المسح الليزري ثلاثي الأبعاد.. التاريخ والتطبيقات

الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد هو جهاز يقوم بتحليل كائنٍ أو بيئةٍ حقيقية، ويجمع البيانات عن شكله، وربما مظهره (أي اللون)، ويُمكن بعد ذلك استخدام البيانات التي تم جمعها لإنشاء نماذج رقمية ثلاثية الأبعاد.

تاريخ صناعة الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد

تمَّ تطوير المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد خلال النصف الأخير من القرن العشرين في محاولة لإعادة إنشاء أسطح العديد من الأشياء والأماكن بدقَّة، فالتكنولوجيا مفيدة بشكل خاص في مجالات البحث والتصميم.

وتمَّ إنشاء أول تقنية مسح ضوئي ثلاثي الأبعاد في الستينيَّات، حيث استخدمت الماسحات الضوئية المبكرة الأضواء والكاميرات وأجهزة العرض لأداء هذه المهمَّة، وبسبب القيود وقلة المعدات، غالبًا ما يستغرق الأمر الكثير من الوقت والجهد لمسح الكائنات بدقة. 

تُعد البيانات ثلاثية الأبعاد المجمَّعة مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، ويتم استخدام هذه الأجهزة على نطاق واسع في صناعة الترفيه في إنتاج الأفلام أو الواقع الافتراضي، وتشمل التطبيقات الشائعة الأخرى لهذه التكنولوجيا التصميم الصناعي، وتقويم العظام، والأطراف الصناعية، والهندسة العكسية، والنماذج الأولية، ومراقبة الجودة/ التفتيش، وتوثيق القطع الأثرية الثقافية.

اقرأ أيضاً دليلك لفتح متجرك الإلكتروني

مجالات استخدام المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد

يُستخدم المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد في مجموعة متنوعة من المجالات، والأبحاث الأكاديمية، وقد أفاد أيضاً في الملابس، وتصميم المنتجات، وصناعة السيارات، والعلوم الطبية. 

ويُمكن أيضًا استخدام المسح بالليزر لتسجيل المباني، خاصَّة في الأماكن التي قد لا يتمكن الأشخاص من الوصول إليها بسبب مخاطر السلامة، ويستخدم المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد في العديد من المجالات والتطبيقات مثل: المسح الصناعي، والمعماري، والمدني، والتضاريس الحضرية، والتعدين، والهندسة العكسية، والجودة، وعلم الآثار، وطب الأسنان، والفحص الميكانيكي للأبعاد، وهذه ليست سوى عدد قليل من التطبيقات المتنوعة...

تعمل تقنية المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد بدقة عالية ورقمية، وهي أسرع بالمقارنة مع الطرق التقليدية الأخرى وتقنيات المترولوجيا. 

كما أن بعض التطبيقات مثيرة للغاية مثل: الرسوم المتحركة، وتطبيقات الواقع الافتراضي.

اقرأ أيضاً طفرة التكنولوجيا وأهميتها في حياتنا اليومية

دور المسح بالليزر في تجهيز المواد والإنتاج

يصف المسح بالليزر الطريقة العامَّة لأخذ عينات أو مسح السطح باستخدام تقنية الليزر، وتوجد العديد من مجالات التطبيق التي تختلف بشكل أساسي في قوة الليزر المستخدمة، وفي نتائج عملية المسح تُستخدم طاقة الليزر المنخفضة عندما لا يتأثر السطح الممسوح ضوئيًا، على سبيل المثال عندما يجب أن يكون فقط رقمنة.

فالمسح بالليزر المتحد البؤر أو ثلاثي الأبعاد هي طرق للحصول على معلومات حول السطح الممسوح ضوئيًا. 

تطبيق آخر منخفض الطاقة هو أنظمة الإسقاط الضوئي المنظمة التي تستخدم لقياس تسطيح الخلايا الشمسية، ممَّا يتيح حساب الإجهاد بإنتاجية تزيد عن 2000 رقاقة في الساعة.

بعض المجالات التي يستخدم فيها المسح بالليزر:

• صناعة البناء والهندسة المدنية.
• الرسومات المبنية للجسور والمنشآت الصناعية والمعالم الأثرية.
• توثيق المواقع التاريخية.
• نمذجة الموقع والتخطيط.
• رقابة جودة.
• المسوحات الكمية.
• إعادة تصميم الطرق السريعة.
• وضع معيار للشكل / الحالة الموجودة مسبقًا من أجل الكشف عن التغيُّرات الهيكلية الناتجة عن التعرُّض لأحمال شديدة مثل: الزلازل أو ارتطام السفينة / الشاحنة أو الحريق.
• إنشاء خرائط GIS (نظام المعلومات الجغرافية) وGeomatics.

