3Dスキャナーの精度に関する疑問お答えします!
3Dスキャナーは、現実世界の物体をデジタル化する技術として、様々な業界で活用されています。建築、製造、医療、エンターテイメントなど多岐にわたる分野で、3Dスキャナーはプロセスの効率化や品質向上に貢献しています。しかし、3Dスキャナーの技術や性能は機種ごとに大きく異なり、特に精度に関する情報は初心者には理解しづらいことが多いです。この記事では、3Dスキャナーの精度に関する疑問を解決し、適切な機種選びができるように解説していきます。
精度の重要性と適切な機種選びとは?
3Dスキャナーの精度は、スキャンした物体のディテールや形状を正確に再現する能力のことで、適切な精度を持つ機種を選ぶことが、プロジェクトの成功に大きく関わります。例えば、製造業では高い精度が求められる部品の設計や品質管理に、3Dスキャナーが活用されることがあります。一方で、エンターテイメント分野では、ゲームや映画の背景やキャラクターを作成する際に、必ずしも高い精度が求められないことがあります。

精度が高い3Dスキャナーは、その性能に応じて価格も高くなる傾向があります。しかし、必ずしも高価な機種が最適とは限らず、用途や予算に応じて適切な機種を選ぶことが重要です。この記事では、3Dスキャナーの精度の基本概念や関連要素を解説し、公表値だけではわからない実際の性能や選び方のポイントを明らかにしていきます。
3Dスキャナーの精度とは?
3Dスキャナーの精度は、スキャンした物体の形状やサイズをどれだけ正確にデジタルデータとして再現できるかを示す指標です。精度が高いほど、現実世界の物体を忠実にデジタル化することができます。3Dスキャナーの精度は主に2つの要素で評価されます。
3Dスキャナーの精度の定義
実際のスキャン精度を測る指標には二つの指標があります。下記は少しわかりづらいので具体例を共にご説明します。
①スキャン精度
スキャン精度は、3Dスキャナーが計測する物体の形状やサイズが、実際の物体とどれだけ一致しているかを示す指標です。単位は通常、ミリメートル(mm)やマイクロメートル(μm)で表されます。例えば、スキャン精度が0.02mmで、実際の物体の幅が50mmである場合、スキャンされたデータの幅は、49.98mmから50.02mmの範囲内になることが予想されます。
②解像度
解像度は、3Dスキャナーが捉えることができる最小のディテールの大きさを示す指標です。これは、3Dスキャンデータ内の隣接する点の最小距離として表されます。解像度が高いほど、より細かいディテールが再現できます。解像度も単位はミリメートル(mm)やマイクロメートル(μm)で表されます。例えば、スキャン解像度が0.025mmで、対象物の表目に1mmのシボ加工などがある場合、このスキャナーの解像度範囲内にあり、表面のディテールも正確に再現されることが期待できます。
スキャン精度と最高解像度の違い
スキャン精度と解像度は、それぞれ異なる側面を評価する指標ですが、どちらも3Dスキャナーの性能を測る重要な要素です。
①スキャン精度は、スキャンデータの全体的な正確さを示すのに対して
②解像度は、どれだけ細かいディテールを捉えられるかを示します。
適切な精度と解像度を持つ3Dスキャナーを選ぶことで、プロジェクトの要求に応じたデータが得られます。
例えば、製造業のリバースエンジニアリングなどでは、高いスキャン精精度が求められることが多いです。これは、製品の品質を確保するため、実際の物体とデジタルデータの形状やサイズの一致が重要だからです。一方、美術や建築の分野では、細かいディテールやテクスチャを再現することが重要であるため、高い解像度が求められることがあります。
これらの指標は互いに独立しているため、高いスキャン精度を持つ3Dスキャナーが必ずしも高い解像度を持つとは限りません。また、逆もまた然りです。したがって、3Dスキャナーを選ぶ際には、目的に応じて適切なスキャン精度と解像度を持つ機種を選ぶことが重要です。
3Dスキャナーの精度はどのような要素で
成り立っているのか?
