30/09/2025
งานสแกนอาคาร update แบบ Masterplan
หลักการฟิสิกส์ของการใช้ 3D Laser Scanner ในการสแกนอาคารเพื่อสร้าง Point Cloud Model เกิดจากการผสมผสานระหว่าง ทฤษฎีแสง (Optics), คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) และ เรขาคณิตเชิงพื้นที่ (Spatial Geometry) โดยสามารถอธิบายเป็นขั้นตอนดังนี้
🔹 1. การปล่อยลำแสงเลเซอร์ (Laser Emission)
• เครื่องสแกนจะยิง ลำแสงเลเซอร์ (Laser Beam) ออกไปในทิศทางที่กำหนด
• เลเซอร์ที่ใช้ส่วนใหญ่เป็น เลเซอร์แสงอินฟราเรด (Near-Infrared) ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตามนุษย์มองไม่เห็น
• แสงเลเซอร์มี คุณสมบัติพิเศษ คือ มีการรวมเฟส (coherence), ความยาวคลื่นคงที่, ลำแสงแคบ ทำให้สามารถวัดระยะได้แม่นยำมาก
🔹 2. การสะท้อนกลับ (Reflection)
• เมื่อเลเซอร์กระทบกับพื้นผิวของวัตถุหรืออาคาร ส่วนหนึ่งของพลังงานแสงจะ สะท้อนกลับ (Reflected Signal) กลับมายังเครื่องสแกน
• ความเข้มของสัญญาณสะท้อน (Intensity) จะขึ้นอยู่กับ
• ระยะทาง (inverse-square law: ความเข้มลดลงตามกำลังสองของระยะทาง)
• วัสดุผิว (สีอ่อนสะท้อนดี, สีเข้ม/วัสดุดูดซับมาก สะท้อนน้อย)
• มุมตกกระทบ (กฎของการสะท้อน: มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน)
🔹 3. การคำนวณระยะทาง (Distance Measurement)
การหาค่า “ระยะทาง (d)” ระหว่างเครื่องสแกนกับพื้นผิวอาคาร สามารถใช้ได้ 2 วิธีหลัก:
1. Time of Flight (ToF)
• เครื่องปล่อยเลเซอร์เป็นพัลส์ (pulse)
• จับเวลาที่แสงใช้เดินทางไปกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมา (Δt)
• คำนวณระยะทางด้วยสมการ:
d = \frac{c \cdot \Delta t}{2}
โดย c คือความเร็วแสงในอากาศ (≈ 3 \times 10^8 \, m/s)
2. Phase Shift
• เลเซอร์ถูกสร้างเป็นคลื่นไซน์ความถี่สูง
• วัดความต่างเฟส (Phase Difference) ระหว่างคลื่นส่งออกและคลื่นสะท้อนกลับ
• ความต่างเฟสถูกแปลงเป็นระยะทางด้วยสูตร:
d = \frac{\Delta \phi \cdot \lambda}{4 \pi}
โดย \Delta \phi คือความต่างเฟส, \lambda คือความยาวคลื่นของเลเซอร์
🔹 4. การคำนวณตำแหน่งเชิงมุม (Angular Positioning)
• ตัวเครื่องมี ระบบหมุนกระจก (Scanning Mirror / Rotating Head) ทำให้ลำแสงเลเซอร์กวาดได้รอบตัวทั้งแนวตั้งและแนวนอน
• ใช้ Encoder / IMU / Gyro ภายในเครื่องเพื่อวัดมุมหมุน (θ, φ) ของลำแสงที่ยิงออกไป
• เมื่อรู้ มุมยิง (θ, φ) และ ระยะทาง (d) → สามารถคำนวณพิกัดเชิงสามมิติ (x, y, z) ได้ด้วยสมการแปลงเชิงทรงกลม (Spherical to Cartesian coordinate):
x = d \cdot \cos\theta \cdot \cos\phi
y = d \cdot \cos\theta \cdot \sin\phi
z = d \cdot \sin\theta
🔹 5. การสร้าง Point Cloud
• แต่ละจุดที่สแกนได้จะถูกบันทึกเป็น Point (x, y, z, intensity)
• เมื่อยิงเลเซอร์หลายล้านถึงหลายพันล้านครั้ง จะได้ชุดข้อมูลที่หนาแน่น เรียกว่า Point Cloud
• ข้อมูลนี้แทนรูปร่างผิวของอาคารทั้งภายในและภายนอก
• สามารถนำไปใช้งานต่อ เช่น:
• ทำ As-built Drawing
• แปลงเป็น BIM Model
• ใช้ในงาน Reverse Engineering
• ตรวจสอบ Deformation / Structural Analysis
🔹 6. ฟิสิกส์อื่นที่เกี่ยวข้อง
• การหักเหของแสง (Refraction): ความเร็วแสงเปลี่ยนเล็กน้อยตามความหนาแน่นอากาศ (อุณหภูมิ/ความชื้น) → ต้องใช้ค่าชดเชย
• สัญญาณรบกวน (Noise): ฝุ่น, ฝน, แสงแดดแรง ทำให้สัญญาณเลเซอร์เพี้ยน → ใช้การกรองข้อมูล (Signal Processing)
• ทฤษฎี Probability & Statistics: ใช้ประเมินความน่าเชื่อถือและความแม่นยำของแต่ละจุด
สรุปคือ Laser Scanner ใช้หลักการวัดระยะด้วยแสง (Optical Ranging) ร่วมกับการวัดมุม (Angular Measurement) แล้วแปลงเป็นพิกัด 3D จากนั้นรวมเป็น Point Cloud Model ที่แทนรูปร่างของอาคารได้อย่างละเอียดและแม่นยำ
+++ www.3dScan2BIM.com +++
ติดต่องาน 093.198.0155
