Mengenal Teknologi Scanner 3D

Scanner 3D

Scanner 3D adalah sebuah perangkat yang mampu menganalisis sebuah objek (3D), dan mengumpulkan data yang dimungkinkan untuk disusun menjadi sebuah model tiga dimensi. Perbedaan utama dengan scanner biasa pada kemampuannya menghasilkan image 3D. Ini dimungkinkan dengan membentuk point cloud geometris, sebuah kumpulan titik dalam koordinat tiga dimensi, dari permukaan objek.

scanner 3d

 

 

 
Data yang terkumpul berupa point cloud itu, biasanya tidak serta-merta langsung digunakan. Oleh aplikasi pendukung, data ini kebanyakan di-convert menjadi model polygonal 3D. Proses converting ini disebut reconstruction. Pada proses ini, termasuk mengumpulkan data masing-masing titik dan menghubungkannya menjadi sebuah permukaan.

Scanner 3D mirip dengan kamera, dengan sudut pandang conus (kerucut tiga dimensi). Ia juga mengumpulkan data dari permukaan objek yang terdapat di depannya. Perbedaannya, jika kamera mengumpulkan informasi permukaan seperti warna dan intensitas cahaya. Sedangkan, scanner 3D mengumpulkan informasi jarak dari depan scanner sampai ke permukaan objek yang diamati. Jika menggunakan sistem koordinat tiga dimensi secara spherical, maka akan didapatkan variabel sudut, dan jarak relatif permukaan objek dari scanner 3D.

Berbeda dengan scanner 2D yang hanya membutuhkan satu kali proses pemindaian, kebanyakan scanner 3D membutuhkan proses scanning berulang-ulang bahkan hingga ratusan, dengan sudut dan sisi yang berbeda dari objek, agar mendapatkan informasi yang lengkap untuk disusun sesuai dengan sistem referensi yang digunakan. Setelah proses yang sering disebut alignment atau registration tersebut, kemudian informasi data tersebut dikumpulkan hingga dapat disusun menjadi sebuah data model yang utuh. Dan keseluruhan proses ini adalah yang disebut sebagai 3D scanning pipeline.

Teknologi Scanner 3D

Sebenarnya hanya ada 2 jenis 3D scanner yang membedakan dari proses kerjanya, yaitu scanner 3D contact dan non-contact.

Contact 3D Scanner

Sesuai dengan namanya, cara kerjanya mengumpulkan data dari permukaan objek dengan cara melakukan contact langsung. Mirip saat seorang yang sedang memejamkan mata atau dalam lingkungan yang gelap mereka-reka sebuah object dengan merabanya.

Salah satu contohnya adalah coordinate measuring machine (CMM). banyak digunakan di manufacturing, dengan keunggulan utama pada hasilnya yang presisi.

Kerugiannya adalah pada diperlukannya kontak langsung antara probe CMM dengan objek yang di-scan. Pada proses ini, dapat mengakibatkan objek mengalami sedikit perubahan bentuk atau bahkan merusaknya. Inilah yang menyebabkannya tidak ideal untuk digunakan pada objek yang mudah rusak dan sangat berharga, seperti sebuah peninggalan sejarah atau karya seni.

Kekurangan lainnya adalah proses scanning yang relatif lambat. CMM paling cepat hanya dapat bergerak dalam kisaran ratusan Hz. Bandingkan dengan laser scanner 3D yang dapat bergerak melakukan proses scanning mulai dari 10 hingga 10 kHz.

Contoh lain adalah seperti yang digunakan pada industri CGI. Beberapa menggunakan sebuah probe yang digerakkan manual dengan tangan, untuk mengukur titik-titik koordinat penting pada sebuah model yang terbuat dari lilin atau tanah liat.

Non-Contact Active 3D Scanner

Adalah salah satu metode 3D scanner yang paling banyak ragamnya. Metode ini tidak membutuhkan kontak secara fisik dengan objek yang di-scan. Active scanner memancarkan sinar ataupun radiasi lain yang akan mendeteksi permukaan objek. Emisi yang dipancarkan bisa berupa cahaya, ultrasound, ataupun x-ray (sinar x). Salah satu contoh aplikasi yang mungkin dikenal adalah USG 3D. Berikut adalah metode-metode yang digunakan.