3Dスキャナーの精度は、どのような要素で成り立っているのでしょうか?例えば、スキャン精度とスキャン解像度は各メーカーもスペック表に公表値を記載していますが、一般的には以下の要素が合わさって数値が決められています。レーザー光の径、波長、距離測定方式、スキャン速度とサンプリング間隔などです。
レーザー光の径
レーザー光の径が細いほど、より細かいディテールを捉えられます。これにより、スキャン精度が向上します。ただし、径が細すぎると、測定対象からの反射光が減少し、測定が困難になる場合があります。
波長
波長が異なると、測定対象の表面の反射特性や透過特性が変化します。適切な波長のレーザー光を選択することで、対象物に応じた高い精度の測定が可能になります。これにより、スキャン精度が向上します。
距離測定方式
距離測定方式によって、測定精度や測定距離の範囲が異なります。例えば、時間飛行法(Time of Flight, TOF)は長距離測定に適していますが、精度がやや劣ります。一方、位相シフト法や三角測量法は、より高い精度の測定が可能です。
スキャン速度と
サンプリング間隔
スキャン速度が速いほど測定時間が短くなりますが、サンプリング間隔が広がるため、解像度が低下する可能性があります。逆に、スキャン速度を遅くし、サンプリング間隔を狭くすることで、解像度が向上します。ただし、測定時間が長くなる欠点があります。
フィールドオブビュー(FOV)
フィールドオブビュー(FOV)は、3Dスキャナーが一度に測定できる範囲を示します。FOVが広いほど、一度のスキャンで広範囲のデータを取得できますが、解像度が低くなることがあります。一方、FOVが狭いと解像度が高くなりますが、スキャン範囲が狭くなります。用途に応じて、適切なFOVを持つ3Dスキャナーを選ぶことが重要です。
公表値(例えば、スキャン精度0.02mm、解像度0.025mmなどの数値)は、上記の要素が最適化された状態での理論値です。実際の測定では、照明条件や対象物の表面特性など、さまざまな要素が影響を与えるため、公表値と同じ精度・解像度が得られるとは限りません。公表値は、スキャナーの性能を比較する際の一つの基準になります。
スペック値が同じでも3Dスキャン精度が異なる理由
3Dスキャナーを選んでいる際に、低価格な機種と高価格な機種で、スキャン精度が同じケースがあると思います。例えば、わかりやすい例では、10万円以下の低価格3Dスキャナーと100万円以上の高価格な3Dスキャナーでスキャン精度が同じ0.05mmだったとしても、実際の性能は異なります。具体的にご紹介します。
センサーの品質
100万円の3Dスキャナーは、高品質なセンサーが使用されている可能性があります。これにより、ロストが少なく、安定したスキャンが可能になります。一方、10万円のハンディタイプでは、低価格のセンサーが使用されており、測定信号のノイズが多く、対象物をロストしやすくなることが考えられます。
ソフトウェアの性能
100万円の3Dスキャナーは、高性能なソフトウェアを搭載している可能性があります。このソフトウェアは、測定データの処理や解析を効率的に行い、正確なスキャンデータを生成します。一方、10万円のハンディタイプでは、ソフトウェアの性能で、データ処理や解析が不十分である可能性があります。
計測範囲と解像度
100万円の3Dスキャナーは、広い計測範囲を持ち、高解像度でスキャンが可能です。一方、10万円のハンディタイプでは、計測範囲が狭く、解像度が低いため、スキャンが進みにくいことが考えられます。
エラー訂正機能
100万円の3Dスキャナーは、エラー訂正機能が強化されており、測定データの欠損やノイズを自動的に補正できます。これにより、ロストが少なく、スキャンがスムーズに進みます。一方、10万円のハンディタイプでは、エラー訂正機能が弱く、欠損やノイズの影響を受けやすいことが考えられます。
ハードウェアの堅牢性と耐久性
100万円の3Dスキャナーは、堅牢で耐久性のあるハードウェアを使用している可能性があります。これにより、機器が環境や使用状況による影響を受けにくくなります。一方、10万円のハンディタイプでは、安価なハードウェアが使用されているため、耐久性や堅牢性が劣ることが考えられます。
キャリブレーションと
メンテナンス
100万円の3Dスキャナーは、正確なキャリブレーションが行われており、メンテナンスが容易です。これにより、スキャナーが常に最適な状態で使用でき、正確なスキャンが可能になります。一方、10万円のハンディタイプでは、キャリブレーションやメンテナンスが不十分である可能性があります。
ユーザーインターフェースと
操作性
50万円の3Dスキャナーは、使いやすいユーザーインターフェースを備えており、操作性が高いです。これにより、効率的なスキャンが行えます。一方、10万円のハンディタイプでは、ユーザーインターフェースや操作性が劣っており、スキャンが進みにくいことが考えられます。
