{"id":18578,"date":"2025-03-07T15:00:48","date_gmt":"2025-03-07T14:00:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=18578"},"modified":"2025-03-07T10:07:18","modified_gmt":"2025-03-07T09:07:18","slug":"che-cosa-e-lidar-e-come-si-usa-nella-stampa-3d","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/che-cosa-e-lidar-e-come-si-usa-nella-stampa-3d\/","title":{"rendered":"Che cos’\u00e8 LiDAR e come si usa nella stampa 3D?\u00a0"},"content":{"rendered":"

Se stai leggendo questo articolo avrai sicuramente sentito parlare di LiDAR e sarai curioso di sapere che cosa sia e come funzioni. Il LiDAR, ossia Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging, \u00e8 una tecnologia avanzata di telerilevamento che permette di per creare dei modelli 3D<\/a> di luoghi o oggetti. Questo sistema riesce infatti ad acquisire dei dati tridimensionali con una precisione tale da mappare perfettamente la realt\u00e0 che lo circonda. Il sistema LiDAR viene utilizzato in molti ambiti, come l\u2019archeologia, l\u2019ingegneria edile, ed \u00e8 utilissimo se integrato nelle soluzioni di stampa 3D<\/a>.\u00a0<\/span> Essendo un sistema veloce e preciso, attualmente, viene utilizzato per sostenere Ia guida dei veicoli autonomi, ossia quelli senza conducente.<\/span><\/p>\n

Questa tecnologia \u00e8 stata inventata negli anni \u201960 per mappare e misurare vaste aree di terreno e si \u00e8 evoluta esponenzialmente con l\u2019integrazione dei sistemi GPS e dell\u2019INS (Inertial Navigation System). Si tratta di una tecnologia che pu\u00f2 essere integrata sia in scanner 3D che in stampanti 3D al fine di ottimizzarne le prestazioni. In questo articolo analizziamo in dettaglio cos\u2019\u00e8 il LiDAR, come funziona, le sue applicazioni e soprattutto le modalit\u00e0 per integrarlo nel processo di stampa 3D.<\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

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Un modello 3D generato da dati raccolti dall’airborne LiDAR e raccolti all’interno della nuvola di punti <\/span>(Crediti fotografici: ResearchGate – Kenji Omasa)<\/p><\/div>\n

Cos\u2019\u00e8 e come funziona il LiDAR<\/span>\u00a0<\/span><\/h3>\n

Come accennato prima, LiDAR \u00e8 uno strumento di telerilevamento che utilizza impulsi laser per misurare la distanza di oggetti e superfici, al fine di ricrearne poi dei modelli 3D. Il sistema LiDAR \u00e8 composto da uno scanner laser, da un sensore LiDAR e da un processore necessario per calcolare e costruire una nuvola di punti LiDAR. Servendosi di un raggio laser che segue una lunghezza d\u2019onda specifica, questo sistema emette milioni di impulsi luminosi per secondo che si propagano verso una superficie o un oggetto da scansionare. Gli impulsi si trasformano in punti rilevati dal sistema. Questi permettono di creare una nuvola di punti LiDAR, detta anche point cloud, ossia una raccolta complessiva dei punti presenti all\u2019interno della singola scansione. Il processore del sistema LiDAR elabora i dati raccolti misurandoli secondo il Time of Flight (ToF), ossia il tempo di volo impiegato dal singolo impulso laser per viaggiare verso l\u2019oggetto e tornare al sensore. Le misure e le coordinate 3D XYZ di ciascun punto vengono ottenute grazie alla combinazione degli angoli verticali e orizzontali creati dal raggio laser. Essendo la quantit\u00e0 di punti non solo molto densa, ma anche precisa, la rappresentazione dell\u2019oggetto o del luogo sottoposto a scansione che viene creata \u00e8 estremamente dettagliata. L\u2019applicazione pi\u00f9 comune per la quale viene usato \u00e8 la mappatura degli ambienti. <\/span><\/p>\n

Per riassumere e rendere pi\u00f9 chiaro il processo, possiamo dire che LiDAR funziona emettendo impulsi laser verso una superficie e misurando il tempo impiegato per il loro ritorno, determinandone cos\u00ec la distanza con estrema precisione. Ripetendo questa operazione migliaia di volte mentre il sensore si sposta, viene generata una densa nuvola di punti che rappresenta fedelmente la scena o l’oggetto. Questi dati possono poi essere elaborati per ottenere un modello 3D dettagliato.<\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

