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2025年央视春晚的重庆分会场，宝顶山大佛湾崖壁上历经千年风雨的唐宋石刻惊艳亮相。这些古老的大足石刻承载着历史的厚重与文化的传承，而它们得以如此完美的姿态呈现在全球观众眼前，背后离不开让其“重焕新生”的三维扫描仪的支撑。

在本文的撰写过程中，笔者访谈了知象光电创始人、CEO周翔博士和先临三维技术工程师王江涛，得到了他们的专业指导，在此表示衷心的感谢！

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何为三维扫描仪？

三维扫描仪(3DScanner)是一种集光、机、电和算法技术于一体的科学测量仪器，它采用非接触式的方式对物体的空间结构、外观尺寸及色彩纹理进行扫描，从而获取物体表面的空间坐标集（点云信息）、色彩信息等。点云即用于表征物体轮廓特征且彼此关联的空间坐标点的集合。

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3D扫描仪如何工作？

作为一种高效的立体扫描设备，三维扫描技术的关键在于快速获取物体的三维信息。当前，三维扫描仪常见的信息获取技术包括：

结构光：向被测物体表面投射结构光图案（如光栅条纹/散斑，多线激光），并利用三角测量法计算三维坐标。其显著特点是精度可达毫米级乃至微米级，但扫描距离近，是目前工业应用的主流技术。常见光源有激光（蓝、红、绿）、LED结构光、红外，不同光源模式可以相互组合。

时间飞行法ToF：常用于激光雷达扫描仪，通过发射激光束到物体表面并接收反射信号，测量激光往返时间差或相位差来计算三维坐标。其擅长于远距离（数十米到数公里）和大场景扫描，但精度相对较低，一般为厘米级（精度高的可达毫米级）。

尽管三维扫描仪获取信息的方法多样，但其工作过程基本相同，主要包括数据采集、数据预处理、模型重建与后处理、数据输出。

1、数据采集

通过三维扫描仪等对物体表面进行多角度扫描，采集原始点云数据（离散的空间点集合或三角网格片段）。

2、数据预处理

将数据上传至计算机，使用配套软件对采集数据进行处理，包括数据拼接（或对齐）、去噪和优化等，以确保点云数据的完整性和准确性。

3、模型重建与后处理

通过三维重建算法，将处理后的点云数据转换为连续的网格模型（通常为三角形网格，如STL、OBJ等格式）。一般网格后的模型还存在一些缺陷，需对其中质量不好的模型进一步修复，如添加细节特征、调整模型形状，纹理映射与渲染等处理。

4、数据输出

根据需要，导出点云数据或网格模型，一般为STL、OBJ、FBX、PLY等格式，以在逆向工程、三维检测、3D打印、动画制作、游戏开发等不同的平台和软件中处理和应用。

三维扫描系统通常由数据采集的硬件（如光学投影器、传感器、控制器等）和数据处理的软件组成。近年来，随着传感器与数据处理技术的发展，部分扫描仪在扫描过程中即可实时生成三角网格，实现“即扫即得”。

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三维扫描仪关键技术

数据拼接

数据拼接是三维扫仪数据处理流程中的核心环节。在实际扫描过程中，一般单次扫描无法覆盖整个物体，需将待测物体分成多个相互重叠的区域，从不同角度进行扫描。但各次扫描数据因坐标系不同无法直接融合。数据拼接技术可以将多次测量的点云数据对齐到同一坐标系，得到完整的数据。

常见的数据拼接方法包括：

（1）标志点拼接

标志点拼接是实现多视角数据对齐的关键技术。它需要扫描前在物体或辅具上粘贴标志点或编码点，使扫描仪能够识别并准确拼接各个部分的数据，提高扫描准确性和效率。特别是轴对称物体、具有重复性结构的物体以及大曲面和平面物体，这些情况下使用标志点可以更高效地完成扫描任务。标志点拼接在高精度的工业测量场景应用广泛。