光源の種類
3Dスキャナーには、レーザー光や白色光、青色光など、さまざまな光源が使用されます。光源の種類によって、測定対象の表面材質や色に対する反応が異なり、スキャン結果に影響を与えることがあります。高品質な3Dスキャナーは、複数の光源を組み合わせることで、より正確なスキャンが可能になります。
データポスト
プロセッシング機能
3Dスキャナーによって取得されたデータは、ポストプロセッシングを行うことで、品質が向上します。高品質な3Dスキャナーは、自動的にノイズ除去やメッシュ生成、データ整合性の向上などのポストプロセッシングを行うソフトウェアを搭載しています。これにより、スキャン結果の品質が向上し、性能に差が出ます。
照明条件と環境への適応性
3Dスキャナーの性能は、照明条件や環境に大きく影響を受けます。高品質な3Dスキャナーは、照明条件が悪い場合でも安定したスキャンが可能であり、さまざまな環境に適応できます。一方、低価格の3Dスキャナーは、照明条件や環境によって性能が低下することがあります。
マルチセンサー統合
一部の高品質な3Dスキャナーは、複数のセンサー(例えば光学センサーと触覚センサー)を統合し、それらのデータを組み合わせることで、より正確なスキャンを実現しています。このようなマルチセンサー統合技術により、公表値が同じであっても性能に差が出ることがあります。
これらの要素が組み合わさって、高価格な100万円以上の3Dスキャナーが低価格の10万円以下の3Dスキャナーよりも優れたスキャン性能を発揮します。公表値が同じであっても、上記の技術的な要素によって実際のスキャン結果が異なるため、購入前に詳細な比較や検討が必要です。
3Dスキャナーの精度に影響を与える要因
3Dスキャナーの精度に影響を与える要素は、ハードウェアとソフトウェアの機能だけではありません。使用する環境や対象物の形状、表面特性、適切な使用方法などによってスキャナーの精度は異なってきます。
照明条件
適切な照明条件がないと、3Dスキャナーの測定精度が低下することがあります。特に光学式やレーザー式の3Dスキャナーは、環境光や対象物の反射率に影響されやすいため、照明条件を最適化することが重要です。

対象物の表面特性
対象物の表面が光沢や透明性を持っている場合、光学式やレーザー式の3Dスキャナーでは正確な測定が難しくなることがあります。このような場合、表面に特殊なスプレーを塗布することで測定精度を向上させることができます。
スキャナーと対象物の相対位置・姿勢
3Dスキャナーと対象物の相対位置や姿勢が不適切であると、測定精度が低下することがあります。対象物を複数の角度からスキャンして、データを統合することで測定精度を向上させることができます。
ソフトウェア処理
3Dスキャナーで取得したデータは、ソフトウェアによって処理されます。この処理の精度が低いと、測定結果の精度も低下します。高品質なソフトウェアを使用することで、データ処理の精度を向上させることができます。
キャリブレーション
3Dスキャナーは、定期的にキャリブレーション(校正)を行うことで、測定精度を維持・向上させることができます。キャリブレーションが不適切であると、測定精度が低下することがあります。
これらの要素に注意して、3Dスキャナーの選択やスキャン環境の調整を行うことで、より高い精度の測定結果を得ることができます。また、用途に応じて適切な3Dスキャナーの種類(光学式、レーザー式、触覚式など)を選択する
まとめ:スペック値に惑わされない正しい3Dスキャナーの選び方
3Dスキャナーの精度を理解し、適切な機種を選ぶためには、以下のポイントに注意して選択を行うことが重要です。
用途を明確にする
最初に、3Dスキャナーをどのような目的で使用するのかを明確にしましょう。用途によって求められるスキャン精度や解像度が異なるため、正確なニーズを把握することが重要です。リバースエンジニアリングや検査であれば、高精度が、簡易的なモデルを作成したのか、また、対象物のサイズや形状、環境条件なども考慮に入れて、適切な機種を選びます。
スペック値以外の点をしっかりと検証する
スペック値だけで3Dスキャナーの性能を判断しないようにしましょう。公表値が同じでも、測定原理や距離測定方式、光源の種類、データポストプロセッシング機能、照明条件と環境への適応性など、多くの要素が精度に影響を与えます。これらの要素は一般的に公開されていませんが、ソフトウェアの性能やハードの機能などから、可能な限り自分の用途に適した機種を選ぶことが重要です。
実際にテスト3Dスキャンを行う
最後に、可能であれば実際に3Dスキャナーを使ってテストスキャンを行うことがベストです。実際にテストしてみれば、どのレベルまでスキャンが可能で、さらに操作性などがわかれば、なおベストです。
3Dスキャナーの疑問・不安、お答えします!

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