3Dスキャン

接触式3Dスキャナーは、対象物に物理的にプローブ（接触）し、プローブが対象物の周囲を移動する際のセンサーの位置を記録することで機能します。

接触型3Dスキャナーには主に2種類あります。

• 従来、座標測定機（CMM）は、Z軸にタッチプローブが取り付けられた、互いに直交する3つの可動軸を備えています。タッチプローブが部品の周囲を移動すると、各軸のセンサーが位置を記録し、XYZ座標を生成します。最新のCMMは5軸システムで、2つの追加軸は旋回式センサーヘッドによって提供されます。CMMは、ミクロン単位の精度を実現する最も高精度な3D測定方法です。精度に加えて、CMMの最大の利点は、自律（CNC）モードまたは手動プローブシステムとして動作させることができることです。CMMの欠点は、初期費用が高いことと、操作に必要な技術的な知識があることです。
• 関節式アームは、一般的に複数のセグメントから構成され、各関節に極座標センサーが取り付けられています。CMMと同様に、関節式アームが部品の周囲を移動すると、センサーがその位置を記録し、複雑な計算と各関節の手首の回転角度およびヒンジ角度を用いてアーム先端の位置が算出されます。通常、CMMほどの精度はありませんが、関節式アームでも高い精度を実現でき、価格も安く、操作もやや簡単です。ただし、通常はCNCオプションは搭載されていません。

最新の三次元測定機（CMM）と関節式アームの両方に、接触式プローブの代わりに非接触式レーザースキャナを取り付けることも可能です。

アクティブスキャナは、何らかの放射線や光を発し、その反射波や物体を透過した放射線を検出することで、物体や環境を検査します。使用される放射線の種類としては、光、超音波、X線などが挙げられます。

飛行時間

タイムオブフライト方式の3Dレーザースキャナは、レーザー光を用いて対象物をプローブするアクティブスキャナです。このタイプのスキャナの中核となるのは、タイムオブフライト方式のレーザー距離計です。レーザー距離計は、光パルスの往復時間を計測することで、対象物までの距離を測定します。レーザーを用いて光パルスを発射し、反射光が検出器に到達するまでの時間を計測します。光の速度は、${\displaystyle c}$往復時間が既知であれば、光の移動距離が決まり、それはスキャナと表面間の距離の2倍になります。${\displaystyle t}$は往復時間なので、距離は${\displaystyle \textstyle c\!\cdot \!t/2}$飛行時間型3Dレーザースキャナーの精度は、どれだけ正確に測定できるかに依存します。${\displaystyle t}$時間：光が1ミリメートル進むのにかかる時間は約3.3ピコ秒です。

レーザー距離計は、視線方向にある一点の距離しか検出できません。そのため、スキャナは距離計の視線方向を変えて異なる点をスキャンすることで、視野全体を一度に一点ずつスキャンします。レーザー距離計の視線方向は、距離計自体を回転させるか、回転ミラーシステムを使用することで変更できます。ミラーははるかに軽量であるため、より高速かつ高精度に回転させることができることから、後者の方法が一般的に用いられています。一般的なタイムオブフライト方式の3Dレーザースキャナは、毎秒10,000～100,000点の距離を測定できます。

飛行時間計測デバイスは2D構成でも利用可能です。これは飛行時間計測カメラと呼ばれます。^{[ 18 ]}

三角測量

三角測量に基づく 3D レーザー スキャナも、レーザー光を使用して環境をプローブするアクティブ スキャナです。飛行時間 3D レーザー スキャナに関して、三角測量レーザーは対象にレーザーを照射し、カメラを使用してレーザー ドットの位置を探します。レーザーが表面に当たる距離に応じて、レーザー ドットはカメラの視野内の異なる場所に現れます。この技術は、レーザー ドット、カメラ、およびレーザー エミッタが三角形を形成するため、三角測量と呼ばれます。三角形の一辺の長さ、つまりカメラとレーザー エミッタ間の距離は既知です。レーザー エミッタの角の角度も既知です。カメラの角の角度は、カメラの視野内のレーザー ドットの位置を見ることによって決定できます。これら 3 つの情報によって、三角形の形状とサイズが完全に決定され、三角形のレーザー ドットの角の位置がわかります。^{[ 19 ]}ほとんどの場合、単一のレーザー ドットの代わりに、レーザー ストライプがオブジェクトを横切って走査され、取得プロセスが高速化されます。距離を測るための三角測量法の使用は、古代にまで遡る。

