3D skenování pro 3D tisk

1 Co je 3D skenování a jak souvisí s 3D tiskem

3D skenování je proces, při kterém získáme digitální 3D reprezentaci reálného objektu nebo prostoru. Zatímco 3D modelování vytváří tvar „od nuly“ v CAD nebo sochařském programu, skenování vychází z reality a snaží se ji co nejvěrněji zachytit.

Pro 3D tisk je důležité zdůraznit jednu věc: sken není automaticky tisknutelný model. Sken je obvykle jen „surovina“ – obsahuje díry, šum, deformace nebo části okolí (stůl, podložku, pozadí). Aby vznikl spolehlivý výtisk, je potřeba model vyčistit a připravit.

2 Jaká data vznikají: point cloud, mesh, textura, objemová data

2.1 Point cloud (mračno bodů)

Mračno bodů je množina bodů v prostoru (X, Y, Z), často doplněná o barvu (RGB). Vzniká typicky při LiDAR skenu nebo jako mezikrok u některých skenerů a fotogrammetrie. Point cloud je velmi užitečný pro měření a analýzu, ale pro 3D tisk se obvykle převádí na povrchovou síť.

2.2 Mesh (polygonální síť)

Nejčastější výstup pro 3D tisk je mesh – povrch objektu složený z polygonů (nejčastěji trojúhelníků). U skenů bývá mesh velmi hustý (stovky tisíc až miliony polygonů), což zpomaluje úpravy a může komplikovat export. Proto často provádíme decimaci (zjednodušení sítě).

2.3 Textura

Textura je 2D obrázek „nalepený“ na povrch meshe pomocí UV mapy. Je běžná u fotogrammetrie a některých mobilních aplikací. Pro běžný FDM tisk textura obvykle není nutná, ale je důležitá pro vizualizaci, prezentaci nebo barevný tisk.

2.4 Objemová data (CT/MRI)

CT a MRI nejsou klasické „skeny povrchu“. Získáváme objemová data jako sérii řezů (voxely), typicky ve formátu DICOM (DICOM, n.d.). Aby vznikl 3D model, musíme provést segmentaci – oddělit požadovanou strukturu (např. kost, cévy, orgán) a teprve pak vytvořit mesh (Fedorov et al., 2012; Mitsouras et al., 2015).

3 Přehled metod skenování (kdy kterou zvolit)

Volba metody závisí na cíli. Pokud chcete vysokou rozměrovou přesnost, často vyhraje ruční skener. Pokud chcete dostupnost a trénink práce s daty, skvělá je fotogrammetrie. Pro rychlou dokumentaci prostoru se hodí LiDAR. AI skenování je velmi motivující, ale je třeba kriticky hodnotit přesnost.

4 Příprava objektu a prostředí (světlo, povrch, referenční body)

Kvalitní sken začíná přípravou. Nejčastější příčiny špatného skenu nejsou „špatný program“, ale špatné podmínky: lesklý povrch, odlesky, málo detailů pro tracking nebo pohyb objektu.

4.1 Povrch objektu: lesk, průhlednost, jednobarevnost

• Lesklé povrchy vytvářejí odlesky, které se mezi snímky mění. Algoritmus pak „vidí“ falešné body.
• Průhledné objekty jsou pro mnoho metod problematické, protože světlo prochází materiálem.
• Jednobarevné hladké plochy mají málo charakteristických bodů pro párování (hlavně fotogrammetrie).

4.2 Světlo a scéna

• Preferujte měkké, rovnoměrné světlo (bez tvrdých stínů a bez protisvětla).
• Vyhněte se blýskavým odleskům (zejména u fotek) – někdy pomůže změna úhlu světla.
• U fotogrammetrie hlídejte, aby se v pozadí nic nehýbalo (lidé, monitor, listí venku).

4.3 Referenční prvky a měřítko

Pro technické použití je důležité měřítko. Sken může být vizuálně správný, ale o pár procent větší nebo menší. Ve škole je skvělé učit studenty ověřit měřítko pomocí jednoduchého měření (posuvka, pravítko) a případně model přeměřit.

5 Ruční skenery (strukturované světlo / laser): postup a příklady

Ruční 3D skenery obvykle fungují tak, že aktivně promítají vzor (strukturované světlo) nebo laser a kamera snímá, jak se vzor deformuje. Software z toho dopočítá hloubku a skládá jednotlivé snímky do výsledného modelu.

5.1 Typický postup skenování ručním skenerem

1. Kalibrace / kontrola režimu (některé skenery mají režimy podle velikosti objektu).
2. Tracking: skener musí „vědět“, kde se nachází – pomáhá textura, markery nebo tvar.
3. Plynulý pohyb kolem objektu, ideálně bez prudkých změn vzdálenosti.
4. Doskenování detailů z různých úhlů (podřezy, dutiny, složitá místa).
5. Rekonstrukce (sloučení, vyhlazení, případně tvorba textury).
6. Export do OBJ/PLY (často pro další úpravy) nebo STL (když je mesh čistý).

