概要
從定制義肢到合身的服裝、3D打印小雕像到逼真的人物形象，3D人體掃描儀已成為探究人體奧秘的重要工具。通過本文，我們將介紹不同類型的人體3D掃描儀、人體捕獲的主要難點、以及它們在醫(yī)療、體育、服飾、娛樂行業(yè)的應(yīng)用。
類型
手持式、固定式
應(yīng)用場景
醫(yī)療、體育健身、時尚、VR、電子游戲、電影、3D雕像
價格區(qū)間
$500 – $40000
介紹
3D掃描科技的出現(xiàn)為很多行業(yè)帶來了新的可能。3D人體掃描儀目前成為醫(yī)療、健身、服裝、3D人像打印、娛樂等領(lǐng)域越來越受歡迎的一類掃描儀。
這類掃描儀專門用于快速準(zhǔn)確的人體三維捕獲和體形、比例、尺寸的數(shù)據(jù)捕獲，比傳統(tǒng)手動方式更快更輕松。3D人體掃描技術(shù)出現(xiàn)在1980年代，以滿足服裝業(yè)日益增長的成衣制作需求。如今，這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用于體育、醫(yī)療等領(lǐng)域，能快速準(zhǔn)確地采集人體變化的定性與定量信息。
下面我們一起來了解下不同3D人體掃描儀的工作原理，并詳細(xì)介紹它們勝任的各項任務(wù)。
3D人體掃描儀工作原理
3D人體掃描儀，顧名思義，就是數(shù)字捕獲整個人體或手臂、腿部、耳部、頭部等人體部位的掃描儀，通過拍攝幾千張人體快照，將它們縫合成點云，來構(gòu)建3D模型。
全身掃描儀，也稱為3D掃描亭或掃描鏡，可以從頭到腳捕獲人體，而手持式3D掃描儀既可以捕獲全身，也能捕獲獨立部位。除了捕獲人體的硬件外，還有3D處理軟件，用來分析原始數(shù)據(jù)，提取測量細(xì)節(jié)。
3D人體掃描儀基于結(jié)構(gòu)光科技、激光線型三角測距、攝影測量等技術(shù)研發(fā)。此外，也有移動應(yīng)用，可以通過智能手機(jī)攝像頭、計算機(jī)成像技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并根據(jù)人們的相片來制作逼真的3D形象。
了解這些后，我們可以把現(xiàn)有的3D人體掃描儀分為三大類：
3D掃描亭和家用人體掃描儀
手持式3D人體掃描儀
移動人體掃描應(yīng)用
A. 3D掃描亭與家用人體掃描儀
3D人體掃描亭是靜止的小屋或小亭子，通常在內(nèi)部周圍裝有掃描儀、傳感器或數(shù)碼單反攝像頭（或三者全裝），確保全角度捕獲人體。一位或多位模特站在亭子中央，保持一個姿勢，同時掃描人員在后臺進(jìn)行各項準(zhǔn)備并運行系統(tǒng)。
掃描亭示例
根據(jù)亭內(nèi)安裝的軟硬件，整個過程可能只要幾秒鐘，方便掃描對象保持同一姿勢不移動、不眨眼。亭內(nèi)掃描的成品就是一個全彩3D模型，可用3D打印店的砂巖等材料進(jìn)行打印。
3D人體捕獲系統(tǒng)的例子還包括3D掃描鏡、3D試衣間、家用掃描工具箱。這類設(shè)備往往采用了多項3D成像技術(shù)；這些技術(shù)被集成于鏡面或支架上，可圍繞站在平臺上（也可能是一臺秤）的人體旋轉(zhuǎn)，有些設(shè)備設(shè)計了旋轉(zhuǎn)平臺，讓人體360度旋轉(zhuǎn)，同時一臺靜止的掃描儀進(jìn)行人體3D快照。
這類掃描儀的成品不僅是人體模型（往往不帶肌理），而是這臺3D掃描儀所提取的一系列3D測量數(shù)據(jù)和參數(shù)。通常，這類系統(tǒng)被用于體育和健身領(lǐng)域，來記錄健身、飲食課期間的體形變化，也用于服裝品牌捕獲人體尺寸，來定制個性化貼身服飾。
B. 手持式3D人體掃描儀
這類人體3D掃描儀已經(jīng)面市很久了，和用于捕獲全身的3D掃描亭不同，這些掃描儀可用于單獨人體部位或四肢的精致捕獲。這類設(shè)備更靈活，便攜性更高，能手持設(shè)備圍繞掃描對象進(jìn)行掃描。效果也比掃描亭的更準(zhǔn)確。
