Các bước chuẩn bị khi quét 3D các công trình phù điêu kích thước lớn – Quy trình giúp dữ liệu chính xác và tiết kiệm chi phí

Các công trình phù điêu bằng đá, gỗ, thạch cao hay bê tông thường có kích thước từ vài mét đến hàng chục mét, bề mặt chứa hàng triệu chi tiết chạm khắc tinh xảo. Nếu không có kế hoạch quét 3D ngay từ đầu, quá trình thu thập dữ liệu rất dễ gặp phải các vấn đề như thiếu dữ liệu, sai lệch khi ghép nối, mất nhiều thời gian xử lý hoặc phải quay lại công trình để quét bổ sung.

Vì vậy, đối với những dự án quét 3D phục vụ chế tác CNC, phục dựng, bảo tồn di tích hoặc lưu trữ số, công tác chuẩn bị đóng vai trò quyết định đến chất lượng của toàn bộ dự án.

Trong bài viết này, thietkenguoc.com.vn chia sẻ quy trình thực tế mà chúng tôi áp dụng khi triển khai quét 3D các công trình phù điêu lớn.

Bước 1. Khảo sát hiện trạng công trình

Đây là bước đầu tiên nhưng cũng là bước quan trọng nhất.

Kỹ sư sẽ trực tiếp khảo sát:

Kích thước tổng thể của phù điêu.
Chiều cao công trình.
Độ sâu các hoa văn.
Điều kiện ánh sáng.
Khoảng cách thao tác.
Các vật cản xung quanh.
Khả năng tiếp cận từng khu vực.

Đồng thời đánh giá:

Có cần giàn giáo hay xe nâng không.
Có thể quét liên tục hay phải chia nhiều ngày.
Điều kiện thời tiết có ảnh hưởng đến việc quét hay không.

Sau bước khảo sát sẽ xác định được toàn bộ kế hoạch triển khai.

Bước 2. Chuẩn bị phương án quét

Sau khi khảo sát, nhóm kỹ thuật sẽ xây dựng phương án scan phù hợp.

Lựa chọn máy quét 3D

Không phải công trình nào cũng sử dụng cùng một loại máy.

Tùy yêu cầu sẽ lựa chọn:

Máy scan laser độ chính xác cao.
Máy scan ánh sáng cấu trúc.
Máy scan tầm xa.
Drone quét ảnh nếu cần ghi nhận tổng thể.

Đối với phù điêu phục vụ CNC hoặc phục dựng, máy scan laser công nghiệp thường được ưu tiên vì:

Mesh sắc nét.
Ít nhiễu.
Độ chính xác cao.
Ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng.

Chúng tôi chọn máy scan laser độ nét cao để scan như handy black hay alphascan để quét cho độ nét cao và file nhẹ ( vì công trình phù điêu lớn nếu sử dụng máy kém chất lượng file rất nặng khó xử lý về sau và không nét)

Một lý do quan trọng nữa là thời gian quét 3D, cần chọn máy công nghiệp vì làm việc bền bỉ ngoài trời nắng trong thời gian dài, thường quét liên tục 8 tiếng bất kể mùa hè hay mùa đông, tốc độ máy công nghiệp cao hơn giảm thời gian quét cho khách hàng.

Chuẩn bị máy tính

Laptop cần có cấu hình đủ mạnh:

CPU nhiều nhân.
RAM lớn.
SSD tốc độ cao.
GPU phục vụ xử lý point cloud.

Chúng tôi sử dụng máy dell card màn 16GB, ram 64GB, chip 16 nhân I7 cho việc xử lý data nhanh, mượt, bền bỉ, pin, sạc máy dell rất mát dù hoạt động liên tục dưới trời nắng, môi trường ẩm ướt…

Ngoài ra cần chuẩn bị:

Ổ cứng sao lưu.
Cable máy dự phòng, nên chuẩn bị 2 cáp máy scan tránh trường hợp trục trặc cáp

Trang bị bảo hộ

Đối với các công trình ngoài trời hoặc trên cao:

Mũ bảo hộ.
Dây an toàn.
Giày chống trượt.
Găng tay.
Dây buộc thiết bị.
Áo phản quang.

Đây là yêu cầu bắt buộc nhằm đảm bảo an toàn cho đội kỹ thuật.

Bước 3. Tiến hành quét 3D

Thông thường một công trình lớn không thể hoàn thành chỉ trong một lần quét.

Vì vậy cần chia thành nhiều vùng nhỏ.

Phân chia khu vực quét

Ví dụ:

Phù điêu bên trái.
Trung tâm.
Phù điêu bên phải.
Phần viền.
Phần nền.
Các chi tiết nổi.

Việc chia vùng giúp:

Dễ kiểm soát dữ liệu.
Giảm nguy cơ thiếu mesh.
Dễ ghép nối sau này.
File nhẹ mỗi lần quét

Đánh dấu điểm chuẩn (Marker)

Đây gần như là bước bắt buộc.

Các điểm chuẩn giúp:

Máy scan định vị chính xác.
Giảm sai số khi ghép dữ liệu.
Tăng độ ổn định của toàn bộ mô hình.

Đối với các phù điêu rất lớn, kỹ sư thường bố trí marker theo từng khu vực để đảm bảo dữ liệu luôn có đủ điểm tham chiếu.

Quét từng vùng

Kỹ thuật viên sẽ:

Quét nhiều góc.
Quét chồng lấn giữa các vùng.
Kiểm tra ngay tại hiện trường.

Nếu phát hiện thiếu dữ liệu sẽ bổ sung ngay thay vì chờ đến khi về văn phòng.

Kiểm tra dữ liệu sau mỗi buổi

Sau mỗi ngày làm việc cần:

Backup dữ liệu.
Ghép thử nhanh.
Kiểm tra vùng thiếu.
Đánh giá chất lượng mesh.

