Принцип работы лазерного сканера крайне прост: прибор измеряет расстояние от самого себя до сканируемого объекта, выпуская пучок лазерных лучей. Лучи отражаются от измеряемой поверхности и возвращаются обратно к сканеру. Затем так называемые импульсные сканеры вычисляют расстояние до объекта (до точки, от которой отразился лазер) по времени прохождения луча туда и обратно, а наиболее точные фазовые — по разности фаз (волн) испускаемых и отражённых лучей.
При скорости света триста тысяч километров в секунду максимальная скорость работы 3D сканера ограничена лишь мощностью процессора и производительностью встроенного программного обеспечения по вычислению этих величин. Современные наземные лазерные сканеры способны производить до миллиона измерений в секунду.
В сканере есть вращающаяся призма, которая распределяет световой пучок в вертикальной плоскости, с заранее заданным шагом (например, 0,1 градуса), и сервопривод для вращения прибора по горизонтали на тот же заданный угол. Таким образом, лучи покрывают заданный сектор сканирования в двух оставшихся плоскостях, сами являясь третьей — получается трёхмерный охват. Шаг луча и сервопривода определяют так называемую «плотность сканирования», которая может составлять до нескольких десятков точек (попаданий луча) на 1 квадратный сантиметр поверхности.
Сканер «знает» свои координаты, вертикальный и горизонтальный углы, под которыми он выпустил и принял каждый луч, автоматически вычисляет расстояние, пройденное этим лучом до точки отражения от объекта, и получает таким образом трёхмерные координаты этой точки. Координаты каждой такой точки сканер сохраняет в проект. Впоследствии они будут представлены (визуализированы) в виде «облака точек» — точной копии отсканированного объекта, «нарисованной» сотнями миллионов точек. На основе облака инженеры могут построить точную векторную 3D модель, сделать сечения и детальные планы отсканированного объекта, измерить объёмы резервуаров, сыпучих тел, площадь и геометрическую форму объектов любой сложности.
Точность и детализация конечных данных зависят, прежде всего, от цели, с которой проводятся инженерные изыскания. Например, для задач строительства, реконструкции зданий, а особенно — при реставрации памятников архитектуры, как правило, необходима подробная съёмка, с максимальной плотностью сканирования, чтобы по этим данным определить точную геометрическую форму и размеры мельчайших элементов лепнины. А для задач градуировки резервуаров, при вычислении объёмов сыпучих тел или обмерах добывающих карьеров подробная цифровая модель нужна редко, здесь бывает достаточно облака точек средней плотности.
При этом важно понимать, что на точность наземного лазерного сканирования, как и на конечный результат инженерных изысканий, влияет множество факторов. Среди них – расстояние, с которого выполнялись измерения, количество и качество «точек стояния» прибора (позиций, откуда вели съёмку), погодные условия — видимость должна быть хорошей, поскольку в сильный дождь или снегопад вместо фасада здания будут отсканированы капли и снежинки. Поэтому главным фактором успеха инженерных изысканий методом наземного лазерного сканирования была и остаётся квалификация инженера, который будет работать с прибором «в поле», а затем выполнять для вас постобработку данных.