診所專家使用手持式掃描儀掃描年輕患者的耳部。（來源：https://www.artec3d.com/cases/prosthetic-3d-printed-ear-implants）
掃描完成后，彩色或不帶肌理的成品3D模型通常會被導(dǎo)出至專業(yè)3D軟件，進(jìn)行進(jìn)一步加工，例如，定制義肢、矯形、珠寶或眼鏡等個性化飾品。
C.移動人體掃描應(yīng)用
這類應(yīng)用利用智能手機(jī)攝像頭、融入智能手機(jī)及平板的3D傳感器、AI算法，基于幾張照片獲得人體測量數(shù)據(jù)。這類應(yīng)用的目標(biāo)客戶通常是無法獲得高端人體掃描儀的終端用戶，為他們提供監(jiān)測體形的關(guān)鍵指標(biāo)，或優(yōu)化網(wǎng)購體驗，為自己選擇合適的服裝。
3D人體掃描儀的應(yīng)用
3D人體掃描儀可用于一系列應(yīng)用場景，從制作3D打印雕像到收集人體數(shù)據(jù)，為醫(yī)藥、營養(yǎng)學(xué)、時尚等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展帶來了新機(jī)遇。下面，我們來了解幾個熱門的應(yīng)用及相關(guān)行業(yè)。
3D打印雕塑和3D自拍
3D掃描儀在生活中的一類應(yīng)用就是制作用于3D打印的人體模型。現(xiàn)在，人們已經(jīng)不需要去當(dāng)?shù)氐恼障囵^或自動照相亭來照全家福了。不過，我們可以在世界各地的購物中心的3D掃描亭為自己或家人制作3D雕塑，也可以去一家專業(yè)的3D掃描/打印機(jī)構(gòu)，進(jìn)行3D掃描。
一名男子與狗的3D雕塑
3D雕塑、3D人像或3D自拍，是為生活片段留念的全新方式。為自己制作3D掃描又快又方便，就像用智能手機(jī)拍照一般，過幾天，就能收到3D雕塑，可放在桌上，也能當(dāng)禮物寄給親朋好友。美妙的應(yīng)用案例恐怕就是荷蘭Bellyprint公司了，她們借助Artec Eva，為孕晚期孕婦制作人體掃描和3D雕塑。
健身
在健身俱樂部、健身房、運動員、私教和客戶群體中，另一項日益受歡迎的應(yīng)用場景就是體形變化的追蹤，來實現(xiàn)健身或飲食目標(biāo)，例如增肌減脂。
使用人體掃描儀完成運動員掃描。（來源：https://www.artec3d.com/cases/vorteq-fastest-cycling-skinsuits）
這類3D掃描儀不僅可以完成人體3D捕獲，還能分析捕獲數(shù)據(jù)，提取包括腰圍、臀圍、體形、姿勢、體重等數(shù)值信息。此外，它們還能提供一段時期內(nèi)身體變化的互動報告，讓用戶直觀地追蹤自己健身計劃的效果。
這類設(shè)備通常不捕獲人體的色彩和肌理，基本只關(guān)注一段時間內(nèi)的體形和變化。
時尚
服裝行業(yè)早在3D掃描儀出現(xiàn)前就開始進(jìn)行形體測量了。直到20世紀(jì)早期，服裝基本都是根據(jù)客戶自己的身材由專業(yè)裁縫定制的。到了戰(zhàn)爭時期，出現(xiàn)了統(tǒng)一的成衣尺碼系統(tǒng)，如今依然廣泛使用。盡管這使服裝行業(yè)取得了巨大進(jìn)步，但無論是當(dāng)時還是現(xiàn)在，都不夠理想。人們體形身材各異，標(biāo)準(zhǔn)尺碼不可能適合每個人。雖然我們的衣柜還是以大眾消費為主，但3D人體捕獲技術(shù)正在悄然改變這一趨勢。
虛擬試衣
服裝品牌開始利用3D掃描儀來為客戶提供定制服務(wù)，他們不希望采用傳統(tǒng)耗時的手動測量方法。現(xiàn)在已經(jīng)不流行裁縫拿著卷尺圍著客戶轉(zhuǎn)圈了，只要幾秒鐘就能捕獲精準(zhǔn)數(shù)值，用于制作貼身服飾。
部分品牌還在商店試衣間安裝了3D掃描儀，讓顧客快速試衣，嘗試不同顏色，搭配不同飾品——這一切都不需要離開試衣間，也不需要穿脫衣服即可實現(xiàn)。其他品牌也在網(wǎng)店內(nèi)提供虛擬試衣間，協(xié)助顧客挑選合身的服裝，不用離開家門就能試衣。顧客還能上傳自己的3D形象和要試穿的衣服，看是否合身。