通过粘贴标志点，提高扫描精度，为准确数据拼接提供基础

（2）跟踪定位辅助拼接

尽管标志点拼接能提升扫描精度，但对于大型工件存在人工贴点耗时，且贴点可能损伤物体表面等局限性。跟踪仪定位辅助拼接技术结合激光/光学跟踪仪或智能自定位技术，可实现无需在扫描物体上贴点的情况下获取三维数据。相比标志点拼接，它更适用于尺寸体积大、曲面复杂、表面反光等物体的高精度测量。

例如，先临三维的跟踪式激光扫描系统FreeScanTrakPro系列、思看科技TrakScanSharp系列跟踪式3D扫描仪、中观的光学追踪扫描仪HyperScan等，他们通过在三维扫描头上粘贴标记点，利用跟踪仪实时跟踪定位扫描头的空间位置，实现了无需在物体上贴点的扫描。另外，海克斯康的智能反向定位激光扫描仪MarvelScan、先临三维的FreeScanTrio三目激光手持三维扫描仪则通过自定位技术，可对自身空间定位定姿，实现无需跟踪仪、不贴点的扫描。

（3）特征和纹理接接

特征拼接是基于点云本身的几何特征进行拼接，纹理拼接则利用物体表面的自然纹理信息（如颜色、图案）进行拼接。这两种方法无需人工标记点，但适用于那些外形特征明显或表面有独特图案，且对精度要求不高的物体扫描。

此外，还可采用夹具辅助定位法，将标志点粘贴于夹具表面，扫描时确保被测物体与夹具保持同步运动。其优点是夹具可以重复利用，仅需更换被测物体即可，同时可以减少物体上因标志点导致的扫描数据缺失，但更适合于叶片、手机壳等小物体，不太适合特别大物体的扫描。

夹具辅助定位法

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三维扫仪的结构形式

3D扫描仪分类形式多样，按设备形态和安装方式可以分为固定式、便捷式、车载以及机载等不同形式。

固定式三维扫描仪通常安装在固定位置（如实验室、工厂检测台），通过搭配机械装置（旋转台、导轨等）实现物体的多角度扫描。它既可以是独立的台式设备，也可以安装在机械臂或自动化系统上，多采用结构光技术，一般具有较高的精度和稳定性，适用于精密测量和高精度建模场景，如工业检测、珠宝设计、艺术品复制、牙模定制等精细工作。

便携式三维扫描仪是较为常见的一类3D扫描仪，通常是手持式跟踪式三维扫描仪，具有便携、易操作、可深入狭窄空间（如管道内部、机械腔体）的特点。它可以手持、使用三脚架固定或安装在机器人等上，非常适合在多种环境中使用，尤其是户外或不易移动的大型物体以及复杂曲面、不规则物体进行扫描，已被广泛应用于建筑工地、考古遗址、设计、检测等领域。

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三维扫描仪的应用场景

3D扫描仪的核心功能在于三维重建与测量，它能将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的三维数字模型，为逆向工程、数字存档、质量检测、3D打印或虚拟现实等应用提供基础数据。当前，3D扫描仪正广泛应用于工业制造、文化遗产保护、建筑工程、医疗与健康、影视娱乐等多个领域。

在工业制造领域，三维扫描仪已成为推动产品创新与效率提升的关键工具，主要应用于逆向工程、测量与质量检测、3D打印、工厂数字化等方面。

（1）逆向工程

逆向工程是三维扫描仪的核心应用场景。即企业可在没有产品图纸或者图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，对现有设备或零部件进行三维扫描，再借助逆向工程软件，如GemagixDX、NX、CATIA等对扫描数据进行特征提取，包括面片拟合、截面创建等方式，获得物体的参数化CAD模型，进一步在CAD软件中进行参数化设计与结构优化，可显著加速产品造型设计、创新设计、改型设计等。参数模型还可用于CNC加工等。

（2）测量与质量检测

三维扫描仪是工业测量的重要工具。相比传统的测量方法，三维扫描仪能在不磨损破坏扫描工件的前提下快速测量，而且扫描死角少，可轻松获取复杂曲面、曲面同轴度和圆柱度等用传统方法难以获取检测的数据。

