3D 扫描用于 3D 打印：给创客的实用指南

3D 扫描用于 3D 打印，到底需要什么

把 3D 扫描用于 3D 打印，有一个多数扫描教程不提的前提：打印机需要的是网格，而且必须是封闭的网格。切片软件要判断模型哪里是内部、哪里是外部。表面有破洞、开放边，或者面与面互相穿插，它就无法可靠地判断。

常用的文件格式是 STL、OBJ 和 3MF。STL 最老，由 3D Systems 开发，最早的文档出现在 1988 年，里面只有三角面，没有保存颜色的标准方式。3MF 是为打印设计的新格式，是由 3MF 联盟维护的开放 XML 标准，现已发布为 ISO/IEC 25422:2025。它的规范要求可打印的模型网格必须是流形且没有破洞，文件里还会记录单位（默认毫米）。

所以，扫描一个物体用来打印时，真正的问题不是哪种扫描在屏幕上最好看，而是哪条路线能用最少的修补得到一个封闭、尺寸正确的网格。可行的路线有三条，另外还有一种很热门、但并不能得到可打印模型的技术。

路线一：结构光和激光扫描仪

专用扫描仪是通往可打印网格最直接的路。结构光扫描仪把一组经过校准的光图案（通常是线条、条纹或网格）投到物体上。图案落在曲面和棱角上会变形，相机一帧一帧记录变形后的图案，软件据此重建表面。激光扫描仪同属这类专用硬件；本文详细核对的是结构光这一种。

随后，扫描仪自带的软件会去掉杂散数据、对齐各帧并生成三维模型。有些扫描仪还带一个相机，把物体的颜色记录成贴图。

它的弱点，扫描仪厂商自己写得很清楚。以 Artec 3D 为例，它列出的难扫表面包括：很深的黑色表面、镀铬一类的高反光表面、透明或半透明材料，以及毛发。常见的办法是改变扫描角度和距离，或者给表面加一层临时的哑光涂层：薄薄撒一层粉，或者喷一种过一段时间会自行消失的哑光扫描喷雾。

零件需要和别的东西配合时，选这条路线：替换支架、外壳、转接件，凡是有公差要求的都算。

路线二：手机 LiDAR 和扫描 App

如果你有带 LiDAR 扫描仪的 iPhone Pro 或 iPad Pro，手里就已经有一个深度传感器。LiDAR 通过测量红外光脉冲的往返时间来计算距离，扫描 App 再把这些读数变成网格。

下面两个 App 的说法，我们在官方页面上核对过：

• Polycam 支持 iOS、Android 和网页端。它的 Basic 套餐页面列出了 OBJ、FBX、DAE、USDZ 和 STL 导出，而 GLTF 在所有套餐中都可用。也就是说，STL 导出是付费功能，动手之前先确认套餐。
• Scaniverse 来自 Niantic Spatial，可以生成高斯泼溅和网格两种结果，在设备本地处理。

Polycam 说它的 LiDAR 扫描在常规室内场景下精度约在半英寸以内。这个数字说明了手机 LiDAR 擅长什么：家具、大型道具、房间尺度的形状。它不适合小齿轮或带螺纹的盖子。对于尺寸大、容错高的打印件，比如缩小的雕像或 cosplay 的基础造型，它可能就够用了。

路线三：用普通照片做摄影测量

摄影测量用一组互相重叠的照片来建模。软件在多张照片里找到相同的特征点，推算每张照片的拍摄位置，再生成带贴图的三维模型。任何相机都可以。

我们核对过的选择：

• Apple 的 RealityKit Object Capture，适用于 iOS 17 及以上和 macOS 12 及以上。基于它开发的 App 可以把一组照片变成三维模型。
• Epic Games 的 RealityScan，一款桌面软件，可以用照片和激光扫描数据创建三维模型。Epic 表示，年总收入低于 100 万美元的个人和小型企业可以免费使用。另外还有免费的 RealityScan Mobile 手机 App。
• Meshroom，一个以 MPLv2 许可证发布的开源项目。它的预编译版本提供 Windows 和 Linux 下载，并且是基于 CUDA 构建的，也就是说需要 NVIDIA 显卡。

用于打印时，有一个问题要注意：尺寸。Apple 的文档说，如果照片带有深度数据，就能算出真实尺寸；没有的话，可能需要自己缩放模型。任何只靠照片的流程都应该这样假设：在画面里放一把尺子或一个已知尺寸的东西，之后再缩放网格。