5.2 Časté problémy a jejich příčiny

• Ztráta trackingu → vznikne „dvojitý“ tvar nebo posunuté části.
• Lesk → chybné body, díry v meshi.
• Málo detailů pro orientaci → skener neví, jak snímky poskládat.
• Okraje a tenké hrany → bývají nejhůře zachytitelné, často potřebují dočištění.

5.3 Příklady kategorií skenerů (orientačně)

Ve školním prostředí se setkáte s různými třídami zařízení. Uvádíme příklady typických řad, aby studenti pochopili, že „3D skener“ není jeden produkt, ale škála možností:

• Vstupní / školní třída: kompaktní ruční skenery pro menší objekty a výuku.
• Střední třída: stabilnější tracking, lepší software, vhodné pro pravidelnou práci.
• Profesionální třída: vysoká přesnost, robustní workflow, často pro průmysl a specializovaná pracoviště.

6 Fotogrammetrie: workflow, doporučené focení, software

Fotogrammetrie vytváří 3D model z množiny fotografií. Algoritmus hledá shodné body mezi snímky a rekonstruuje tvar. Výhoda pro školy je dostupnost – stačí mobilní telefon – a vysoká didaktická hodnota (student se naučí pracovat se světlem, stabilitou, překryvem a kvalitou dat).

6.1 Doporučený postup focení (praktická šablona)

1. Okruh 1 (střední výška): obejděte objekt kolem dokola, 30–50 snímků, vysoký překryv.
2. Okruh 2 (vyšší úhel): podobně, ale z mírného nadhledu, opět kolem dokola.
3. Okruh 3 (nižší úhel): pokud je třeba zachytit podřezy nebo spodní hrany.
4. Detaily: doplňte close-up snímky problémových míst (ale nepřehánět – ať stále existuje překryv).

6.2 Zásady kvality snímků

• Ostrost: rozmazané fotky často zničí rekonstrukci.
• Překryv: každý snímek má sdílet velkou část scény s předchozím.
• Stálé světlo: výrazné změny expozice a stínů mohou vytvořit chyby.
• Stabilní pozadí: pohyb v pozadí (lidé, zvířata) může vytvářet artefakty.

6.3 Software (příklady podle školy a výkonu PC)

Existuje mnoho nástrojů, od jednoduchých mobilních aplikací až po profesionální desktop řešení. Ve škole je důležitá hlavně stabilita workflow a srozumitelnost pro studenty.

• Mobilní aplikace: vhodné pro rychlé projekty a úvod (často export OBJ/GLB/STL).
• Desktop nástroje: lepší kontrola rekonstrukce a kvality, ale vyšší nároky na hardware.

7 LiDAR na iPhone/iPad: rychlé skeny, exporty, limity

LiDAR (Light Detection And Ranging) na mobilních zařízeních umožňuje rychle získat 3D informace o prostoru nebo objektu. Ve školním prostředí je to výborné pro demonstrace a pro rychlé skeny bez složité přípravy. Zároveň je důležité vysvětlit, že výsledek může být hrubší než u kvalitního ručního skeneru.

7.1 Typické aplikace a exporty

Běžně používané aplikace umožňují exportovat mesh do formátů vhodných pro další úpravy a tisk. Například Polycam podporuje export do několika formátů včetně OBJ a STL (Polycam, n.d.-a; Polycam, n.d.-b). Scaniverse uvádí podporované exporty včetně STL a point cloud formátů (Niantic Scaniverse, n.d.).

7.2 Kdy se LiDAR hodí

• Prostorové skeny – učebna, laboratoř, část pracoviště (pro dokumentaci a vizualizaci).
• Rychlá reference – tvar objektu jako podklad pro následné modelování v CAD.
• Motivační úloha – „naskenuj a do hodiny vytiskni jednoduchý suvenýr“.

7.3 Limity LiDAR pro 3D tisk

• Malé detaily bývají vyhlazené, hrany mohou být zaoblené.
• Často vznikají díry a šum – je nutné model dočistit.
• Je třeba ověřit měřítko a jednotky po exportu.

8 AI skenování: MakerWorld AI Scanner (video → model) a zásady kvality

MakerWorld nabízí nástroj „AI Scanner“, který umožňuje vytvořit 3D model z videozáznamu: uživatel objekt obchází kamerou a platforma se pokusí rekonstruovat 3D geometrii (MakerWorld, n.d.). Bambu Lab ve svém blogu popisuje AI Scanner jako jeden z MakerLab experimentů (Bambu Lab, 2024).

