LiDAR หรือ Light Detection and Ranging เป็นเทคโนโลยีที่ใช้หลักการสะท้อนของแสงเลเซอร์เพื่อตรวจจับระยะทางของวัตถุจากเซ็นเซอร์ โดยอาศัยการปล่อยพัลส์ของแสงเลเซอร์ออกไปในทิศทางต่างๆ และคำนวณเวลาที่แสงสะท้อนกลับมายังเซ็นเซอร์ ซึ่งนำไปสู่การคำนวณพิกัดในเชิงสามมิติอย่างแม่นยำ การวัดที่ได้จะถูกจัดเก็บเป็นชุดข้อมูลที่เรียกว่า point cloud ซึ่งเป็นจุดจำนวนมากในอวกาศที่แต่ละจุดมีค่าพิกัด X, Y, Z โดยแสดงรูปร่างและตำแหน่งของวัตถุในโลกจริงอย่างละเอียดระดับมิลลิเมตร ด้วยความสามารถนี้ LiDAR จึงกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการเก็บข้อมูลของสิ่งแวดล้อมและวัตถุทางกายภาพเพื่อนำไปสร้างแบบจำลองดิจิทัล 3 มิติที่ตรงกับของจริงทั้งในแง่รูปร่าง พื้นผิว และสัดส่วน
บทบาทของ LiDAR ในกระบวนการ Reverse Engineering
เมื่อกล่าวถึง Reverse Engineering หมายถึงการนำวัตถุจริงที่มีอยู่แล้วมาทำความเข้าใจโครงสร้างและรูปแบบเพื่อสร้างแบบจำลองใหม่โดยไม่ต้องมีต้นแบบทางดิจิทัลล่วงหน้า ซึ่ง LiDAR สามารถทำหน้าที่นี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพราะสามารถสแกนวัตถุโดยรอบและเก็บข้อมูล 3 มิติได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับตัววัตถุ จุดแข็งคือความสามารถในการจับรายละเอียดทุกมุมมอง แม้ในกรณีที่ชิ้นส่วนมีรูปทรงซับซ้อนหรืออยู่ในพื้นที่ที่เข้าถึงยาก ข้อมูลจากการสแกนด้วย LiDAR จะถูกนำเข้าไปประมวลผลในซอฟต์แวร์ออกแบบทางวิศวกรรม เช่น AutoCAD, SolidWorks หรือ Blender เพื่อสร้างเป็นโมเดล 3 มิติ ที่สามารถนำไปผลิตซ้ำ ออกแบบใหม่ หรือวิเคราะห์การทำงานของชิ้นส่วนนั้นได้อย่างแม่นยำ การนำเทคโนโลยี LiDAR เข้ามาใช้ในงาน Reverse Engineering จึงช่วยลดเวลา เพิ่มความแม่นยำ และลดความซับซ้อนของขั้นตอนเดิมที่ต้องใช้แรงงานและการวัดด้วยมือ
ขั้นตอนการสร้างแบบจำลอง 3 มิติจากข้อมูลของ LiDAR
กระบวนการเริ่มต้นด้วยการติดตั้งเซ็นเซอร์ LiDAR เข้ากับแพลตฟอร์มที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม เช่น โดรน รถยนต์ หรืออุปกรณ์มือถือ เซ็นเซอร์จะเริ่มปล่อยพัลส์เลเซอร์ออกไปในทุกทิศทางเพื่อตรวจจับสภาพแวดล้อมโดยรอบ ซึ่งแต่ละพัลส์ที่สะท้อนกลับจะให้ข้อมูลตำแหน่งในรูปแบบสามมิติแบบละเอียดสูง เมื่อสแกนพื้นที่เสร็จสิ้น ระบบจะสร้างข้อมูล point cloud ที่บันทึกตำแหน่งจุดแต่ละจุดในโลกจริงในลักษณะดิจิทัล
หลังจากนั้น point cloud ที่ได้จะถูกนำไปผ่านกระบวนการประมวลผลด้วยซอฟต์แวร์ที่ออกแบบมาสำหรับจัดการข้อมูล 3 มิติ ซอฟต์แวร์เหล่านี้มีหน้าที่จัดระเบียบจุดในอวกาศให้เป็นโครงสร้างที่เข้าใจง่ายยิ่งขึ้น เช่น การกำจัดจุดรบกวน การปรับความหนาแน่นของข้อมูล และการจัดเรียงตำแหน่งเพื่อความแม่นยำ จากนั้นโปรแกรมจะสร้างโครงข่าย Mesh หรือ Surface ซึ่งเป็นพื้นผิวสามมิติที่เชื่อมต่อจุดเหล่านั้นเข้าด้วยกัน เพื่อให้ได้โมเดลที่เป็นรูปทรงต่อเนื่องและสามารถใช้งานต่อได้ในระบบออกแบบ
เมื่อโมเดลเริ่มเป็นรูปร่างแล้ว ขั้นตอนสำคัญคือการปรับแต่งและตรวจสอบความถูกต้อง โดยวิศวกรหรือผู้เชี่ยวชาญจะทำการลบจุดข้อมูลที่ผิดพลาด เช่น จุดลอย จุดเงา หรือสิ่งรบกวนที่ไม่ใช่ส่วนของวัตถุ และทำการปิดช่องว่างบนพื้นผิวให้เรียบร้อยเพื่อให้ได้โมเดลที่สมบูรณ์และสามารถใช้งานได้ในขั้นต่อไป