ハンドヘルドレーザースキャナは、上述の三角測量メカニズムによって3D画像を生成します。ハンドヘルドデバイスからレーザードットまたはラインがオブジェクトに投影され、センサー（通常は電荷結合素子または位置検出素子）が表面までの距離を測定します。データは内部座標系に基づいて収集されるため、スキャナが移動している場所でデータを収集するには、スキャナの位置を決定する必要があります。位置は、スキャン対象の表面上の基準特徴（通常は粘着反射タブですが、研究では自然の特徴も使用されています）^{[ 24 ] [ 25 ]}を使用してスキャナが決定するか、外部トラッキング方法を使用することで決定できます。外部トラッキングは、多くの場合、統合カメラ（スキャナの向きを決定するため）を備えたレーザートラッカー（センサーの位置を提供するため）またはスキャナの完全な6自由度を提供する3つ以上のカメラを使用した写真測量ソリューションの形をとります。どちらの手法も、スキャナに取り付けられた赤外線発光ダイオードを使用する傾向があり、カメラはフィルターを通してこれを捉え、周囲の光に対する耐性を提供します。^{[ 26 ]}

データはコンピュータによって収集され、3次元空間内のデータポイントとして記録されます。処理によって、このデータは三角形メッシュに変換され、その後、多くの場合、非一様有理Bスプライン曲面として、コンピュータ支援設計モデルに変換されます。携帯型レーザースキャナは、このデータと、表面の質感や色を捉える受動型の可視光センサーを組み合わせることで、完全な3Dモデルを構築（または「リバースエンジニアリング」）することができます。

構造化光3Dスキャナは、対象物に光のパターンを投影し、そのパターンが対象物上でどのように変形するかを観察します。パターンは、LCDプロジェクターまたはその他の安定した光源を使用して対象物に投影されます。パターン投影装置からわずかにずれた位置にあるカメラが、パターンの形状を捉え、視野内のすべての点の距離を計算します。

構造化光スキャンは依然として非常に活発な研究分野であり、毎年多くの研究論文が発表されています。完全マップは、対応問題を解決し、エラー検出とエラー訂正を可能にする構造化光パターンとしても有用であることが証明されています。^{[ 27 ]}

構造化光3Dスキャナの利点は、速度と精度です。構造化光スキャナは、一度に1点ずつスキャンするのではなく、複数の点、あるいは視野全体を一度にスキャンします。視野全体をわずか数秒でスキャンすることで、動きによる歪みの問題を軽減または解消できます。既存のシステムの中には、動いている物体をリアルタイムでスキャンできるものもあります。

デジタルフリンジ投影と位相シフト技術（特定の種類の構造化光法）を使用したリアルタイムスキャナが開発され、動的に変形する物体（顔の表情など）の高密度の詳細を毎秒 40 フレームでキャプチャ、再構成、レンダリングできるようになりました。^{[ 28 ]}最近、別のスキャナが開発されました。このシステムにはさまざまなパターンを適用でき、キャプチャとデータ処理のフレームレートは毎秒 120 フレームに達します。また、たとえば 2 つの動く手などの孤立した表面をスキャンすることもできます。^{[ 29 ]}バイナリデフォーカス技術を利用することで、毎秒数百^{[ 30 ]}から数千のフレームに達する速度のブレークスルーが達成されました。^{[ 31 ]}

変調光3Dスキャナーは、対象物に絶えず変化する光を照射します。通常、光源は正弦波状に振幅を周期的に変化させます。カメラは反射光を検出し、パターンのずれ量から光が進んだ距離を算出します。変調光を用いることで、スキャナーはレーザー以外の光源からの光を無視できるため、干渉が発生しません。

受動型3Dイメージングソリューションは、それ自体は放射線を発せず、反射された周囲放射線を検出することで機能します。この種のソリューションの多くは、容易に入手できる周囲放射線である可視光を検出します。赤外線などの他の種類の放射線も使用可能です。受動型方式は、ほとんどの場合、特別なハードウェアを必要とせず、シンプルなデジタルカメラを使用するため、非常に安価です。