Time-of-flight

Adalah active scanner yang menggunakan laser untuk memindai objek. Intinya menggunakan time-of-flight laser range finder, yang menentukan jarak dengan menghitung waktu tempuh yang dibutuhkan sinar laser yang dipancarkan hingga pantulan diterima lagi oleh detektor. Dengan kecepatan cahaya mendekati 3×10^8m/s, maka jarak tempuh untuk 1mm hanya sekitar 3.3 picosecond. Waktu yang sangat singkat ini membuat akurasinya kurang akurat.

Lidar scanner adalah salah satu scanner 3D yang mengunakan metoda time-of-. ight. Biasa digunakan untuk membuat model 3D dari objek seperti bangunan, formasi bebatuan ataupun beberapa objek landscape lainnya.

Dengan pergerakan head yang memutar, memungkinkannya melakukan scanning secara horizontal. Sedangkan, pergerakan cermin mengarahkan laser secara vertikal. Pemindaian horizontal juga dimungkinkan dengan memutar cermin. Cara memutar cermin ini lebih mudah dan lebih cepat dilakukan dari pada memutar head laser range . nder. Dengan memutar cermin, sebuah lidar dapat lebih cepat beroperasi. Lidar dapat mengukur jarak sekitar 10.000 hingga 100.000 titik dalam 1 detik.

Triangulation

Masih merupakan bagian active scanner yang juga menggunakan sinar laser. Prinsip perhitungan jarak mirip dengan metoda time-of-flight. Namun, tidak lagi memperhitungkan waktu tempuh, triangulation memperhitungkan jarak lokasi jatuhnya titik laser pada permukaan benda.

Perbedaan jarak permukaanbenda ke projector laser akan mempengaruhi letak titik laser. Perhitungan jarak dengan variabel projector, kamera, dan titik laser pada permukaan benda. Ketiga variabel tersebut akan membentuk sebuah segitiga. Pada pelaksanaannya, untuk mempercepat proses pemindaian digunakan laser stripe dibandingkan menggunakan laser dot.

Metode ini lebih baik dalam hal akurasi perhitungan jarak. Namun, metode ini memiliki keterbatasan untuk masalah range dari laser emitter. Metode ini lebih sering digunakan untuk mengamati objek dalam skala yang lebih kecil dibandingkan dengan time-of-flight.

Conoscopic Holography

Juga menggunakan pancaran laser yang diproyeksikan ke permukaan objek. Pantulan sinar akan melalui jalur yang sama dengan jalur sinar yang dipancarkan, kemudian diterima oleh conoscopic crystal dan diproyeksikan ke sensor CCD. Hasilnya akan didapatkan sebuah pola, hasil interpolasi gelombang sinar yang dipancarkan dengan sinar yang terpantul, kemudian dianalisis untuk menghitung jarak dengan permukaan objek.

Keuntungan utama digunakannya metode ini adalah pada perhitungannya yang hanya menggunakan single ray-path. Ini memungkinkannya untuk mengukur kedalaman pada sebuah lubang yang sangat kecil dengan akurat.

Structured light

Pada Structured light 3D scanner, menggunakan sinar yang diproyeksikan dengan pola tertentu ke objek yang dipindai. Pola yang digunakan bisa berupa garis atau pola dua dimensi.

Jika menggunakan sinar berbentuk garis, digunakan projector berupa sebaris LCD atau laser yang bergerak mengikuti pola garis tersebut. Sebuah kamera digunakan untuk menerima pantulan cahaya dan diletakkan di dekat projector. Kamera ini bertugas mengamati pola cahaya yang terbentuk pada objek.

Dengan perhitungan yang mirip dengan yang digunakan pada metode triangulation, maka jarak dari masing-masing titik yang membentuk pola garis tersebut dapat diperhitungkan. Kemudian kumpulan informasi model 3D diperhitungkan setelah mendapatkan sekujur permukaan object dilalui oleh pola garis tersebut.