怎样扫描一个物体：拍摄要点

不管走哪条路线，扫描物体的要点大体相同。下面这些来自 Apple 的 Object Capture 文档，也和扫描仪厂商的说法一致：

• 选刚性的物体。移动时会弯曲或变形的东西会让匹配出错。
• 避开很薄、高反光、透明或半透明的物体。纯色、非常光滑的表面也会让软件缺少可用的信息。
• 用柔和、均匀的光。机顶闪光、直射阳光和裸灯泡会投下生硬的阴影。把光打到墙或天花板上反射回来，或者在阴天的户外拍。
• 重叠要足。Apple 建议相邻照片重叠 70% 以上，并提醒低于 50% 时可能失败。
• 在几个不同高度绕物体拍一圈；或者把物体放在转台上，背景用光线充足的纯色，相机固定在三脚架上。
• 拍到底面。每拍一轮把物体换一面立起来，可以避免缺口和破洞。
• 让物体尽量占满画面，但不要切掉任何部分；锁定曝光和对焦，让每张照片的设置保持一致。

在 iPhone 或 iPad 上，长按取景画面直到出现自动曝光/自动对焦锁定（AE/AF Lock）的提示，就可以同时锁定两者。

后期修补：从原始扫描到可打印网格

几乎没有扫描结果可以直接打印。通常要做四件事。

封闭表面。扫描仪看不到的地方会出现破洞，一般是底部和深的凹陷。切片之前，网格必须是流形的。

确定尺寸。量一下实物的某个尺寸，和模型对比。

减少三角面数量。原始扫描的三角面往往远超打印机能表现的精度，文件太大也会拖慢后面的每一步。

把底面削平并调整朝向，让模型能稳稳放在打印平台上。

我们核对过的工具：

• Blender。它的 3D Print Toolbox 扩展可以检查有问题的几何并用 Make Manifold 修复，计算体积和表面积，把模型缩放到指定范围或目标体积，把选中的面对齐到打印平台，并导出 STL、PLY 或 OBJ。Decimate（精简）修改器可以在尽量不改变形状的前提下减少顶点和面的数量。
• MeshLab。一款开源软件，采用 GPL 3.0 许可证，用于处理和编辑三角网格。它面向三维数字化设备产生的原始数据，以及为 3D 打印准备模型，提供 Windows、macOS 和 Linux 版本。
• Meshmixer。Autodesk 的免费工具，有补洞、用于 3D 打印的转实体功能、带排料孔的抽壳，以及网格简化。Autodesk 表示它已不再开发，今后也不提供支持，不过目前没有下架的计划。它还能用，但不要指望更新。

为什么高斯泼溅不是可打印的模型

现在几乎每次讨论扫描都会提到高斯泼溅，所以有必要说清楚：高斯场景不能送进切片软件。

这种方法出自 Kerbl、Kopanas、Leimkühler 和 Drettakis 在 SIGGRAPH 2023 发表的论文。它用大量三维高斯（带颜色的柔和小团）来表示场景，起点是推算相机位置时得到的稀疏点。这些小团经过优化，让场景从各个角度看起来都对。里面没有三角面，没有封闭表面，也没有内外之分。一个文件在屏幕上看起来很真实，却可能不包含任何打印机能用的东西。

在打印项目里，高斯泼溅仍然有用：

• 在修改、修复或复制原物之前，真实地记录它的样子。
• 检查拍摄覆盖。如果高斯场景的某一侧模糊或者是空的，说明照片没拍到那一侧，用同一批照片生成的网格在那里也会有破洞。
• 把打印成品或参考物展示给别人看，这是平面照片做不到的。

SplatLoom 适合做什么，不适合做什么

SplatLoom 是一款 Mac 和 Windows 桌面应用，在你自己的电脑上把互相重叠的照片或一段短视频变成高斯场景，不上传，不需要账号。它可以导出高斯 PLY、PNG 静帧、MP4 环绕视频和一个可离线打开的独立 HTML 查看器。

它没有网格导出，也不是测量或 CAD 工具，所以不会给你的打印机生成 STL。要得到可打印的零件，请用上面三条路线之一，再用 Blender、MeshLab 或扫描仪自带的软件修补。

它适合的是记录这一侧：给扫描过的物体留一个真实、方便分享的视图，或者快速检查一组照片有没有把物体拍全。价格是一次性 19.90 美元，没有订阅。