• 立体視システムは通常、同じシーンを撮影するためにわずかに離れた2台のビデオカメラを使用します。各カメラで撮影された画像のわずかな違いを分析することで、画像内の各点の距離を決定することができます。この方法は、人間の立体視を支える原理に基づいています。^{[ 32 ]}
• 測光システムは通常、単一のカメラを使用しますが、照明条件を変えながら複数の画像を撮影します。これらの技術は、画像形成モデルを反転させることで、各ピクセルにおける表面の向きを復元しようとします。
• シルエット技術は、コントラストの高い背景に対して、立体物体を撮影した一連の写真から輪郭線を作成する手法です。これらのシルエット線を押し出し、交差させることで、物体の視覚的な外形を近似的に表現します。しかし、この手法では、物体の凹面（例えば、ボウルの内側など）を検出できない場合があります。

写真測量による非接触型受動測量法

写真測量法は、写真画像の解析に基づいて、物理オブジェクトの 3D 形状に関する信頼性の高い情報を提供します。結果として得られる 3D データは、通常、3D 点群、3D メッシュ、または 3D 点として提供されます。 ^{[ 33 ]}最新の写真測量ソフトウェア アプリケーションは、3D 再構築のために多数のデジタル 画像を自動的に解析しますが、ソフトウェアが再構築パイプラインの重要なステップである画像内のカメラの 3D 位置を自動的に決定できない場合は、手動操作が必要になる場合があります。PhotoModeler 、Geodetic Systems、Autodesk ReCap、RealityCapture、Agisoft Metashapeなど、さまざまなソフトウェアパッケージが利用可能です(写真測量ソフトウェアの比較を参照)。

基となる再構成手法は、モーションからの構造として知られています。各画像では、コーナーや複数の方向に強い勾配を持つその他の特徴などの特徴点が検出され、SIFTやSURFなどのアルゴリズムを使用してセット全体でマッチングされます。これらのマッチングの一部は不正確なため、RANSACは、残りの特徴軌跡を使用してカメラの位置とマッチングされた点の3次元位置を同時に解く前に、外れ値の対応関係を破棄するためによく使用されます。このプロセスはバンドル調整として知られています。カメラの姿勢は、増分モーション構造として知られているように、一度に1つずつ解くことも、グローバルモーション構造として知られているように、画像セット全体に対して同時に解くこともできます。^{[ 34 ]}

• 近距離写真測量では、通常、固定焦点レンズを備えたDSLRなどの手持ちカメラを使用して、3D再構築用のオブジェクトの画像を撮影します。^{[ 35 ]}対象には、建物のファサード、車両、彫刻、岩、靴などの小さなオブジェクトが含まれます。
• カメラアレイは、複数のカメラを同期させて被写体を複数の視点から同時に撮影し、3Dオブジェクトを再構築することで、人やペットなどの生体オブジェクトの3D点群やメッシュを生成するために使用できます。^{[ 36 ]}
• 広角写真測量法は、360度カメラなどの広角レンズカメラを使用して、建物の内部や閉鎖空間を撮影するために使用できます。
• 航空写真測量法は、衛星、商用航空機、または無人航空機（UAV）によって取得された航空画像を使用して、建物、構造物、地形の画像を収集し、点群またはメッシュへの3D再構築を行う。

ライダーデータと高解像度画像からの半自動的な建物の抽出も可能です。このアプローチでも、場所やオブジェクトに物理的に移動することなくモデリングが可能です。^{[ 37 ]}航空機搭載ライダーデータからデジタル表面モデル（DSM）を生成し、DSMから地面より高いオブジェクトを自動的に検出します。建物に関する一般的な知識に基づいて、サイズ、高さ、形状情報などの幾何学的特性を使用して、建物を他のオブジェクトから分離します。抽出された建物の輪郭は、直交アルゴリズムを使用して単純化され、地図作成品質が向上します。流域分析を実行して、建物の屋根の稜線を抽出できます。稜線と傾斜情報を使用して、建物をタイプ別に分類します。次に、3 つのパラメトリック建物モデル（平屋根、切妻屋根、寄棟屋根）を使用して建物を再構築します。^{[ 38 ]}

Lidarやその他の地上レーザースキャン技術^{[ 39 ]}は、高さや距離情報を収集する最も速く自動化された方法を提供します。建物の高さ測定に Lidar やレーザーを使用することは非常に有望になっています。^{[ 40 ]}航空 Lidar と地上レーザースキャン技術の両方の商用アプリケーションは、建物の高さ抽出のための高速かつ正確な方法であることが証明されています。建物抽出タスクは、建物の位置、地盤標高、向き、建物のサイズ、屋上高さなどを決定するために必要です。ほとんどの建物は、一般的な多面体の観点から十分な詳細で記述されており、その境界は一連の平面と直線で表すことができます。建物のフットプリントをポリゴンとして表現するなどのさらなる処理は、GISデータベースにデータを保存するために使用されます。