在全球，一些國家正在利用3D掃描技術(shù)進(jìn)行全國范圍內(nèi)的人體測量調(diào)查，收集3D人體掃描數(shù)據(jù)來改善尺碼體系。有些品牌已經(jīng)開始這么做了。
醫(yī)療
醫(yī)療是3D人體掃描儀大顯身手的又一大領(lǐng)域，提升了尺碼、外形、姿勢、皮膚表面的準(zhǔn)確測量和視覺化效果。醫(yī)務(wù)工作者和專業(yè)裁縫一樣，曾經(jīng)通過手動方式測量尺寸和外形，評估健康狀況，提供相應(yīng)治療。
3D掃描患者身體
得益于3D人體掃描科技的出現(xiàn)，醫(yī)生和臨床醫(yī)師現(xiàn)在可以短短數(shù)秒就完成人體幾百個數(shù)值的自動測量。隨后，利用這些數(shù)據(jù)（獨立或結(jié)合X光、MRI、超聲或CT掃描等偏介入型方式獲得的數(shù)據(jù)）用于以下途徑：
·
為個人定制合身的義肢或矯形器械
·
評估皮膚狀況，包括皺紋、色素沉淀、黑素瘤等，發(fā)現(xiàn)早期腫瘤、肺功能問題和燒傷治療
·
監(jiān)測分析孕婦體型大小、形體變化和身體反應(yīng)，規(guī)劃特殊治療方案（如肥胖、激素）、飲食方案和運動計劃
·
計算藥物、放療、化療計量
·
模擬并視覺呈現(xiàn)整形手術(shù)效果等。
娛樂（游戲、電影、特效）
3D掃描儀捕獲的逼真全身模型也廣泛應(yīng)用于諸多現(xiàn)代電子游戲、動作片、VR和AR應(yīng)用中。影視工作室一直采用3D人體掃描儀來捕獲演員身體，制作所謂的“數(shù)字替身”，用于視覺特效和3D動畫中。電游開發(fā)者也會出于同樣的原因，掃描著名演員，這樣無需從頭設(shè)計，就能利用演員掃描形象設(shè)計新的人物。
為電影《終結(jié)者：創(chuàng)世紀(jì)》掃描施瓦辛格。（來源：Legacy Effects)
一些電游開發(fā)者甚至更進(jìn)一步，允許玩家用自拍創(chuàng)建個性化3D形象參與游戲，不再使用預(yù)制形象。許多VR和AR應(yīng)用場景中，也允許用戶上傳個性化3D形象，可用于視頻會議或游戲中。
掃描難點
無論您是否打算創(chuàng)辦3D雕塑打印公司，還是為醫(yī)院、矯形診所、服裝店、健身房、影視或游戲工作室采購3D掃描儀，這里有些掃描難點，需在掃描人體時注意：
1.
使用手持式3D掃描儀時臉部和人體的移動
如前文所說，使用手持式掃描儀進(jìn)行人體捕獲可能要比3D掃描亭耗時。所以，在你圍繞掃描對象走動時，他們可能稍不注意就會移動或眨眼。為避免這一問題，可事先安排好站立位置。人體掃描可能要4-5分鐘（若剛開始接觸3D人體掃描或許需要更久），所以要確保模特選擇舒適又穩(wěn)定的姿勢，盡量保持不動。如果某些情況下，無法再次掃描，Artec Studio等軟件解決方案能讓您輕松修復(fù)人體移動產(chǎn)生的瑕疵。
同樣重要的一點是，掃描儀性能要夠好，能快速完成任務(wù)。Artec手持式掃描儀捕獲范圍廣，配合高幀率FPS，能比小范圍、低速度設(shè)備更快完成人體掃描。
另一個難點是人臉掃描時的眨眼、打哈欠、表情變化。因此，對于我們自己的3D掃描儀Eva或Leo，我們建議先掃描臉部，然后往下掃描其他部位，或者也可以單獨捕獲頭部和身體。臉部掃描很快，通常只要5-7秒——剛好夠一個人撐住不眨眼。另一條避免眨眼的小貼士就是請掃描對象選擇前方一點（略高于視平線，避免直視閃光燈），掃描臉部時看向這點。
如果掃描對象和你一樣高，或略高于你，那還有個好方法就是分開掃描臉部與頭部。這種情況下，很難捕獲頭部，所以請模特坐下。
使用Artec Eva掃描第44任總統(tǒng)奧巴馬，制作首座3D總統(tǒng)像。
盡管很難杜絕移動和眨眼動作，但使用專業(yè)手持式3D解決方案Artec Eva或Artec Leo仍然可以大幅縮短掃描時間，因為它們可以快速捕獲整個人體。
2.