另外，借助质量检测软件，将获取的扫描数据与原始CAD模型或标准数据进行比对，还可实现质量验证与控制，例如：检测尺寸偏差与形位公差（如平面度、圆柱度等），确保零部件符合要求；检测自由曲面（如涡轮叶片、汽车覆盖件、雕塑模型）的表面质量，识别表面缺陷（划痕、凹陷、变形）；检测多个零件装配后的整体尺寸、间隙面差、孔位对齐度，从而提高装配一致性等。

当前，自动化的三维扫描检测系统在制造业的应用越来越广泛。它通过将三维扫描仪固定或安装在机器人末端执行器上，并集成专业检测软件进行在线测量，实现自动、标准化三维扫描，快速获取工件的准确三维数据并进行实时在线检测，输出检测报告。

（3）工厂数字化

在现代化工厂中，三维扫描仪是快速获取工厂设备、管道、结构复杂物体的三维坐标数据，进而构建出工厂三维模型的重要技术。它为工厂虚拟现实和数字孪生提供了准确的基础数据，可用于工厂规划与改造、生产线优化、设备管理与维护、虚拟仿真与培训以及数字化档案管理等场景。

例如，某石油企业油库改造项目中，由于设备错综复杂，管道纵横交错，通过人为测量方式存在诸多的障碍，而且很难保证数据的精确程度。该企业采用FARO大空间三维激光扫描仪对油库管道进行三维点云数据采集，实现了油库数字智能化管理，具体包括：设计优化、应急预案演练与培训、厂区重要区域原样数字化存档、管线逆向建模、预制管线安装路径规划、碰撞分析以及油罐等关键构件的形变监测分析等。

此外，三维扫描仪还可用于3D打印，其生成的STL/OBJ等格式文件，可直接导入三维打印设备，进行快速原型开发、个性化定制。

值得一提的是，在工业领域，三维扫描仪和机器视觉都被誉为“工业之眼”，但两者各有优势与侧重。三维扫描仪以三维几何测量为核心，擅长立体建模与精密检测，其扫描精度较高，但受限于数据采集与处理速度，更适用于小批量（如首件检测）、精度要求高、静态或低速运动场景，尤其适合复杂曲面或异形工件的测量。而机器视觉以二维图像处理为主，主打快速识别与实时控制，其毫秒级响应速度与强环境适应性，使其更适用于大批量、实时性要求高的动态在线检测与识别，如流水线自动全检、工件位置实时定位（如机器人抓取引导）、表面缺陷高速识别（如PCB焊点检测）等。近年来，部分机器视觉系统通过集成结构光或双目视觉技术，已逐步扩展至三维视觉应用，但三维应用较有限，主要用于辅助目标三维定位，如物流分拣中的体积测量。

三维扫描仪与机器视觉对比

在文化遗产保护领域，三维扫描仪在实现文物数字化保存与科学修复方面起着重要作用。通过对古建筑、雕塑、壁画、考古遗迹等进行三维扫描，生成的三维模型可用于数字存档和虚拟展示。修复人员还可通过扫描破损文物，通过软件拼接碎片、逆向生成缺失部分的3D模型等，为修复方案的制定提供依据；修复完成后，还能通过三维扫描对比修复前后的模型，评估修复效果。

在医疗与健康领域，三维扫描仪可用于个性化医疗与手术规划、康复器械定制。例如，在复杂的外科手术前，医生可以利用三维扫描技术获取患者病变部位的精确模型，进行虚拟手术模拟，提前制定手术方案，规划手术路径和操作步骤，降低手术风险，提高手术的成功率；还可扫描患者身体部位，定制假肢、个性化矫形器或牙科修复体（如义齿、隐形牙套），提升患者舒适度与医疗精准度。