Sedangkan pada pola dengan dua dimensi, biasanya berbentuk grid atau pola bergaris (line stripe pattern). Kamera bertugas mengamati deformasi dari pola yang terlihat pada objek. Dengan algoritma yang disesuaikan dengan pola yang digunakan, maka dapat diperhitungkan jarak dengan permukaan benda. Pola dan algoritma yang sekarang sedang dikembangkan adalah dengan menggunakan Multistripe Laser Triangulation (MLT).

Keuntungan utama metode ini adalah kecepatan scanning. Metode ini memungkinkan proses scanning untuk sebuah area secara langsung. Ini juga mengurangi masalah distorsi yang disebabkan pergerakan projector dan sensor atau kamera. MLT juga memungkinkan proses scanning 3D yang bisa dikatakan real-time. Metode satu ini terus dikembangkan. Salah satunya untuk proses scanning facial recognition expression untuk kebutuhan security. Bahkan memungkinkan untuk melakukan scanning 3D hingga 40 frames per second.
Modulated light

Metode ini menggunakan pancaran sinar secara continue dengan amplitude yang berubah-ubah dalam pola gelombang sinusoidal. Sensor menangkap pantulan sinar dan intensitas cahaya, untuk menentukan jarak tempuh sinar hingga ke permukaan objek.

Non-Contact Passive 3D Scanner

Passive scanner hanya memanfaatkan cahaya yang ada di lingkungan objek tersebut. Scanner dengan metode ini biasanya menangkap gelombang sinar yang terlihat, namun ada juga yang khusus menangkap radiasi dari sinar tidak terlihat. Metode passive scanner ini relatif jauh lebih murah dibandingkan scanner 3D active, dikarenakan kebutuhan hardware yang lebih sederhana.

Stereoscopic

Sesuai dengan namanya, metode ini menggunakan dua kamera sekaligus. Letak antarkamera hanya berselisih sedikit, mengarah pada objek yang di-scan. Dengan algoritma yang bertugas menganalisis perbedaan antara gambar yang diterima kedua kamera tersebut, dapat ditentukan jarak permukaan objek yang diamati. Streoscopic ini memiliki banyak kesamaan analogi dengan kemampuan pandangan mata manusia dalam memperkirakan jarak.

Silhouette

3D scanner jenis ini menggunakan kumpulan informasi dari garis luar objek, yang didapat dari objek yang diamati. Sebuah kamera bergerak mengelilingi objek yang berada dalam sebuah latar belakang (background) yang kontras.

Bukan hanya film yang sekarang booming dengan teknologi 3D (tiga dimensi). Alat pemindai atau scanner, juga melakukan pengembangan teknologi 3D untuk memindai benda-benda yang diperlukan hingga sebesar bangunan

Inti teknologi 3D adalah bisa merekam obyek gambar secara nyata, pas dengan ukuran riilnya, termasuk ketebalan, lebar, dan lekukan berbagai sisinya. Pada scanner 3D, ada teknologi scan canggih yang memanfaatkan teknologi laser yang ditembakkan ke arah obyek, yang disebut dengan 3D laser scanner. Namun ada juga scanner 3D sederhana dengan memanfaatkan kamera dan blitz saja untuk memindai benda-benda yang ukurannya kecil.

Salah satu 3D laser scanner yang dipasarkan di Indonesia oleh PT Datascript, adalah Faro Focus 3D Terrestrial Laser Scanner. “Ini adalah laser scanner yang menggunakan teknologi optik peraba jauh yang disebut dengan light detection and ranging (Lidar),” ujar CAD and Survey System Division Manager PT Datascrip, Gatot Priyo Laksono, Senin (9/4).

Menurutnya, cara kerja 3D laser scanner adalah dengan memanfaatkan sinar laser yang ditembakkan ke arah obyek. Pantulan sinar laser tersebut di tangkap kembali oleh alat laser scanner dan direkam ke dalam perangkat komputer yang telah dilengkapi software khusus.

“Dulu ada juga alat berkonsep seperti ini namun menggunakan sonar, yaitu gelombang suara,” papar Gatot.