اقرأ أيضاً 4 منصات كفيلة بتغيير حياتك..تعرف عليها

المسح بالليزر والهندسة العكسية

تُشير الهندسة العكسية إلى القدرة على إعادة إنتاج شكل كائن موجود، ويعتمد على إنشاء نسخة رقمية من الأشياء أو الأسطح، والتي يمكن تحويلها لاحقًا إلى قوالب، إنه إجراء شائع جدًا وله تطبيقات متنوعة في مختلف الصناعات، ويسمح المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد غير المتصل بمسح الأجسام القابلة للطرق ضوئياً في غضون دقائق دون ضغط، ممَّا قد يغيّر أبعادها أو يلحق الضرر بأسطحها.

يمكن التقاط الأجزاء والنماذج من جميع الأحجام والأشكال بسرعة ودقة، ويوفر المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد للهندسة العكسية دقَّة ممتازة، ويساعد على توصيل المنتجات إلى السوق بشكل أسرع، وبتكاليف تطوير وهندسة أقل، ويوفر المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد طريقة سريعة، ودقيقة، وآلية للحصول عليها..

وبالحديث عن بيانات رقمية ثلاثية الأبعاد، ونموذج CAD لهندسة الجزء للهندسة العكسية، فعندما لا يتوفر أي منها، أيضًا يمكن دمج الميِّزات والتحديثات الجديدة في الأجزاء القديمة بمجرَّد اكتمال النمذجة، ومن التطبيقات العملية للهندسة الميكانيكية والمدنية المساعدة في إنتاج البيانات والوثائق "المبنية". حاليًا، توثيق العديد من أنشطة التصنيع أو البناء بعد التجميع الفعلي لآلة أو مشروع مدني بواسطة مصمم أو محترف هندسي، ويمكن للماسحات الضوئية الليزرية ثلاثية الأبعاد تسريع هذا النشاط لتقليل ساعات العمل المطلوبة، وتوثيق التثبيت الكامل للإرث.

اقرأ أيضاً هل تبحث عن صور خالية من حقوق الطبع والنشر لموقعك على الويب؟

المسح بالليزر والتطبيقات الميكانيكية

تتطلَّب الهندسة العكسية للمكون الميكانيكي نموذجًا رقميًّا دقيقًا للأشياء المراد إعادة إنتاجها، وبدلاً من مجموعة من النقاط، ويمكن تمثيل النموذج الرقمي الدقيق بشبكة مضلعة، أو مجموعة من أسطح NURBS المسطحة أو المنحنية، أو بشكل مثالي للميكانيكي، حيث تتكون من نموذج صلب CAD، ويمكن استخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد لرقمنة المكونات ذات الشكل الحر، أو تغييرها تدريجيًا، بالإضافة إلى الأشكال الهندسية المنشورية، بينما تستخدم آلة قياس الإحداثيات عادةً فقط لتحديد الأبعاد البسيطة لنموذج موشوري للغاية، ثم تتم معالجة نقاط البيانات هذه لإنشاء ملف نموذج رقمي، يستخدم عادةً برامج الهندسة العكسية المتخصصة.

اقرأ أيضاً تعلم استخدام تطبيق Termux

المسح بالليزر وأهميته للطلبات المدنية 

يمكن أن يؤدِّي المسح بالليزر دوراً مهماً للأنشطة المدنية كالتفتيش الدوري للطرق، ويمكن مقارنة بيانات الطرق الرقمية مع عمليات المسح ثلاثية الأبعاد للطرق السابقة للتنبؤ بمعدل التدهور، قد تكون هذه البيانات مفيدة جدًا في تقدير معلومات تكلفة إصلاح أو استبدال الطرق، ومن الممكن أن يكون المسح بالليزر بديلاً  فعالاً في حالات تعيق وصول الأفراد و / أو مخاوف تتعلق بالسلامة تمنع المسح القياسي، بالإضافة إلى أنه يتم استخدام المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد لإجراء مسوحات مدمجة دقيقة وفعالة ومسوحات قبل وبعد البناء والتسوية.

اقرأ أيضاً ما المقصود بهجمات Self-XSS؟ وكيف نتجنب الاختراق الأخلاقي؟

نماذج Gargoyle ثلاثي الأبعاد

الاستخدام المشترك للمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد والطباعة ثلاثية الأبعاد:

تسمح التقنيات بتكرار الأشياء الحقيقية دون استخدام تقنيات الصب بالجبس التقليدية، والتي قد تكون في كثير من الحالات غازية للغاية، بحيث لا يمكن إجراؤها على تراث ثقافي ثمين أو دقيق، ومعالجتها باستخدام برنامج MeshLab. الرقمية التي تم الحصول عليها باستخدام النموذج ثلاثي الأبعاد بواسطة آلة النماذج الأولية السريعة لإنشاء نسخة طبق الأصل من الراتنج الحقيقي للكائن الأصلي.

