教程。

Artec Eva是一款手持式結(jié)構(gòu)光三維掃描儀，已在多個(gè)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)光技術(shù)對(duì)人體無(wú)害，基于這項(xiàng)技術(shù)，Eva能在幾秒鐘內(nèi)捕捉身體部分區(qū)域，并在幾分鐘內(nèi)完成全身掃描，精度和分辨率足以滿足醫(yī)療設(shè)備定制和CGI應(yīng)用的要求。

Artec Eva Lite是Eva的簡(jiǎn)化版，具備相同的精度規(guī)格，但不采集紋理。因此，它收集的數(shù)據(jù)量明顯減少，功耗更低，可以和高性價(jià)比電腦搭配使用，因此，非常適合預(yù)算有限的實(shí)驗(yàn)室、診所或工作室使用。

Artec Spider II是一款廣受歡迎的高分辨率掃描儀，它精度極高，能以0.05毫米的分辨率和精度捕捉微小細(xì)節(jié)，在醫(yī)療、牙科和考古學(xué)領(lǐng)域取得了巨大成功。從手術(shù)規(guī)劃到牙科植入物的生產(chǎn)，這款掃描儀一次又一次展現(xiàn)出在精密患者治療中的出色能力。

Spider II在考古學(xué)領(lǐng)域也取得了亮眼的成績(jī)，這款手持設(shè)備符合人體工學(xué)，可以超精確地重現(xiàn)消失在歷史中的面容。在一次DNA項(xiàng)目中，研究人員甚至成功復(fù)原了英國(guó)最早期人類的面貌。

憑借更大的視野、更快的速度和更高的分辨率，Spider II在Space Spider堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

Artec Leo是業(yè)界最早推出的AI驅(qū)動(dòng)無(wú)線三維掃描儀之一。與其他手持掃描儀不同，Leo配備了觸摸屏顯示器、內(nèi)置電池、強(qiáng)大處理器和Wi-Fi。所有這些功能讓人體掃描像用智能手機(jī)拍攝視頻一樣簡(jiǎn)單。

你可以隨時(shí)在屏幕上預(yù)覽結(jié)果，查看哪些區(qū)域缺失數(shù)據(jù)，以及是否需要靠近或遠(yuǎn)離掃描對(duì)象。所有功能都集成在設(shè)備中，不需要連接到電腦，因此這款掃描儀比市面上其他產(chǎn)品更靈活、更快捷、更易于使用。

Leo已經(jīng)被用于創(chuàng)建超逼真的高精度3D模型，例如用于一款著名的多人FPS軍事游戲、設(shè)計(jì)量身定制的流線型騎行服、定制假肢等。

作為全球?yàn)閿?shù)不多的無(wú)線、AI驅(qū)動(dòng)式三維掃描儀，Artec Leo擁有獨(dú)特的配置，能夠快速、無(wú)縫地進(jìn)行人體掃描。

每個(gè)人的身材和尺寸各不相同，盡管大型時(shí)尚品牌努力，但很難將所有人都納入標(biāo)準(zhǔn)尺碼范圍。

越來(lái)越多的消費(fèi)者開(kāi)始在網(wǎng)上購(gòu)物，因此，確保他們買到尺寸合適的產(chǎn)品，并不容易。為了簡(jiǎn)化這一過(guò)程，許多商店開(kāi)始將三維掃描和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)整合到自己的平臺(tái)中，用戶只需上傳他們的三維虛擬形象，即可在虛擬試衣間中試穿商品。

一些國(guó)家甚至采用三維掃描進(jìn)行人體測(cè)量調(diào)查，收集的數(shù)據(jù)有朝一日可用于改進(jìn)尺碼標(biāo)準(zhǔn)。

除了在時(shí)尚領(lǐng)域的應(yīng)用外，專業(yè)三維掃描技術(shù)還在電商領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從服裝到家居家具，許多公司現(xiàn)在轉(zhuǎn)而采用三維掃描技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品在線推廣。

以跑鞋制造商亞瑟士為例，該公司使用Space Spider三維掃描技術(shù)來(lái)研發(fā)、營(yíng)銷逼真的鞋類產(chǎn)品。除了用于提升跑步裝備的質(zhì)量外，該公司還利用這項(xiàng)技術(shù)制作視頻和動(dòng)畫材料，創(chuàng)新?tīng)I(yíng)銷活動(dòng)。

醫(yī)療衛(wèi)生是三維掃描在人體測(cè)量領(lǐng)域的另一項(xiàng)變革性應(yīng)用。醫(yī)療從業(yè)者通常手工測(cè)量身體的尺寸和形狀，然后借助這些數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估患者的健康狀況并提供治療。

隨著人體三維掃描技術(shù)的出現(xiàn)，醫(yī)生和臨床醫(yī)生現(xiàn)在可以在幾秒鐘內(nèi)獲取患者的精確測(cè)量數(shù)據(jù)。然后，他們可以使用這些外部數(shù)據(jù)（單獨(dú)使用或與X光、MRI、超聲波或CT掃描等更具侵入性的檢查數(shù)據(jù)相結(jié)合）來(lái)定制合身的個(gè)性化假肢和矯形器。

除了評(píng)估和監(jiān)測(cè)患者，三維掃描還可以用于模擬并預(yù)覽整形手術(shù)結(jié)果等諸多用途。

從患者監(jiān)測(cè)到逼真的CGI制作，手持式三維掃描技術(shù)不斷在眾多新領(lǐng)域找到更廣泛的應(yīng)用方向。

借助三維掃描采集逼真的全身模型，這一做法也已廣泛應(yīng)用于許多現(xiàn)代視頻游戲、動(dòng)作電影和VR/AR應(yīng)用中。電影工作室使用人體三維掃描儀捕捉演員的身體，創(chuàng)建“數(shù)字替身”，用于視覺(jué)特效和三維動(dòng)畫。同樣，視頻游戲開(kāi)發(fā)者也開(kāi)始掃描知名演員。掃描演員后，可以將這些數(shù)據(jù)作為未來(lái)研發(fā)角色提供基礎(chǔ)，而不用從零開(kāi)始創(chuàng)建3D角色。

一些視頻游戲開(kāi)發(fā)者更進(jìn)一步，允許玩家通過(guò)自拍創(chuàng)建個(gè)性化的三維虛擬形象，并以自己為角色進(jìn)行游戲，而不是使用預(yù)設(shè)的角色。許多虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用也允許用戶上傳個(gè)性化的三維虛擬形象，可用于視頻會(huì)議或游戲中。

END

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HUAO 3D

崔云峰

  上海滬敖信息科技

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     滬敖3D是一家致力于三維數(shù)字化行業(yè)解決方案的技術(shù)型企業(yè)，擁有豐富的三維項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，公司以行業(yè)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，為客戶提供三維數(shù)字化采集、三維數(shù)據(jù)處理、三維數(shù)據(jù)管理等一系列應(yīng)用服務(wù)。

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