以牙齿为例，利用3D扫描仪将牙齿转化为3D数据模型，通过对数据模型的分析，制定出牙齿矫正的方案，用3D打印出定制化的牙套，实现牙齿矫正的目的。

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国内外主流厂商分析

（排名不分先后）

随着三维扫描仪技术的不断进步和应用需求的日益增长，催生了众多专注于三维扫描技术的厂商。各厂商基于不同的技方法、不同的光源、不同的数据拼接方式以及不同的结构形式，衍生出众多不同种类的三维扫描仪设备。

国际上，主流的三维扫描仪厂商包括蔡司、Creaform、FARO、Hexagon、Artec3D等，他们凭借其先进的技术与长期的行业积累，占据重要市场。

蔡司Zeiss

蔡司集团（CarlZeissAG）是一家制造光学和光电设备的德国企业，创立于1846年，总部位于德国。旗下工业质量解决方案部是多维测量解决方案的翘楚级制造商，产品覆盖三坐标测量机，光学和多传感器系统，用于工业质量保证的显微镜系统以及用于汽车、飞机、机械工程、塑料和医疗技术行业的测量软件，隶属于蔡司工业质量和研究分部。

2019年，蔡司收购了德国领先的自动3D三坐标测量技术硬件和软件供应商GOM。2023年，GOM正式加入蔡司中国，并成立了新的业务部门光学解决方案业务单元。GOM于1990年创立，在光学三维计量领域树立了全球标杆，尤其在结构光技术方面。GOM产品涵盖从桌面型到大型自动化系统的多种扫描仪，适用于不同尺寸和复杂度的零部件，并以高精度、稳定性强著称，被广泛应用于计量室、工厂生产车间和科研机构。这一整合扩大了蔡司的解决方案组合，巩固了工业质量和研究部门的领先地位，为客户的转型升级不断提供智能化的整体解决方案。

蔡司用于工业的高速三维扫描系统ATOS5

Creaform形创

Creaform形创，2002年诞生于加拿大，系AMETEK阿美特克旗下品牌，是三维测量技术和三维工程服务领域的技术先锋和行业典范。Creaform专注于三维便携式及自动化测量技术，同时提供创新应用解决方案，如3D扫描、逆向工程、质量控制、无损检测、产品开发和数值模拟。其在全球包括中国在内的十多个国家拥有直销业务，产品已广泛应用于汽车、航空航天、制造业、消费品、研究与教育、NDT、重工业和发电在内的众多行业。

作为便携式3D数字化解决方案领航者，Creaform致力于开发高精度工业级三维扫描仪，已拥有多款三维扫描仪。其中，HandySCAN3D|MAX系列专为大型部件设计，配备38条激光线，扫描区域广，可快速、轻松测量大型工件尺寸，且具备实时校准和智能表面算法功能，优化表面测量。MetraSCAN3D几乎不受车间振动、零件移动和环境不稳定性的影响，显著提高了质量控制过程的效率。

Creaform形创MetraSCAN3D

FARO法如

FARO公司是全球领先的三维测量、成像和实现技术供应商。公司由两位生物医学工程博士于1981年创立，起初专注于手术和诊断技术的研发，后于1993年转向工业空间领域的测量与建模技术。公司部位于美国，在全球设有25个办事处，中国总部位于上海。2025年5月，其与阿美特克达成最终协议，以9.2亿美元被阿美特克收购。

FARO产品涵盖便携式三坐标测量仪、激光跟踪仪、三维激光扫描仪等，特别是其架站式三维激光扫描仪，以小巧、轻盈、快速和便携的特点备受瞩目。FARO明星产品Splus350三维激光扫描仪，凭借卓越的技术参数和性能，在三维测量领域占据一席之地；最新三维激光扫描仪FAROFocusS350集成了GPS和GLONASS接收器，为定位提供了极大的便利。FARO还专为激光扫描仪开发了SCENE软件，可实现点云数据无缝拼接，无需额外软件匹配。FARO便携式测量设备在生产和质量监控过程中表现出色，已广泛应用于检测、快速成型、大空间和结构的三维存档、现场勘测，以及事故或犯罪现场的调查和重建。