掃描如手指、耳部、腋窩、頭發(fā)等細(xì)小、高難度人體部位
對大多數(shù)3D掃描儀和人體掃描設(shè)備而言，另一個常見難點就在于細(xì)小且難以觸及的高難度人體部位，包括手指、腋窩、腿部、頭發(fā)和耳朵。以下是Artec在使用3D設(shè)備完成了幾千次人體掃描后總結(jié)出的技巧：
手部掃描
我們知道，如果你沒有和尚和瑜伽老師的耐心，要讓雙手固定在一處幾分鐘都不動，很難。所以，為避免任何移動，我們建議讓掃描對象把雙手緊貼或靠近身體擺放。例如，他們可以把手放在腰部，或者交叉雙臂放在胸前。如需捕獲手指和手部細(xì)節(jié)，我們建議先掃描這個部位，然后再掃描其他部位，確保獲得好的效果。有些情況下，需要掃描對象保持T或A的姿勢，方便獲取上身測量值，或?qū)?D模型用于動畫。
如果手臂放在臀部，請注意多花些時間掃描手肘內(nèi)側(cè)和腋窩。對Eva或Leo等Artec掃描儀而言，我們建議把設(shè)備放在前后很近的距離，盡可能多捕獲一些數(shù)據(jù)。前期掃描不完整可能導(dǎo)致肌理顏色深，效果差。
腿部掃描
腿部通常很容易掃描，因為不太會動，但還是有些注意事項。確保掃描對象站在帶肌理的地板上，比如彩色墊子或地毯，協(xié)助追蹤。保證兩條腿都在掃描儀視角內(nèi)，增加可視面積。
足球運動員正接受腿部彩色3D掃描。（來源：: https://www.artec3d.com/cases/fc-bayern-munich-defender-david-alaba-3d-scanned-trophy)
為使掃描流暢，我們建議每次移動掃描位置時，都將設(shè)備對準(zhǔn)帶肌理的地板或掃描對象的腳。
另外，不要忘記掃描每條腿的內(nèi)側(cè)。方便起見，可以讓掃描對象在掃描開始前，將一只腳稍往前放。這樣做，就能盡量避免兩腿之間的區(qū)域混在一起，這也是人體掃描中的另一個常見問題。
頭發(fā)掃描
對人體掃描儀而言，頭發(fā)也是個難度不小的“表面”，因為發(fā)絲纖細(xì)，還可能凌亂或不均勻。
直發(fā)往往比較容易操作，使用Artec 3D掃描儀的話可以不做準(zhǔn)備工作，直接掃描。相反，卷發(fā)或厚重的頭發(fā)，多層次或爆炸式發(fā)型很難掃描，需要先做些處理。
掃描頭發(fā)時，有些簡單的規(guī)則需牢記。在Artec，我們建議掃描前把頭發(fā)梳平。這樣掃描儀圖案就能更準(zhǔn)確地投射到掃描物體表面，帶來更好的效果。如果發(fā)型的形狀實在很難掃描，也可以梳平一些，或者沾濕頭發(fā)。
無論發(fā)色深淺，Artec掃描儀都能出色捕獲。為保證追蹤穩(wěn)定，我們建議捕獲時，始終保持肩膀位于掃描儀視角內(nèi)。
掃描長發(fā)前，可以將頭發(fā)放到后背相對集中的位置，避免發(fā)型過于凌亂。部分發(fā)型可能無論從哪個角度都很難掃描。這種情況下，我們建議您掃描時間拉長，讓設(shè)備捕獲足夠多的必要表面，這些表面可用來重塑發(fā)型。
捕獲復(fù)雜發(fā)型時，我們還建議提高掃描儀敏感度，更輕松地識別、采集毛發(fā)表面。得益于Artec Studio 12起新增的“Smart Sensitivity”（智能敏感度）功能，頭發(fā)的捕獲變得更簡單了。
3.