FruhとZakhorは、地上レベルと鳥瞰図から取得したレーザースキャンと画像を用いて、テクスチャ付き3D都市モデルを自動的に作成する手法を提案している。この手法では、詳細なファサードモデルを補完的な航空モデルと位置合わせして統合する。航空モデリングプロセスでは、地形プロファイルと建物の頂上を含むエリア全体の鳥瞰図で、0.5メートル解像度のモデルが生成される。地上ベースのモデリングプロセスでは、建物のファサードの詳細なモデルが作成される。航空レーザースキャンから得られたDSMを使用して、取得車両の位置を特定し、モンテカルロ位置特定（MCL）によって地上ベースのファサードを航空モデルに位置合わせする。最後に、2つのモデルを異なる解像度で統合して3Dモデルを作成する。

ハーラ、ブレナー、アンダースは、航空レーザー高度計を使用して、高さデータと既存の建物の平面図を組み合わせました。建物の平面図は、地図や図面などのアナログ形式、または2D GISでデジタル形式で既に取得されていました。このプロジェクトは、これらの異なるタイプの情報を統合することで、データの自動取得を可能にするために実施されました。その後、地上画像のマッピングなどのテクスチャ処理によって、プロジェクト内で仮想現実都市モデルが生成されます。このプロジェクトは、3D都市GISの迅速な取得の実現可能性を示しました。平面図は、3D建物の再構築のための非常に重要な情報源であることが証明されました。自動手順の結果と比較すると、これらの平面図は、人間の解釈によって明確化された集約情報が含まれているため、より信頼性が高いことが証明されました。このため、平面図は、再構築プロジェクトのコストを大幅に削減できます。建物の再構築に使用できる既存の平面図データの例として、デジタル地籍図があります。これは、すべての農地の境界や既存の建物の平面図を含む、不動産の分布に関する情報を提供します。さらに、道路名や建物の用途（例：ガレージ、住宅、オフィスビル、工業ビル、教会）などの情報は、テキスト記号の形で提供されます。現在、デジタル地籍図は、既存の地図や図面をデジタル化することによって主に構成される、ある地域をカバーするデータベースとして構築されています。

• 地上レーザースキャン装置（パルス式または位相式）と処理ソフトウェアのセットは、一般的に15万ユーロから始まる。精度がやや劣る装置（Trimble VXなど）は7万5000ユーロ前後で購入できる。
• 地上型ライダーシステムの費用は約30万ユーロです。
• RCヘリコプターに通常の静止画カメラを搭載したシステム（フォトグラメトリー）も可能で、費用は約25,000ユーロです。気球に静止画カメラを搭載したシステムはさらに安価（約2,500ユーロ）ですが、追加の手動処理が必要です。手動処理には、撮影日数1日あたり約1ヶ月の作業時間を要するため、長期的には依然として高額なソリューションとなります。
• 衛星画像の取得も費用のかかる作業です。高解像度ステレオ画像（ 解像度0.5m）は約11,000ユーロかかります。画像衛星にはQuikbirdやIkonosなどがあります。高解像度単眼画像は約5,500ユーロかかります。やや低解像度の画像（例えば、 解像度2mのCORONA衛星からの画像）は、2枚の画像につき約1,000ユーロかかります。Google Earthの画像は解像度が低すぎて正確な3Dモデルを作成できないことに注意してください。^{[ 41 ]}

3Dスキャナーや3Dイメージングによって生成される点群データは、建築・建設業界における計測や可視化に直接利用できる。

しかし、ほとんどのアプリケーションでは、代わりにポリゴン3Dモデル、NURBS曲面モデル、または編集可能なフィーチャベースのCADモデル（ソリッドモデルとも呼ばれる）が使用されます。

