3Dスキャナー・リバースエンジニアリングから芸術まで活用される技術を解説

3Dスキャナーは、測定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を目的とした機械です。測定対象物にレーザーやセンサーを当てながら複数の3D座標データを取り込みます。その後、取り込んだ「点群データ」から「ポリゴンデータ」と呼ばれる三角面のデータに変換することで3Dを生成します。

3Dスキャナーはどんな機械?

3Dスキャナー

3Dスキャナーの種類

3Dスキャナーの種類は、大きく「接触式」と「非接触式」に分けられます。また、かなり用途は限られるものの、X線を使った3Dスキャナーも存在します。ここでは3Dスキャナーの種類についてかんたんに解説します。

接触式3Dスキャナー

接触式3Dスキャナーは、センサーもしくは探針により測定対象物に直接触れることで立体の凹凸を感知しながら座標として取り込むタイプの3Dスキャナーです。実際に対象物に直接触れることから測定精度は高いのですが、あまりにも複雑な凹凸を持つ物体や、凹凸内でさらに入り組んでいる場合などは測定できません。また、直接触れるというシステム上、大きな物体の測定には向かないという特徴がありますが、他の方式では測定できない物体を測ることができるため、昔ながらの方法ではありますが、現在でもよく使われている方式です。ただ、他の方式と比較して測定に時間がかかります。

非接触式3Dスキャナー

非接触式3Dスキャナーは現在、利用が拡大している3Dスキャナーです。非接触式3Dスキャナーは、光線を測定対象物に当て、反射光が到達するまでの時間差や角度を分析することにより3Dの形状を把握します。非接触式のスキャニング方法は、大きく「光(格子パターン)投影法」と「レーザー光切断方式」という2種類に分けられます。
光投影法は、格子状のパターンを物体に投影することで計測を行います。高速スキャン、スキャンのクオリティ、そしてスキャン面の滑らかさが持ち味ですが、基本的に暗い場所で作業しなければならないというデメリットもあります。
レーザー光切断方式は、三角距離の原理を使用して3Dデータを取り込みます。シンプルな原理を使用しコストパフォーマンスに優れること、そして明るい場所で使えることが長所です。

X線CTスキャナー

少々特別な3Dスキャナーですが「X線CTスキャナー」もご紹介しておきます。X線CTスキャナーは、その名のとおり、X線を使用して3Dデータを取り込むための機械です。病院で利用されている「CTスキャン」を思い浮かべてみてください。X線CTスキャナーも同様の原理を利用しています。X線CTスキャナーでは、他の方式では測定することのできない立体の内部形状まで測定することが可能です。非破壊検査などに活用されることが多いようですが、ひじょうに高価なので導入できる企業や団体は限られます。

3Dスキャナーでできること

3Dスキャナー

3Dスキャナーでできることはさまざまです。3Dスキャン自体、幅広い業種においてニーズがあり、現在もその利用法は広がっています。精度の高い3Dスキャンをビジネスに取り入れることでどのようなことができるのかご紹介しましょう。

リバースエンジニアリング

リバースエンジニアリングは、製品の構造を解析することで、その製品がどのように作られたのか、その構成部品は何なのか、などの情報を調べることを目的に行う作業です。基本的に「モノ作り」でのリバースエンジニアリングは、クレイモデルなどのモデルを3Dスキャンすることにより、3Dデータとして起こすこと、と考えればいいでしょう。
リバースエンジニアリングにより得られた情報はさまざまな目的で使われますが、ソフトウェアやハードウェアの場合、一般的な利用方法としては、脆弱性やバグの発見などが挙げられますが、不正コピー、悪意を持った攻撃などに使われる場合もあります。モノ作りにおける悪意を持ったリバースエンジニアリングでは、他社製品の技術やコピー目的での利用が考えられます。
他社製品の分析については、技術を探る目的で行われることもあれば、互換性を持たせるために行われる場合もあります。
ただ、リバースエンジニアリングの技術の悪用に頭を悩ませているメーカーでは、リバースエンジニアリングを防ぐための対策を施している場合もあります。リバースエンジニアリングは、著作権などの知的財産権が絡んでくるので、協業他社の製品分析などを行う場合は慎重になる必要があります。
3Dスキャナーは、リバースエンジニアリングを行う場合はぜひ用意しておきたい機械です。製品を分解したり破壊したりすることなく、スピーディにデータを取り込める3Dスキャナーは、目的とする作業の進行をスムーズにしてくれるでしょう。製品デザインや改良、3Dドキュメンテーションにおいて、これまでのように測定ツールを使って行うリバースエンジニアリングでは多くの時間と費用が必要ですが、3Dスキャナーを利用すれば、その両方を大幅に節約することが可能です。

インダストリアルデザイン

新しい製品のデザインを考えたり、複雑な形の立体を測定したりするには、これまで長い期間が必要でした。しかし3Dスキャンの技術が身近になってから、このような作業はスピーディにこなせるようになりました。小さなパーツはともかく、これまでは難しかった大きな工業製品のデータ測定も、非接触式の3Dスキャナーを使えば高い精度で行えます。取り込んだ3DデータはCADなどに出力することでデザインの修正を行い、信頼性とパフォーマンスの向上、ラピッドプロトタイピング、新製品の開発などにつなげることが可能。

医療分野での利用

3Dスキャナーの医療分野での利用も進んでいます。整形外科などにおける装具類の製作は、正確な測定なしに行うことはできません。3Dスキャナーを使えば、装着する患者さんの体つきに合った装具の製作を、患者さんにストレスを与えることなく行うことが可能です。3Dスキャナーは、義足や義手などの装具のほか、車椅子のカスタマイズ、形成外科などにも利用されています。

芸術とデザイン

3Dスキャナーは工業系のデザインに使用されていますが、もちろん芸術の世界でも活用されています。特に映画の世界では特殊効果が多用されますが、人間の手だけで行うことがほぼ不可能とされていた効果でさえ、現在は3Dスキャナーを使うことで可能になっています。たとえば、古代の遺跡を3Dスキャンして映画の中にCGIとして再現することも、現在の技術なら可能です。
また、3Dスキャンのテクノロジーは、遺跡などの保存、建築、ファッションなど幅広い分野に利用が拡大しています。

教育

大学や研究所などの機関では、数々の研究に3Dスキャナーが利用されています。主に研究や研修目的で使われている3Dスキャナーですが、特に美術館や博物館では、3Dスキャナーで作品をスキャンしてインターネット上のギャラリーに展示する動きもあります。実物が目の前で見られるわけではありませんが、スキャンされたインターネット上の作品なら、さまざまな角度から、高解像度で展示を眺めることが可能です。




3Dスキャナーでできること・まとめ

3Dスキャナーの種類や、3Dスキャナーでできることについてご紹介してきました。現在、3Dスキャナーは一般にも身近な存在になりつつあり、たとえばiPhoneやiPadを利用して立体データを取り込めるシステムまで登場しています。現在は、これまで主流だった接触式に代わり、非接触式の3Dスキャナーがトレンドになっています。価格も下がりつつあることから、今後もビジネスの世界を中心に利用が広がっていくことでしょう。