โมเดล 3 มิติที่ผ่านการปรับแต่งแล้วสามารถนำไปใช้งานในหลายบริบท เช่น การออกแบบในซอฟต์แวร์ CAD เพื่อพัฒนาและผลิตชิ้นส่วนใหม่ การนำเข้าโปรแกรมจำลองการทำงานของเครื่องกล เพื่อวิเคราะห์ความแข็งแรง ทิศทางการเคลื่อนไหว หรือพฤติกรรมของวัสดุผ่านการจำลองฟิสิกส์ เช่น Finite Element Analysis (FEA) และ Computational Fluid Dynamics (CFD)
การประยุกต์ใช้ LiDAR ในหลากหลายอุตสาหกรรม
ในอุตสาหกรรมซ่อมบำรุงหรือฟื้นฟูชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ไม่มีแบบพิมพ์หรือข้อมูลดิจิทัล LiDAR กลายเป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถใช้สแกนชิ้นส่วนเดิมโดยไม่ต้องถอดหรือทำลาย เมื่อได้โมเดล 3 มิติแล้วจึงสามารถนำไปผลิตซ้ำหรือทำแบบจำลองในงานวิศวกรรมได้โดยไม่เสียโครงสร้างของเครื่องเดิม ในกรณีของอาคารหรือสิ่งปลูกสร้าง LiDAR ก็สามารถเก็บข้อมูลรูปร่างของอาคารเก่า สะพาน หรือโครงสร้างเชิงสถาปัตยกรรมที่ต้องการซ่อมแซมหรืออนุรักษ์ แล้วนำข้อมูลเหล่านี้ไปสร้างโมเดลเพื่อออกแบบปรับปรุงโครงสร้างต่อไป
สำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อน เช่น พื้นผิวโค้งเว้า มีซอกมุม หรือโครงสร้างภายในที่เข้าถึงยาก การวัดด้วยเครื่องมือทั่วไปแทบเป็นไปไม่ได้ แต่ LiDAR สามารถจับข้อมูลเหล่านี้ได้อย่างละเอียด ครบทุกมิติ ซึ่งมีประโยชน์มากในอุตสาหกรรมที่ต้องการความละเอียดสูง เช่น ยานยนต์ เครื่องบิน อวกาศ และแม่พิมพ์อุตสาหกรรม โมเดลที่ได้ยังสามารถนำไปผ่านการจำลองในโปรแกรมวิศวกรรมเพื่อทดสอบประสิทธิภาพ ความทนทาน และพฤติกรรมของวัสดุภายใต้สภาวะต่างๆ ก่อนจะผลิตจริง
ข้อดีของการใช้ LiDAR ในการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ
เทคโนโลยี LiDAR มอบความแม่นยำในระดับสูง ซึ่งหมายถึงข้อมูลที่ได้สามารถใช้ในการตัดสินใจทางวิศวกรรมและการออกแบบได้อย่างมั่นใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานที่ต้องการความละเอียดในระดับมิลลิเมตรหรือมากกว่า ข้อมูลจำนวนมหาศาลจากการสแกนสามารถรวบรวมได้ภายในเวลาอันสั้น ช่วยประหยัดเวลาในกระบวนการเก็บข้อมูลเมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิม นอกจากนี้ LiDAR ยังสามารถสแกนได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับวัตถุโดยตรง จึงเหมาะสำหรับวัตถุที่เปราะบาง มีค่า หรือไม่สามารถเข้าถึงได้ง่าย ความสามารถในการประยุกต์ใช้อย่างยืดหยุ่นในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่วิศวกรรม โบราณคดี การผลิต ไปจนถึงงานด้านสิ่งแวดล้อม ยิ่งทำให้ LiDAR เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมและเติบโตต่อเนื่องในยุคดิจิทัล
LiDAR เป็นเทคโนโลยีที่มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนข้อมูลจากโลกจริงให้กลายเป็นแบบจำลองดิจิทัลสามมิติ ด้วยความแม่นยำสูง รวดเร็ว และยืดหยุ่นในการประยุกต์ใช้งาน จุดเด่นของ LiDAR คือความสามารถในการสแกนวัตถุที่ซับซ้อนโดยไม่ต้องสัมผัส สร้างแบบจำลองที่สามารถนำไปใช้ในการออกแบบ วิเคราะห์ หรือผลิตซ้ำได้ในหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่งานฟื้นฟูเครื่องจักร งานออกแบบอาคาร ไปจนถึงการจำลองชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมการบิน เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการวิศวกรรม แต่ยังลดข้อผิดพลาดและเพิ่มความแม่นยำในการทำงานอย่างมหาศาล ในโลกที่ก้าวสู่การผลิตแบบดิจิทัลและการออกแบบที่แม่นยำ LiDAR คือกุญแจสำคัญที่เชื่อมโลกจริงกับโลกเสมือนอย่างแท้จริง