• ポリゴンメッシュモデル：形状のポリゴン表現では、曲面は多数の小さな面を持つ平面としてモデル化されます（球体をディスコボールとしてモデル化することを考えてみてください）。ポリゴンモデル（メッシュモデルとも呼ばれます）は、視覚化や一部のCAM（機械加工など）に役立ちますが、一般的に「重い」（つまり、非常に大きなデータセット）ため、この形式では編集が比較的困難です。ポリゴンモデルへの再構築には、隣接する点を見つけて直線で接続し、連続した表面を作成する作業が含まれます。この目的のために、無料および有料の多くのアプリケーションが利用可能です（例：GigaMesh、MeshLab、PointCab、kubit PointCloud for AutoCAD、Reconstructor、imagemodel、PolyWorks、Rapidform、Geomagic、Imageware、Rhino 3Dなど）。
• サーフェスモデル：モデリングの次の高度なレベルでは、曲面パッチのキルトを使用して形状をモデリングします。これらは、NURBS、TSplines、またはその他の曲面トポロジーの曲線表現である可能性があります。NURBSを使用すると、球形は真の数学的な球になります。一部のアプリケーションではパッチのレイアウトを手動で行うことができますが、最高クラスのアプリケーションでは、自動パッチレイアウトと手動レイアウトの両方を提供しています。これらのパッチは、CADにエクスポートしたときに軽量で操作しやすいという利点があります。サーフェスモデルはある程度編集可能ですが、サーフェスを押し引きして変形するという彫刻的な意味合いに限られます。この表現は、有機的で芸術的な形状のモデリングに適しています。サーフェスモデラーを提供するソフトウェアには、Rapidform、Geomagic、Rhino 3D、Maya、T Splinesなどがあります。
• ソリッドCADモデル：エンジニアリング／製造の観点から見ると、デジタル化された形状の究極的な表現は、編集可能なパラメトリックCADモデルです。CADでは、球体はパラメトリックフィーチャによって記述され、値（中心点や半径など）を変更することで簡単に編集できます。

これらのCADモデルは、単にオブジェクトの外形や形状を記述するだけでなく、「設計意図」（つまり、重要な特徴と他の特徴との関係）も具現化しています。形状だけでは明らかにならない設計意図の例として、ブレーキドラムのラグボルトが挙げられます。これは、ドラムの中心にある穴と同心円状でなければなりません。この知識が、CADモデルを作成する手順と方法を決定づけます。この関係性を理解している設計者は、ラグボルトを外径ではなく中心を基準に設計するでしょう。CADモデルを作成するモデラーは、完成したCADモデルに形状と設計意図の両方を含める必要があります。

ベンダーによって、パラメトリック CAD モデルを作成するためのさまざまなアプローチが提供されています。NURBS サーフェスをエクスポートして、CAD 設計者が CAD でモデルを完成させる方法もあります ( Geomagic、Imageware、Rhino 3Dなど)。スキャン データを使用して、編集可能で検証可能なフィーチャ ベース モデルを作成し、フィーチャ ツリーを完全に保持したまま CAD にインポートすることで、形状と設計意図の両方を捉えた完全なネイティブ CAD モデルを作成する方法もあります ( Geomagic、Rapidform など)。たとえば、市場には SolidWorks などの既存の CAD プログラム用のさまざまなプラグインがあります。Xtract3D、DezignWorks、Geomagic for SolidWorks を使用すると、SolidWorks内で 3D スキャンを直接操作できます。また、CAD アプリケーションの中には、CAD 環境内で限られたポイントまたはポリゴン モデルを操作できるほど強力なものもあります ( CATIA、AutoCAD、Revitなど)。

CT、工業用CT、MRI、マイクロCTスキャナーは点群ではなく、一連の2次元スライス（それぞれ「トモグラム」と呼ばれる）を生成し、それらを「重ね合わせる」ことで3次元表現を作成します。必要な出力に応じて、これにはいくつかの方法があります。

• ボリュームレンダリング：オブジェクトの異なる部分は通常、異なる閾値またはグレースケール濃度を持ちます。これに基づいて3次元モデルを構築し、画面に表示できます。さまざまな閾値から複数のモデルを構築できるため、オブジェクトの各構成要素を異なる色で表現できます。ボリュームレンダリングは通常、スキャンしたオブジェクトの視覚化にのみ使用されます。
• 画像セグメンテーション：異なる構造が類似した閾値/グレースケール値を持つ場合、ボリュームレンダリングパラメータを調整するだけではそれらを分離することが不可能になることがあります。その解決策がセグメンテーションと呼ばれるもので、画像から不要な構造を除去する手動または自動の手順です。画像セグメンテーションソフトウェアは通常、セグメント化された構造をCADまたはSTL形式でエクスポートして、さらに操作できるようにしています。
• 画像ベースのメッシュ生成：計算解析（CFDやFEAなど）に3D画像データを使用する場合、CADからデータを単純にセグメント化してメッシュを生成するだけでは時間がかかり、画像データ特有の複雑なトポロジーでは事実上不可能になることがあります。その解決策が画像ベースのメッシュ生成です。これは、スキャンデータの正確かつ現実的な幾何学的記述を自動的に生成するプロセスです。