-CAD / CAM الطبية:

تستخدم الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد لالتقاط الشكل ثلاثي الأبعاد لمريض في تقويم العظام وطب الأسنان، ثم يتم استخدام برامج CAD / CAM (التصميم بمساعدة الكمبيوتر / التصنيع بمساعدة الكمبيوتر) لتصميم وتصنيع الأجهزة التقويمية أو الأطراف الاصطناعية أو زراعة الأسنان.

تستخدم العديد من أنظمة CAD / CAM لطب الأسنان في Chairside وأنظمة CAD / CAM لمختبر الأسنان تقنيات الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد لالتقاط السطح ثلاثي الأبعاد لتحضير الأسنان (إما في الجسم الحي أو في المختبر) ، من أجل إنتاج ترميم رقميًا باستخدام برنامج CAD.

وفي النهاية يتم إنتاج الترميم النهائي باستخدام تقنية CAM (مثل آلة طحن CNC، أو طابعة ثلاثية الأبعاد). وتم تصميم أنظمة الكراسي لتسهيل المسح ثلاثي الأبعاد لمستحضر في الجسم الحي وإنتاج الترميم (مثل التاج، أو Onlay، أو البطانة، أو القشرة).

عملية التصميم بما في ذلك:

• زيادة دقة العمل مع الأجزاء والأشكال المعقدة.
• تنسيق تصميم المنتج باستخدام أجزاء من مصادر متعددة.
• تحديث نسخ الأقراص المضغوطة القديمة بأخرى من أحدث التقنيات.
• استبدال الأجزاء المفقودة أو القديمة.
• تحقيق وفورات في التكاليف من خلال السماح بخدمات التصميم المدمجة، على سبيل المثال في مصانع تصنيع السيارات.
• "إحضار المصنع إلى المهندسين" باستخدام عمليات المسح المشتركة عبر الويب.
• توفير تكاليف السفر.

التصوير ثلاثي الأبعاد

تتطوَّر الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد لاستخدام الكاميرات لتمثيل الكائنات ثلاثية الأبعاد بطريقة دقيقة، إذ بدأت الشركات في الظهور منذ عام 2010 والتي تنشئ صورًا ثلاثية الأبعاد للأشخاص (تماثيل ثلاثية الأبعاد أو صور شخصية ثلاثية الأبعاد).

اقرأ أيضاً أسرار الربح من الإنترنت 2023

المسح بالليزر ودوره في إنفاذ القانون

يتم استخدام المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد من قبل سلطات إنفاذ القانون ووكالات حول العالم، وذلك في حالات توثيع مواقع:

• مسرح الجريمة.
• مسارات الرصاص.
• تحليل نمط بقع الدم.
• إعادة بناء الحوادث.
• قصف.
• تحطم طائرة، وأكثر من ذلك.

الخُلاصة

تستشعر معدات المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد شكل الجسم وتجمع البيانات التي تحدِّد موقع السطح الخارجي للكائن، ووجدت هذه التكنولوجيا المتميِّزة تطبيقات في العديد من الصناعات بما في ذلك التصنيع المنفصل، والعمليات، والمرافق، والبناء، علم الآثار، وإنفاذ القانون، والحكومة، والترفيه.

نضجت تكنولوجيا المسح بالليزر، وتطوَّرت في العقدين الماضيين، لتصبح تقنية مسح رائدة لاكتساب المعلومات المكانية ومجموعة متنوعة من الأدوات بمختلف القدرات المتاحة تجارياً الآن، ويتم الآن استخدام البيانات عالية الجودة التي تنتجها الماسحات الضوئية بالليزر في العديد من مجالات تخصص المسح، بما في ذلك الطبوغرافية والبيئية والصناعية، وتتضمن هذه البيانات غيوماً نقطية كثيفة خام ومعالجة ومعدلة، ونماذج التضاريس الرقمية والسطحية، ونماذج مدينة ثلاثية الأبعاد، ونماذج السكك الحديدية وخطوط الكهرباء، والتوثيق ثلاثي الأبعاد للمعالم الثقافية والتاريخية.

الماسحات الضوئية الليزرية ثلاثية الأبعاد لها نطاق واسع من التطبيقات التي تنطبق على كائن صغير جدًا في مناطق واسعة النطاق.

اقرأ أيضاً كيفية إعداد قناة على اليوتيوب وإنشاء محتوى عليه