Differenze tra LiDAR e fotogrammetria<\/span>\u00a0<\/span><\/h3>\n

Il LiDAR e la fotogrammetria funzionano con lo stesso principio, ossia la rilevazione e la mappatura tridimensionale di oggetti o luoghi, ma questo viene fatto secondo meccanismi diversi. La fotogrammetria<\/a> \u00e8 una tecnica che, partendo da fotografie bidimensionali scattate da diverse angolazioni, consente di ottenere dei dati da oggetti del mondo reale nelle vicinanze creando modelli 3D. I dati 2D e 3D vengono estratti da un\u2019immagine e vengono convertiti in un modello digitale 3D.\u00a0 Come gi\u00e0 accennato, LiDAR invece si serve di un raggio laser che permette di mappare un luogo o un oggetto, creando una nuvola di punti, tramite la quale poi verr\u00e0 creato un modello 3D. Il sistema LiDAR \u00e8 pi\u00f9 vicino alla scansione 3D a luce strutturata<\/a> che alla fotogrammetria. La fotogrammetria si serve di fotocamere e sfrutta la luce naturale per effettuare le sue rilevazioni. Questa pu\u00f2 fornire delle rilevazioni molto dettagliate, ma la precisione dei dati ottenuti \u00e8 strettamente legata alle condizioni di luminosit\u00e0 presenti al momento della rilevazione. Le superfici riflettenti o trasparenti possono non essere rilevate correttamente. La qualit\u00e0 del modello 3D che viene creato dalla fotogrammetria, dunque, pu\u00f2 cambiare in base alla risoluzione delle immagini e al numero di punti di vista utilizzati per scattare le fotografie.<\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

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Immagine che mostra come funziona la fotogrammetria. (Crediti fotografici: Microgeo)<\/p><\/div>\n

D’altra parte, invece, il sistema LiDAR \u00e8 estremamente preciso ed effettua misurazioni accurate di superfici difficili, anche in condizioni di scarsa illuminazione e visibilit\u00e0. La fotogrammetria \u00e8 pi\u00f9 indicata per la rilevazione di tutti quegli oggetti o ambienti ben illuminati, mentre LiDAR \u00e8 utile quando si vuole creare una precisa mappatura dei territori.\u00a0<\/span><\/p>\n

La fotogrammetria, servendosi di macchine fotografiche standard, \u00e8 meno costosa del LiDAR. Tuttavia, l\u2019economicit\u00e0 di questa tecnologia porta ad ottenere dei modelli 3D che, quasi sicuramente, dovranno essere successivamente manipolati nel post-processing perch\u00e9 non sempre sono precisi. Il modello 3D creato con LiDAR, essendo pi\u00f9 accurato, non necessita di essere manipolato con eccessive tecniche di post-processing. La fotogrammetria inoltre \u00e8 molto utile nel caso in cui si volessero ottenere delle immagini, mentre LiDAR rileva precisamente la nuvola di punti ma non fornisce alcuna documentazione visiva, non pu\u00f2 catturare texture e fornire informazioni sul colore.<\/span><\/p>\n

Dunque la fotogrammetria, rispetto al LiDAR, funziona in maniera pi\u00f9 semplice ed economica ma \u00e8 meno precisa, mentre LiDAR \u00e8 pi\u00f9 preciso, ma non \u00e8 economico e non fornisce delle documentazioni visive.\u00a0 Un\u2019altra alternativa al LiDAR \u00e8 lo scanner 3D<\/a> tradizionale che pu\u00f2 essere vantaggioso in termini di costi e permette di offrire dei dettagli elevati, ma sono generalmente pi\u00f9 lenti e meno adatti a coprire grandi aree rispetto ai sistemi LiDAR.<\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

Tipi di scanner LiDAR e possibili applicazioni\u00a0<\/span>\u00a0<\/span><\/h3>\n