レーザースキャンとは、レーザー技術を用いて表面をサンプリングまたはスキャンする一般的な方法を指します。いくつかの応用分野が存在し、主にレーザーの出力とスキャン処理の結果が異なります。スキャン対象の表面に影響を与える必要がない場合、例えばデジタル化するだけでよい場合は、低出力レーザーが使用されます。共焦点または3Dレーザースキャンは、スキャン対象の表面に関する情報を取得する方法です。別の低出力アプリケーションでは、太陽電池の平面度計測に構造化光投影システムを使用し、 ^{[ 42 ]}毎時2000枚を超えるウェーハの応力計算を可能にしています。 ^{[ 43 ]}

産業用途におけるレーザースキャン装置で使用されるレーザー出力は、通常1W未満です。出力レベルは通常200mW以下です が、場合によってはそれ以上になることもあります。

ステレオ画像ペアを使用して、3D データ取得とオブジェクトの再構築を実行できます。ステレオ写真測量または重なり合う画像のブロックに基づく写真測量は、2D 画像を使用した 3D マッピングとオブジェクトの再構築の主要なアプローチです。近距離写真測量も成熟しており、カメラまたはデジタルカメラを使用して、建物などのオブジェクトの近距離画像をキャプチャし、航空写真測量と同じ理論を使用してそれらを再構築できます。これを行うことができるソフトウェアの例は、Vexcel FotoG 5です。 ^{[ 44 ] [ 45 ]}このソフトウェアは現在、Vexcel GeoSynthに置き換えられています。^{[ 46 ]}別の同様のソフトウェアプログラムは、Microsoft Photosynthです。^{[ 47 ] [ 48 ]}

Sisi Zlatanovaは、2D 航空ステレオ画像から 3D トポロジ構造データを取得する半自動的な方法を発表しました。^{[ 49 ]}このプロセスでは、3D オブジェクトを自動的に再構築するために必要な多数の点を手動でデジタル化します。再構築された各オブジェクトは、ステレオ モデルにワイヤー フレーム グラフィックスを重ね合わせることで検証されます。トポロジ構造化された 3D データはデータベースに保存され、オブジェクトの視覚化にも使用されます。2D 画像を使用した 3D データ取得に使用される注目すべきソフトウェアには、Agisoft Metashape、^{[ 50 ]} RealityCapture、^{[ 51 ]}および ENSAIS Engineering College TIPHON (Traitement d'Image et PHOtogrammétrie Numérique) などがあります。^{[ 52 ]}

フランツ・ロッテンシュタイナーは、地形情報システムに地形やその他の地形データとともに建物モデルを保存する概念とともに、半自動的な建物抽出方法を開発した。彼のアプローチは、ハイブリッドモデリングスキームを適用して、建物パラメータ推定を写真測量プロセスに統合することに基づいていた。建物は、個別に再構築され、ブール演算子によって結合される一連の単純なプリミティブに分解される。プリミティブと複合建物モデルの両方の内部データ構造は、境界表現方法に基づいている^{[ 53 ] [ 54 ]。}

張氏^{[ 55 ]}のアプローチでは、複数の画像から表面を再構成するために複数の画像が使用されます。中心となるアイデアは、3Dステレオデータと2Dキャリブレーション済み画像の両方の統合を探求することです。このアプローチは、複数の画像の幾何学的精査に耐えた堅牢で正確な特徴点のみが空間で再構成されるという事実に基づいています。ステレオデータの密度不足と避けられない穴は、複数の画像からの情報を使用して埋める必要があります。したがって、このアイデアは、まずステレオ点から小さな表面パッチを構築し、次に、最良のものを優先する戦略を使用して、画像からその近傍の信頼できるパッチのみを表面全体に段階的に伝播することです。したがって、問題は、画像から与えられたステレオ点のセットを通過する最適な局所表面パッチを探索することに帰着します。

マルチスペクトル画像は、3D建物の検出にも使用されます。このプロセスでは、最初と最後のパルスデータと正規化差分植生指数が使用されます。^{[ 56 ]}

また、投影や影、あるいはそれらの組み合わせを利用して、単一画像から物体間および物体の寸法を測定する新しい測定技術も用いられています。この技術は、処理時間が短く、ステレオ測定よりもはるかに低コストであることから注目を集めています。

