3Dスキャナー・機械の種類と活用法について解説

対象物の形状を感知して、立体データとして取り込むことができる3Dスキャナー。センサーや光を使って3D座標データを取り込み、その後、取り込んだ「点群データ」から三角面の「ポリゴンデータ」に変換することで立体を生成します。この記事では3Dスキャナーの基本と機械の種類、そしてその活用法について解説します。

3Dスキャナーはどんな機械?

3Dスキャナー

3Dスキャナーは、対象物の形状を感知することにより、立体データとして取り込むことの可能な機械です。センサーや光を使って3Dの座標データを取り込み、その後、取り込んだデータを三角面の「ポリゴンデータ」に変換して立体を生成します。3Dスキャナーは現在、さまざまな分野での活用が進んでいて、利用は広がるものと考えられています。3Dスキャナーがどんな機械なのかを知ったところで、少し詳しく3Dスキャナーについて解説していきましょう。

3Dスキャナーを分類

3Dスキャナーは「接触式」と「非接触式」に分類することができます。接触式はこれまでのスタンダードで現在も多く使われている形式ですが、現在は非接触式の3Dスキャナーを利用するビジネスが増えています。

接触式3Dスキャナーとは

接触式3Dスキャナーとは、対象物にセンサーや探針を使って直接触れることで立体の形状を認知し、座標として取り込める機械です。対象物に直接触れて計測するため測定精度が高いことが、この方式の大きなメリットです。しかし、複雑な物体の場合はセンサーや探針がうまく入り込めず、また直接、物体に触れる必要があるため、大きな物体のスキャンには適当ではありません。昔から使われてきた方法で、現在も3Dスキャンのスタンダードと言っても過言ではありませんが、現在、主流になりつつある方式と比較すると測定に長い時間がかかることはデメリットだと言えます。

非接触式3Dスキャナーとは

非接触式3Dスキャナーとは、光を対象物に当て、その反射光や角度を計算することにより立体の形状を分析する機械のことです。非接触式3Dスキャナーの測定方法は「光(格子パターン)投影法」と「レーザー光切断方式」の2種類です。
光(格子パターン)投影法は、その名のとおり格子パターンを投影して物体の計測を行います。スキャンのスピード、クオリティに優れる測定方式ですが、作業を暗所で行わなければならないというデメリットがあります。
レーザー光切断方式は、三角測距の原理を使用した方式で測定対象との距離を測り、立体データを取得します。表面のスキャンが荒くなる傾向がありますが、費用対効果が高く、また光投影法とは異なり、明るい場所でのスキャンができるというメリットがあります。

3Dスキャナーの活用法

3Dスキャナー

3Dスキャナーの需要は、ビジネスの各分野にて増しています。3Dスキャンの活用方法は年々広がりを見せ、今後もさまざまな分野で活用が進むものと予想されます。ここからは3Dスキャナーがどんな形で活用されているのかチェックしていきましょう。

リバースエンジニアリング

リバースエンジニアリングとは、製品がどのように作られ、そしてどんなパーツが使われたのか、などを調べるために行います。言葉どおり、エンジニアリングを逆に進めることで、モノ作りにおけるリバースエンジニアリングは、クレイモデルなどの試作品をスキャンして、立体データにすることです。
リバースエンジニアリングを行うにあたり、3Dスキャナーは利用を検討しておきたいマシンです。3Dスキャナーを利用することで、対象製品を分解することなく、すばやくデータを取り込めるため作業がはかどります。これまでの測定ツールを使うリバースエンジニアリングはお金と時間がかかることが課題でしたが、3Dスキャナーを導入することで、その課題を解決できます。
リバースエンジニアリングは、その性質上、悪意を持って利用される危険性があります。悪意を持ったリバースエンジニアリングはモノ作りでも行われ、たとえば競合他社製品の技術を盗む目的で使われたり、デザインを複製する目的で使われたりする場合があります。
他社製品の分析については、製品同士の互換性を持たせるために行われる場合もありますが、知的財産権が関係してくるため慎重に行わなければなりません。現在は技術の盗用やデザインのコピーなどの悪用を防ぐためにリバースエンジニアリング対策をしているメーカーもあります。

医療にも広がる3Dスキャナーの利用

3Dスキャナーは、医療分野において、たとえば義肢などの製作に利用されています。患者さんの体にフィットするように作らなければならない装具は、正確な測定が必須ですが、人間の体を正確に測ることは難しいものです。しかし、3Dスキャナーを導入することで、患者さんの体格にフィットする装具をシンプルに、そしてストレスフリーに作ることが可能になります。その他にも3Dスキャナーは、体格や体の状態に合わせた車椅子の作成や、インプラント作成にも使用されています。

工業デザイン

3Dスキャンのテクノロジーは、工業デザインに革命とも言える大きな影響をもたらしました。これまでは新製品のデザインの立案や複雑な形の立体を測定する場合、長い時間が必要でした。しかし、3Dスキャンのテクノロジーは、このような作業を簡素化することで作業のスピードアップに導きました。小さなパーツから、これまでは難しかった大きな工業製品のスキャンに関しても、非接触式の3Dスキャナーが高精度の測定を可能にしています。工業デザインにおいて3Dスキャナーは、プロトタイピングや製品のクオリティ向上、製品開発などのあらゆる場面で活躍しています。

教育機関

3Dスキャナーの利用は教育機関にも広がっています。3Dスキャナーは、大学や研究所を中心に、主に研究や研修の場面において利用されています。

芸術とデザイン

3Dスキャナーはインダストリアルデザインによく使われていますが、芸術の世界での利用も進んでいます。その好例が美術館や博物館。美術館や博物館では3Dスキャナーの利用が進んでいて、オンライン美術館の製作や展示に利用されています。実際の芸術作品をスキャンしてオンライン上での閲覧を可能にするとてもおもしろいアイデア。もちろん、実物が目の前にあるわけではありませんが、オンライン上の芸術作品は、コントローラーにより角度を変えて鑑賞することができます。
また、映画やテレビドラマには特殊効果が使われることが当たり前になっていますが、これまではほぼ不可能だった特殊効果が、3Dスキャナーで取り込んだデータを使うことで可能になりました。遺産などをスキャンして、映画やドラマの中にコンピューターグラフィックとして精密に再現させることは、現在の3Dスキャナーなら可能です。
3Dスキャンのテクノロジーは、この他にも遺跡や古い建築物の保存、ファッションなどに活用されています。




3Dスキャナーの活用法・まとめ

3Dスキャナーの基本的知識、種類、そして活用法を紹介してきました。これまでは製造業や建設業を中心に使われてきた3Dスキャナーの利用はあっという間に広がり、3Dスキャナーは幅広い分野で活用されています。ファッションや芸術、そして教育といった世界でも活躍している3Dスキャナーはそれ自体の進化と、3Dプリンターなど、他の3Dテクノロジーの進化と共に、未知の分野にも活用が広がる可能性を秘めています。