掃描如發(fā)飾、珠寶、眼鏡、皮革制品等反光、黑色或透明表面
對幾乎所有掃描儀而言，透明、反光或黑色表面都是眾所周知難掃描的對象。反光表面會反射掃描儀的圖案，而黑色表面因其吸收掃描儀光線而導(dǎo)致掃描難度增大，設(shè)備無法分辨物體的圖案。同樣道理，因為掃描儀光線直接穿透物體，沒有可以反射的基礎(chǔ)，所以透明物體也很難掃描。但是，這對Artec掃描儀來說無所畏懼，因為比起其他人體掃描儀，它們更擅長捕獲這類表面。
但是，為確保效果均勻穩(wěn)定，我們不建議掃描期間出現(xiàn)任何半透明、黑色、或亮面材料，比如皮革、皮草或亮片、以及眼鏡或珠寶類物體（也可掃描前取下）。如不能取下，可在亮面上使用消光噴霧或滑石粉。使用Artec掃描儀時，您還可以激活A(yù)rtec Studio軟件中的掃描設(shè)置，配合一些掃描技巧（如掃描角度低于90度），可協(xié)助您捕獲這些高難度表面。
如果您用Artec Eva掃描，在掃描結(jié)束后，我們建議您讓掃描對象繼續(xù)保持幾秒鐘的姿勢不動，檢查是否存在孔洞或缺失表面。如果存在大面積缺失，立刻補(bǔ)掃，不要等之后再讓掃描對象恢復(fù)前面的掃描姿勢——肯定無法一模一樣，只會導(dǎo)致處理時間很長。如果使用Artec Leo掃描，這些都不需要了，只要您掃描過程中實時查看觸摸屏上的數(shù)據(jù)即可。
有關(guān)人體掃描的更多信息，請點此查看我們的視頻教程
Artec 3D人體掃描儀
如需掃描人體并用于3D打印、人體信息提取、視覺特效，Artec 3D有幾款3D掃描儀和掃描系統(tǒng)可供選擇：
Eva
Artec Eva是一款手持式結(jié)構(gòu)光3D掃描儀，已在各類物體的掃描項目中證明了自己，包括中型工業(yè)品、家具、雕像和古跡、人體以及人體部位。得益于其掃描性能和安全的結(jié)構(gòu)光科技，Eva可以像捕獲獨立人體部位一樣捕獲全身，準(zhǔn)確率、分辨率高
設(shè)備應(yīng)用范圍廣，包括定制矯形器械、義肢、輪椅坐墊、整形手術(shù)、3D打印人像等。Eva可用于人體全彩掃描和打印，還曾用于制作首個奧巴馬3D總統(tǒng)像。
Eva Lite
Eva Lite是輕便版Eva；這款掃描儀擁有相同的準(zhǔn)確度規(guī)格，但掃描時不采集肌理數(shù)據(jù)。因此捕獲的數(shù)據(jù)量明顯更少，耗電量低，可配合使用更實惠的電腦。所以，對于醫(yī)療、體育、健身等無需肌理的應(yīng)用場景而言，它成為了一款高性價比人體掃描解決方案。
Leo
Artec Leo是Artec 3D家族系列產(chǎn)品中首款全便攜手持式3D掃描儀，搭載機(jī)載處理功能。它被打造成一款強(qiáng)大的多功能解決方案，既能捕獲大面積，也能搞定小細(xì)節(jié)，適合一系列物體的掃描，包括小型機(jī)械部件、人體、交通工具、甚至整個犯罪現(xiàn)場。
Artec Leo
和其他手持式掃描儀不同，Leo搭載觸摸屏、內(nèi)置電池、強(qiáng)大的處理器和機(jī)載Wi-Fi。這些功能使3D人體掃描如同用智能手機(jī)拍視頻一樣便捷輕松，且不易出錯。您可以在屏幕上預(yù)覽掃描效果，查看哪些部位需要采集，或者是否需要調(diào)整與掃描對象的距離。一切盡在掌握，操作員無需連接電腦來預(yù)覽，因此整個掃描過程將更快更舒適。
Leo曾為著名多人在線軍事FPS游戲制作超寫實高清3D模型、為自行車手定制貼身的流線型騎行服、定制義肢等。
Shapify Booth
如果您需要每天掃描500多人進(jìn)行科研或其他大規(guī)模項目，不妨了解一下Shapify Booth。
Shapify Booth
什么是Shapify Booth？這是一款自動3D全身掃描亭，搭載四個廣角、高分辨率3D掃描儀、照明系統(tǒng)、自動處理軟件。掃描儀安裝在墻面兩側(cè)，能圍繞站在亭子中央的一位或多位模特旋轉(zhuǎn)一周，從各角度捕獲。整個掃描耗時約12秒，5分鐘后即可預(yù)覽（如有人眨眼或移動，則需重新掃描），隨后發(fā)送至云端進(jìn)行處理，大約需要10-15分鐘。即可獲得全彩實體模型，可3D打印，采集人體測量值，也可上傳至3D軟件進(jìn)行建模或修改。
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