3Dスキャン技術は、欧州宇宙機関のために宇宙岩石をスキャンするために使用されてきた。^{[ 57 ] [ 58 ]}

• ロボット制御：例えば、レーザースキャナはロボットの「目」として機能する可能性がある。^{[ 59 ] [ 60 ]}
• 橋梁、工業プラント、記念碑などの竣工図面
• 史跡の記録^{[ 61 ]}
• 敷地のモデリングとレイアウト
• 品質管理
• 数量調査
• ペイロード監視^{[ 62 ]}
• 高速道路の再設計
• 地震、船舶・トラックの衝突、火災などの極端な荷重にさらされた結果として生じる構造変化を検出するために、既存の形状／状態のベンチマークを設定する。
• GIS（地理情報システム）マップ^{[ 63 ]}とジオマティクスを作成する。
• 鉱山やカルスト空洞における地下レーザースキャン。^{[ 64 ]}
• 法医学的文書^{[ 65 ]}

• 複雑な部品や形状を扱う際の精度を高め、
• 複数の供給元からの部品を使用して製品設計を調整する、
• 古いCDスキャンをより新しい技術でスキャンしたものに更新する、
• 不足している部品や古い部品を交換し、
• 例えば自動車製造工場において、竣工設計サービスを可能にすることでコスト削減を実現する。
• ウェブ共有スキャンで「プラントをエンジニアの元へ」し、
• 旅費を節約する。

3D スキャナーは、映画、ビデオゲーム、レジャー目的のデジタル 3D モデルを作成するためにエンターテインメント業界で使用されています。 ^{[ 66 ]}これらは仮想映画撮影で広く利用されています。モデルの現実世界における同等物が存在する場合、3D モデリング ソフトウェアを使用して手動でモデルを作成するよりも、現実世界のオブジェクトをスキャンする方がはるかに高速です。多くの場合、アーティストはコンピュータ上で直接デジタル モデルを作成するのではなく、欲しいものの物理的なモデルを彫刻し、それをデジタル形式にスキャンします。

3D スキャナーは、カメラを使用して 3D オブジェクトを正確に表現するために進化しています。^{[ 67 ]} 2010 年以降、人物の 3D ポートレート (3D フィギュアまたは3D セルフィー) を作成する企業が登場しています。

マドリードのレストランチェーン「80 Degrees」の拡張現実メニュー^{[ 68 ]}

3Dレーザースキャンは世界中の法執行機関で使用されています。3Dモデルは、以下の現場での記録に使用されます。^{[ 69 ]}

• 犯罪現場
• 弾丸の軌跡
• 血痕パターン分析
• 事故再現
• 爆撃
• 飛行機事故、その他

機械部品のリバースエンジニアリングには、再現対象となるオブジェクトの精密なデジタルモデルが必要です。精密なデジタルモデルは、点の集合ではなく、ポリゴンメッシュ、平面または曲面のNURBSサーフェスの集合、あるいは機械部品の場合は理想的にはCADソリッドモデルで表現できます。3Dスキャナは、自由曲面や徐々に形状が変化する部品、および角柱状の形状をデジタル化するために使用できますが、座標測定機は通常、角柱状のモデルの単純な寸法を測定するためにのみ使用されます。これらのデータポイントは、通常、専用のリバースエンジニアリングソフトウェアを使用して処理され、使用可能なデジタルモデルが作成されます。

土地や建物をスキャンして3Dモデルにすることで、購入者は物件にいなくても、どこからでも遠隔で物件を​​見学・検査することができます。^{[ 70 ]}すでに少なくとも1社が3Dスキャンによる仮想不動産ツアーを提供しています。[ ^{71 ]一般}的な仮想ツアーは、ドールハウスビュー、 ^{[ 72 ]}内部ビュー、およびフロアプランで構成されます。

興味のある場所の環境をキャプチャして 3D モデルに変換できます。このモデルは、VR インターフェースまたは従来の「2D」インターフェースを介して一般の人々が探索できます。これにより、ユーザーは旅行に不便な場所を探索できます。^{[ 73 ]}バンクーバー iTech プレパラトリー ミドル スクールの歴史の生徒のグループは、100 点以上の遺物を 3D スキャンして仮想博物館を作成しました。^{[ 74 ]}