FARO手持式3D扫描仪LeapST

Hexagon海克斯康

海克斯康（Hexagon）创立于瑞典，是全球领先的测量仪器制造商和数字化信息技术解决方案提供商。其旗下的海克斯康智能制造业务部门（原海克斯康计量），专注于提供贯穿设计工程、生产制造和计量检测的解决方案，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造、电子等行业。凭借高精度和可靠性，海克斯康在业界享有盛誉。

作为全球最大的三坐标测量仪器制造商，海克斯康通过持续并购（如已收购徕卡测量系统、武汉中观），构建了覆盖广泛领域的计量产品与服务体系。其光学三维扫描仪产品线包括蓝光高精度扫描测量系统、工业级光学追踪激光扫描系统、手持激光扫描系统等，为不同行业和应用场景提供了丰富的解决方案。海克斯康推出的SmartScanVR800智能蓝光扫描系统，是首款配备自动变焦镜头的结构光3D扫描仪，拥有智能分辨率、智能变焦和智能抓拍三大创新功能。

海克斯康SmartScanVR800智能蓝光扫描系统

Artec3D埃太科三维

Artec3D在手持式和便携式3D扫描仪设计与制作方面处于世界领先地位，自2007年成立起，始终位于3D创新技术开发前沿。公司总部位于卢森堡，并在上海、加利福尼亚、黑山和东京设有分支机构。

Artec3D提供全面的3D扫描仪和后期处理软件，核心产品包括手持式结构光三维扫描仪ArtecEva、AI驱动的无线激光扫描仪ArtecLeo、远距激光LiDAR扫描仪ArtecRayII、超高分辨率手持式三维扫描仪ArtecSpiderII、高精度台式扫描仪ArtecMicroII等。其中，ArtecLeo是业界首款无线独立式专业级三维扫描仪，内置电脑和触摸屏，支持实时数据处理与3D建模。ArtecEva是经iReviews评选的5万美元以下最佳3D扫描仪，它基于安全的结构光扫描科技，可每秒捕获并同时处理多达1800万点，精度高达0.1毫米。ArtecRayII能快速地捕获大型与超大型物体、场景或面积，距离可达130米之远。

Artec3DAI驱动的无线激光扫描仪ArtecLeo

徕卡测量

徕卡测量系统总部位于瑞士Heerbrugg，拥有200余年历史，是全球空间信息技术与解决方案的革新者，以其广泛的产品系列和解决方案推动空间测量领域的发展和进步，拥有1000多项发明专利。2005年，徕卡测量被瑞典海克斯康集团并购，成为其完全控股的子公司。在大中华区，徕卡测量设有徕卡测量系统（北京）有限公司等多家公司。

徕卡测量ScanStationP50长测程三维激光扫描仪

在中国，先临三维、思看科技、武汉中观、知象光电、新拓三维等本土厂商也凭借对国内市场的深入理解与本地化服务优势，正崭露头角，不断崛起。

先临三维Shining3D

先临三维（杭州）成立于2004年，专注于高精度三维视觉软、硬件的研发和应用，聚焦3D数据建模、三维视觉测量与检测等业务，致力于成为具有全球影响力的三维视觉技术企业。2023年，先临三维营业收入突破10亿元。

先临三维产品与技术

思看科技

思看科技（杭州）成立于2015年，是面向全球的三维视觉数字化综合解决方案提供商，主营业务为三维视觉数字化产品及系统的研发、生产和销售。公司产品覆盖工业级高精度和专业级高性价比两大差异化赛道，涵盖便携式3D视觉数字化产品、跟踪式3D视觉数字化产品、工业级自动化3D视觉检测系统和专业级彩色3D视觉数字化产品等。2025年1月，思看科技科创板上市，成为国内3D扫描领域的第一股。