Laser yang ditembakkan tidaklah kontinyu, melainkan titik per titik. Karena itu hasilnya pun berupa titik yang disebut dengan point cloud. Namun dengan kecepatan yang cukup tinggi, ratusan hingga ribuan titik bisa direkam dalam satu detik.

3D Laser scanner ini ditempatkan di atas tripod agar memudahkan untuk memindai benda. “Oleh karenanya alat ini juga sering disebut dengan stationary terrestrial laser scanning atau STLS,” jelas Gatot.

Di kelas 3D laser scanner, lanjutnya, Faro Focus 3D bisa mendokumentasikan dengan dimensi terkecil, yaitu 24x20x10 centimeter. Alat ini juga cukup ringan dengan berat hanya lima kilogram.

Tak mau ketinggalan, pabrikan elektronik Hewlett Packard (HP) juga merilis produk scanner 3D. Sekilas, bentuk printer HP Laserjet Pro 200 color MFP M275 sama

dengan printer lainnya. Bentuknya kotak sebesar kardus dan warnanya hitam mengkilat. Satu hal yang tampak berbeda adalah tambahan besi berbentuk huruf L di atasnya. “Inilah scanner 3D yang ditam bahkan di printer ini,” kata Market Development Manager LES Imaging and Printing Group Hewlett-Packcard Indonesia, Charles Johson Simanjuntak.

Besi setinggi 30 centimeter tersebut terlihat seperti antena, yang di dalamnya tersimpan enam buah kamera dan tiga buah lampu blitz. Perangkat inilah yang bisa memindai barang secara tiga dimensi.

“Benda-benda bisa ditaruh di bagian atas printer yang terlihat seperti nampan berwarna putih, kemudian dipindai dengan kamera ini,” jelas Charles.

Hasilnya, benda sebesar ponsel, perhiasan, jam tangan, piring makan, dan benda lainnya tersebut bisa terwujud dalam gambar yang bisa langsung dicetak melalui printer M 275 atau disimpan dan ditransfer pada flashdisk serta diedit menggunakan laptop atau PC. Gambar hasil pindaian ini juga bisa langsung di-upload ke web, email, atau jejaring sosial. Ini karena printer tersebut juga dilengkapi dengan jaringan wifi dan konektivitas LAN. “Pemakai kita permudah dengan teknologi two-way SIPS antarmuka layar sentuh,” kata Charles. Soal harga, scanner 3D bisa dibilang cukup mahal. Printer HP Laserjet Pro 200 color MFP M275 misalnya, dipatok seharga Rp 4,75 juta. Menurut Charles, harga ini bisa dibilang pas dengan kemampuan printer yang mempunyai teknologi 3D scanner, e-print, wifi, direct print, dan air print ini.

Menurutnya, HP akan selalu berinovasi pada setiap produk yang akan dikeluarkan untuk memberikan pe ngalaman baru dan memudahkan para penggunanya. “Market share kami sudah 67 persen sampai sekarang dan akan terus kami tingkatkan,” ujarnya.

Sedangkan Faro Focus 3D, menurut Marketing Manager PT Datascrip, Andreas Pakasi, harganya 103 ribu dolar AS per set.

“Harganya memang mahal, sepadan dengan teknologi yang digunakan,” ujarnya.

Segmentasi pasar yang diincarnya adalah kalangan enterprise. Produk ini dapat dimanfaatkan di bidang teknik sipil, pabrik pengecoran, konstruksi, arsitektur, kepo lisian di bagian analisa forensik, dokumentasi bangunan secara 3D, reverse engineering, atau dokumentasi bangunan dan situs bersejarah. Walaupun harganya mahal, namun mudah untuk digunakan. “Pengopera siannya melalui layar sentuh, semudah me motret dengan kamera biasa,” ujarnya.

Menurut Andreas, respons pasar cukup baik pada produk ini. Pihaknya yakin Faro Focus 3D ini akan sukses di pasaran. Produk ini punya kelebihan lebih kuat, kompak, ringan, user friendly, dan biaya investasinya lebih terjangkau dibandingkan dengan produk lain serupa. ■ c05 ed: anjar fahmiarto

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s