歴史的遺跡や遺物をスキャンして記録や分析を行う研究プロジェクトが数多く行われてきた。^{[ 75 ]}結果として得られたモデルは、さまざまな分析手法に利用できる。^{[ 76 ] [ 77 ]}

3D スキャンと3D プリント技術を組み合わせることで、貴重な文化遺産や繊細な文化遺産に対しては侵襲性が高すぎる場合が多い従来の石膏鋳造技術を使用せずに実物を複製することが可能になります。 ^{[ 78 ]}典型的なアプリケーション シナリオの例として、ガーゴイルモデルを 3D スキャナーでデジタル取得し、生成された 3D データをMeshLabを使用して処理しました。結果として得られたデジタル3D モデルをラピッド プロトタイピングマシンに入力して、元のオブジェクトの実際の樹脂レプリカを作成しました。最近では、スマートフォン ベースのLiDARアプリにより、文化遺産オブジェクトの現場でのキャプチャが可能になりました。たとえば、1,500 年前の仏教の石のレリーフをLiDARを搭載した iPhone とCapCamアプリを使用してスキャンし、物理的なレプリカを3D プリントするのに適した高密度メッシュを生成しました。^{[ 79 ]}

博物館や考古学的遺物の3Dモデルの作成^{[ 80 ] [ 81 ]}

3Dスキャナーは、装具や歯科治療において患者の3D形状を捉えるために使用されます。これは、手間のかかる石膏型取りに徐々に取って代わりつつあります。その後、CAD/CAMソフトウェアを使用して、装具、義肢、または歯科インプラントを設計および製造します。

多くの歯科診療室用CAD/CAMシステムおよび歯科技工室用CAD/CAMシステムは、3Dスキャナー技術を用いて、歯の形成部位の3D表面（生体内または生体外）をキャプチャし、CADソフトウェアを使用してデジタル的に修復物を製作し、最終的にCAM技術（CNCフライス盤や3Dプリンターなど）を使用して最終的な修復物を製作します。診療室用システムは、生体内での形成部位の3Dスキャンを容易にし、修復物（クラウン、オンレー、インレー、ベニアなど）を製作できるように設計されています。

解剖学および生物学教育のための3Dモデルの作成^{[ 94 ] [ 95 ]} 、および教育用神経外科シミュレーションのための死体モデルの作成^{[ 96 ] 。}

実世界の物体をデジタル化することは、さまざまな応用分野において極めて重要です。この方法は特に、産業品質保証において幾何学的寸法精度を測定するために用いられます。組立などの産業プロセスは複雑で高度に自動化されており、通常はCAD（コンピュータ支援設計）データに基づいています。問題は、品質保証においても同様の自動化が求められることです。例えば、現代の自動車の組立は非常に複雑な作業です。なぜなら、自動車は生産ラインの最終段階で多くの部品が組み合わさって完成する必要があるからです。このプロセスの最適なパフォーマンスは、品質保証システムによって保証されます。特に、金属部品の形状をチェックして、寸法が正確で、部品同士がぴったりと合い、最終的に確実に機能することを保証する必要があります。

高度に自動化されたプロセスでは、得られた幾何学的測定値は、目的の物体を製造する機械に転送されます。機械的な不確実性や摩耗により、結果はデジタル公称値と異なる場合があります。これらの偏差を自動的に捕捉して評価するために、製造された部品もデジタル化する必要があります。この目的のために、3Dスキャナを使用して物体の表面から点サンプルを生成し、最終的に公称データと比較します。^{[ 97 ]}

3D データを CAD モデルと比較するプロセスは CAD-Compare と呼ばれ、金型や工具の摩耗パターンの特定、最終ビルドの精度の特定、ギャップとフラッシュの分析、または非常に複雑な彫刻面の分析などのアプリケーションに役立つ技術です。現在、産業用途ではレーザー三角測量スキャナ、構造化光、接触スキャンが主流の技術であり、接触スキャンは最も遅いものの、全体的に最も正確なオプションです。それでも、3D スキャン技術は、従来のタッチプローブ測定と比較して明確な利点があります。白色光またはレーザースキャナは、基準点やスプレーなしで、細かい詳細や自由曲面を捉え、周囲のオブジェクトを正確にデジタル化します。部品を損傷するリスクなしに、表面全体を記録的な速度でカバーします。グラフィック比較チャートは、オブジェクト全体のレベルでの幾何学的偏差を示し、潜在的な原因についてのより深い洞察を提供します。^{[ 98 ] [ 99 ]}