Nếu phát hiện lỗi sẽ quay lại quét bổ sung ngay trong thời gian còn ở công trình.

Bước 4. Xử lý dữ liệu sau quét

Sau khi hoàn thành việc thu thập dữ liệu sẽ chuyển sang xử lý.

1. Căn chỉnh dữ liệu (Alignment)

Ghép toàn bộ các lần quét thành 1 file hoàn chỉnh

Đây là bước quyết định độ chính xác của mô hình cuối cùng.

2. Nối dữ liệu

Sau Alignment:

Tạo mesh hoàn chỉnh, nối các vùng mesh lại với nhau thành 1 file hoàn chỉnh
Kiểm tra độ kín của mô hình, cong vênh cục bộ, nhiễu mesh …

3. Hiệu chỉnh bề mặt

Tùy loại phù điêu sẽ xử lý khác nhau.

Ví dụ:

Phù điêu vuông

Làm phẳng nền.
Chỉnh vuông góc.
Kiểm tra kích thước.

Phù điêu tròn

Làm tròn bề mặt.
Kiểm tra bán kính.
Kiểm tra đối xứng.

4. Làm sạch dữ liệu và final chỉnh sửa:

Bao gồm:

Xóa mesh thừa.
Xóa nhiễu.
Vá lỗ nhỏ.
Loại bỏ vật thể không mong muốn.
Thiết kế thêm các phần thiếu như khung viền, chỗ nứt nẻ, sạt lở ( nếu có..)

5. Chia mô hình theo yêu cầu sản xuất

Nếu CNC không thể gia công toàn bộ một lần thì cần:

Chia thành từng khối đá nhỏ
Đánh số thứ tự.
Thiết kế vị trí ghép.
Thiết kế chốt định vị nếu cần.

Điều này giúp quá trình gia công và lắp ráp sau này diễn ra nhanh chóng, chính xác.

Bước 5. Lập trình CNC

Sau khi dữ liệu đạt yêu cầu sẽ:

Tạo mô hình CNC.
Thiết lập đường chạy dao.
Mô phỏng gia công.
Kiểm tra va chạm.
Xuất chương trình cho máy CNC.

Nếu gia công trên nhiều máy, chương trình sẽ được tối ưu riêng theo từng loại máy và vật liệu.

Bước 6. Kiểm tra sau gia công CNC

Sau khi CNC hoàn thành:

Kiểm tra kích thước.
Kiểm tra bề mặt.
Đối chiếu với dữ liệu scan ban đầu.
Kiểm tra khả năng lắp ghép giữa các module.

Nếu phát hiện sai lệch vượt dung sai sẽ hiệu chỉnh trước khi chuyển sang bước hoàn thiện.

Bước 7. Hoàn thiện sản phẩm

Tùy từng vật liệu sẽ thực hiện:

Mài.
Đánh bóng.
Ghép nối.
Xử lý mối nối.
Sơn hoàn thiện (nếu có).

Mục tiêu là tạo ra sản phẩm đồng nhất, gần như không nhìn thấy vị trí ghép.

Bước 8. Nghiệm thu và bàn giao

Trước khi bàn giao cho khách hàng, toàn bộ công trình sẽ được kiểm tra lần cuối:

Độ chính xác hình học.
Chất lượng bề mặt.
Độ khít giữa các khối.
Hồ sơ dữ liệu scan.
File Mesh hoặc CAD theo yêu cầu.
Báo cáo kiểm tra chất lượng (nếu có).

Sau khi đạt yêu cầu, dữ liệu sẽ được lưu trữ để phục vụ bảo trì, phục dựng hoặc sản xuất trong tương lai.

Những lưu ý quan trọng khi quét 3D phù điêu lớn

Không nên cố quét toàn bộ công trình trong một lần.
Luôn có vùng chồng lấn giữa các lần quét để ghép dữ liệu ổn định.
Việc làm việc trên cao rất nguy hiểm cho con người và máy móc do đó luôn phải tuân thủ đeo dây an toàn, mũ, giày bảo hộ khi làm việc, máy scan, laptop luôn đặt, để ở vị trí an toàn, giáo phải buộc chắc chắn mới làm việc.

Đặc biệt là trong các ngày trời mưa trơn trượt rất dễ ngã nên phải tuân thủ nguyên tắc an toàn khi làm việc.

Sao lưu dữ liệu ngay sau mỗi buổi làm việc.
Kiểm tra dữ liệu ngay tại hiện trường để tránh phải quay lại quét bổ sung.
Sử dụng máy quét phù hợp với kích thước và độ chi tiết của công trình.
Lập kế hoạch chia module CNC ngay từ giai đoạn xử lý dữ liệu để tiết kiệm thời gian và chi phí.

Kết luận

Quét 3D các công trình phù điêu kích thước lớn không chỉ đơn thuần là việc thu thập dữ liệu bằng máy quét, mà là một quy trình kỹ thuật gồm nhiều bước từ khảo sát, lập phương án, thu thập dữ liệu, xử lý mesh, lập trình CNC đến kiểm tra chất lượng và nghiệm thu. Mỗi giai đoạn đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của sản phẩm cuối cùng.

Với kinh nghiệm triển khai nhiều dự án quét 3D phục vụ chế tác phù điêu, tượng, công trình kiến trúc và bảo tồn di sản, thietkenguoc.com.vn luôn áp dụng quy trình kiểm soát chặt chẽ nhằm đảm bảo dữ liệu đầy đủ, chính xác và sẵn sàng cho gia công CNC hoặc lưu trữ số.

Mọi chi tiết liên hệ: 0976436835

Trân trọng cảm ơn!