作为国内第一家开展便携式三维检测设备研发和产业化的企业，思看科技是全球第二家、国内第一家成功研发并推出手持激光三维扫描仪产品的企业，还推出了行业首创的双色激光扫描仪PRINCE系列产品、第一款集合多波段扫描技术的便携式3D激光扫描仪KSCAN系列、行业首款仅掌上尺寸大小的激光三维扫描仪SIMSCAN系列等。其产品广泛应用于航空航天、汽车制造、工程机械、交通运输、3C电子、绿色能源等工业应用领域，及教学科研、3D打印、艺术文博、医疗健康、虚拟世界等领域，服务客户超一千家。

思看科技主打产品

武汉中观

武汉中观成立于2014年，是一家利用激光技术为企业实现3D智能检测的高科技企业。2021年，中观被海克斯康集团并购，并被纳入其制造智能单元，但仍保持独立运营。中观产品线覆盖三维数据采集设备（工业级手持激光扫描系统、智能反向定位测量系统、工业级光学追踪激光扫描系统、智能3D传感器视觉测量系统）、自动化三维检测系统和三维数据智能处理与分析系统等。

中观同时具备研发手持激光、白光及跟踪扫描设备能力，并掌握智能跟踪多线激光扫描技术。其三维扫描技术打破了传统测量和数据处理方法的局限，能在复杂现场环境中快速扫描被测物体，轻松获取各种不规则、标准或不标准实体的高精度三维表面数据，对真实物体进行三维建模、测量、检测和虚拟重现，具有灵活便携、非接触式、实时动态、数字化、自动化等显著优势。目前中观的技术和产品已经广泛地应用于汽车制造、航空航天、轨道交通、机械重工、文博艺术、生物医学、教育科研、3D打印、VR/AR展示等领域，积累了2000多例3D工程项目经验。

武汉中观三维扫描仪产品

知象光电

知象光电Revopoint成立于2014年，是一家专注于高精度3D视觉技术创新的硬科技企业。创始人由来自西安交通大学、香港理工大学、麻省理工学院等国际著名研究机构的博士专家组成。品牌旗下主营产品为3D扫描仪、工业3D相机，是国内主打高精度的3D视觉技术品牌之一。

知象光电是业内较早从事微结构光3D相机研发的技术团队，建立了从微结构光芯片到高精度3D视觉算法的自主技术体系。其研发的3D扫描仪在智能硬件、医疗成像、元宇宙、3D打印、VR/AR等领域实现了落地应用，工业3D视觉产品与解决方案已成功服务全球100余家企业，覆盖自动化焊接、工业检测、机器人视觉引导等领域。知象光电旗下3D扫描仪系列产品涵盖累计销量已累积近20万套。在亚马逊上，Revopoint的3D扫描仪凭借“消费级的价格，工业级的精度”获得了大量好评，多款产品在英、法、德、意等国家站点销量排名第一。

知象光电工业级三维扫描仪MetroX

新拓三维

新拓三维XTOM-MATRIX工业3D扫描仪

结语

作为一项革命性的测量技术，3D扫描仪正深刻改变人类捕捉和理解三维世界的方式。展望未来，随着新一代传感器技术、数据处理算法和硬件设计的革新，将推动3D扫描仪实现更高的精度、速度和适用性，以及更智能。如随着高分辨率传感器与边缘计算芯片，以及深度学习与并行计算优化算法的发展与应用，推动更多的三维扫描仪实现点云实时生成。

另外，AI技术的快速发展，将赋予3D扫描仪更强大的智能化和自动化能力。例如，基于深度学习的特征识别算法，实现扫描路径自规划，显著降低人工干预强度。同时，借助移动互联与云端协同技术（5G+边缘计算），将使得3D扫描仪趋向于更小型、更便携，数据传输与处理更高效。此外，3D扫描仪还将不断提升多模态扫描能力（如融合更多扫描技术），从而提供更全面、更真实的三维模型，应用领域也将进一步拓宽。

[1]JJF1951-2021，基于结构光扫描的光学三维测量系统校准规范[S].

[2]结构光三维扫描仪常用光源模式怎么选？

[3]结构光和TOF原理及优缺点对比说明

[4]激光雷达：测距原理

[5]激光三维扫描仪是什么？详解其原理和应用领域

[6]为什么有些三维扫描需要用到标志点？