Sostanzialmente gli scanner<\/a> LiDAR si dividono in due tipi: Terrestrial Laser Scanner (TLS), ossia quelli terrestri, e gli Airborne Laser Scanner (ALS), quelli aviotrasportati. I TLS possono essere statici o mobili. Quelli statici sono degli scanner che vengono montati su dei dispositivi non mobili, come treppiedi o soluzioni fisse, ed effettuano delle rilevazioni ad altissima qualit\u00e0 di edifici, siti, monumenti. I MLS invece sono degli scanner montati su dispositivi mobili, come macchine. Gli scanner mobili sono utili per effettuare delle scansioni pi\u00f9 ampie e dinamiche come le strade di una citt\u00e0. A volte nelle macchine autonome o negli aspirapolveri domestici il sistema LiDAR viene montato su un disco rotante, che permette al laser di effettuare le sue rilevazioni a 360\u00b0. <\/span>Gli scanner <\/span>LiDAR ALS vengono montati su veicoli, come gli aerei, e misura il Time of Flight che impulsi laser dall’aereo impiegano per arrivare al suolo e poi tornare indietro. Vengono spesso montati anche su droni dotati di capacit\u00e0 di mappatura e navigazione finalizzati ad acquisire geodati 3D di intere superfici di terreno.<\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n

Per cosa viene usato dunque il sistema LiDAR? Questo sistema di telerilevamento pu\u00f2 essere applicato a diverse tipologie di scanner e usato in diversi tipi di applicazioni. Viene implementato spesso negli aspirapolveri domestici per mappare le parti della casa e rilevare quelle che sono state o che devono essere ancora pulite, nelle automobili dotate di guida autonoma per garantire precisione alla guida e sicurezza, negli Iphone al fine di migliorare le capacit\u00e0 di messa a fuoco e per rendere pi\u00f9 realistiche le applicazioni che prevedono l\u2019utilizzo della realt\u00e0 aumentata, nei veicoli di Google che mappano intere porzioni di terreno e sono finalizzate a raccogliere i dati da inserire all\u2019interno del database di Google Earth. Negli iPhone e iPad, l’integrazione dei sensori LiDAR ha dato modo agli utenti di poter utilizzare software come Polycam e permettere loro di acquisire con precisione ambienti, stanze e pavimenti in modo rapido e dettagliato.<\/span><\/p>\n

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DIfferenze di rilevamentro tra ALS, TLS e MLS. (Crediti forografici: MDPI)<\/p><\/div>\n

Stampanti e scanner 3D dotati del sistema LiDAR<\/span><\/h3>\n

Attualmente, la maggior parte delle stampanti 3D non ha un sensore LiDAR integrato di serie, ma esistono alcune soluzioni e progetti sperimentali che puntano a integrare LiDAR nel processo di stampa. Ad esempio, il produttore cinese Creality<\/a> ha recentemente lanciato la K1 MAX, una stampante dotata di scanner LiDAR per rilevare delle anomalie presenti sul piatto di stampa. Il sistema LiDAR permette di monitorare sia il primo strato di stampa che i successivi, garantendo cos\u00ec che la creazione dei modelli sia ottimale. Anche il famoso produttore Bambu Lab<\/a> si serve del sistema LiDAR per la serie Bambu Lab X1 per correggere l’avanzamento della pressione e la portata nelle proprie stampanti. Tuttavia, se le soluzioni in commercio non rispondono alle singole esigenze, nulla vieta di integrare LiDAR all\u2019interno di progetti personalizzati e soluzioni ibride, da applicare soprattutto in campo industriale. <\/span> Per dare un’idea dei prezzi, queste soluzioni partono da un minimo di 700 euro, come nel caso della stampante di Creality, \u00a0e possono facilmente superare i 1000 euro, come per la Bambu Lab X1.<\/span><\/p>\n

Per quanto riguarda gli scanner, i dispositivi che sfruttano la tecnologia LiDAR sul mercato sono molteplici. Esistono scanner come LiDAR 3D FJD Trion P1, utilizzabile sia per effettuare mappature di interni ed esterni, ma anche dispositivi come l\u2019ARtec Ray II, che permettono di rilevare luoghi e oggetti di grandi dimensioni sino a 130 metri di distanza. \u00a0\u00c8 possibile acquistarli nei siti dei grossi distributori come Amazon o direttamente sui siti dei vari fornitori. I prezzi variano notevolmente a seconda dell’uso previsto: per sensori base si parte da circa 40 euro, mentre per soluzioni professionali<\/a>, come l’Artec Ray II, si possono superare i 90.000 euro.<\/span><\/p>\n