Ve škole je AI skenování výborné jako motivační a srovnávací nástroj. Student získá rychle výsledek, a pak může kriticky posoudit, co je „realita“ a co je „domyšlené“. Zásadní je vysvětlit, že AI výstup nemusí být rozměrově přesný a často vyžaduje opravy.

8.1 Doporučení pro natáčení (praktické)

• Natáčejte plynule, bez zoomu a bez prudkých změn vzdálenosti.
• Objekt udržujte stále v záběru, ideálně v rovnoměrném světle.
• Vyhněte se lesku a průhledným materiálům (odlesky často rozbijí rekonstrukci).
• Raději jeden delší plynulý záběr než mnoho krátkých klipů.

8.2 Jak AI model připravit pro tisk

1. Ověření měřítka: přeměřte reálný objekt a porovnejte s modelem.
2. Kontrola topologie: díry, fragmenty, samo-průniky, „plovoucí“ části.
3. Opravy meshe: zacelit díry, odstranit šum, případně zjednodušit síť.
4. Kontrola ve sliceru: náhled vrstev často odhalí skryté chyby.

9 CT/MRI → 3D tisk: DICOM, segmentace, export STL (3D Slicer / InVesalius)

CT a MRI poskytují objemová data uložená nejčastěji ve standardu DICOM, který je určen pro přenos, ukládání a práci s medicínskými obrazy včetně metadat (DICOM, n.d.). 3D model pro tisk nevzniká přímo – je nutná segmentace a následný převod segmentu na mesh (Fedorov et al., 2012; Mitsouras et al., 2015; Rengier et al., 2010).

9.1 Běžné soubory a formáty v praxi

• DICOM série – složka s mnoha soubory (řezy) + metadata (často i osobní údaje).
• NRRD – výměnný formát objemových dat (často používaný v 3D Slicer).
• NIfTI (.nii/.nii.gz) – běžné ve výzkumu (zejména MRI).
• STL – nejběžnější formát pro 3D tisk (geometrie bez textur).
• OBJ – mesh (může nést barvy/UV), vhodné i pro VR/AR a vizualizaci.
• PLY – mesh/point cloud, někdy s barvou; častý meziformát.

9.2 Doporučené programy (dobré i pro školy)

• 3D Slicer – open-source platforma pro medicínská data; obsahuje DICOM modul a Segment Editor (Fedorov et al., 2012; Slicer, n.d.).
• InVesalius – open-source nástroj pro rekonstrukci CT/MRI; uvádí export povrchů do STL/OBJ/PLY a podporu 3D tisku (InVesalius, n.d.).

9.3 Postup v 3D Slicer: DICOM → segmentace → STL

3D Slicer umožňuje import DICOM dat a jejich zpracování. Dokumentace DICOM modulu popisuje import/export DICOM a práci se sériemi (Slicer, n.d.). Pro export segmentace do STL/OBJ je v Slicer komunitě popsaný nástroj „Export to files“, který umožňuje export jednotlivých segmentů nebo sloučeného meshe (3D Slicer Community, n.d.).

Krok A: Import DICOM

1. Otevřete modul DICOM.
2. Naimportujte složku obsahující DICOM sérii (ne jednotlivé soubory) (Slicer, n.d.).
3. Vyberte správnou sérii (pozor: v jedné studii může být více rekonstrukcí).
4. Zkontrolujte řezy ve třech rovinách a ověřte orientaci.

Krok B: Segmentace (nejdůležitější část)

Segmentace znamená vybrat voxely patřící k požadované struktuře. U CT je často výhodné použít threshold (prahování) pro kosti, protože kost má výrazně jinou denzitu než okolní tkáně. U MRI může být segmentace náročnější a závisí na sekvenci a kontrastu (Mitsouras et al., 2015).

• CT – kost: threshold + dočištění (scissors/paint) + kontrola v řezech.
• CT – cévy a měkké tkáně: často kombinace více nástrojů + ruční korekce.
• MRI – měkké tkáně: vyšší citlivost na šum; počítejte s ručním dočištěním.

Krok C: Vytvoření meshe a export

1. Vytvořte 3D náhled segmentace (kontrola „co se opravdu vybralo“).
2. Přejděte na export segmentace do souboru (STL/OBJ).
3. Využijte „Export to files“ (3D Slicer Community, n.d.).

9.4 Postup v InVesalius: rychlá cesta pro školní cvičení

InVesalius je často jednodušší pro „rychlé projití celého řetězce“. Projekt uvádí podporu rekonstrukce CT/MRI, 3D vizualizaci a export do STL/OBJ/PLY pro 3D tisk (InVesalius, n.d.). Ve škole je to vhodné, pokud chcete studentům rychle ukázat, jak se z řezů stane 3D objekt.

1. Import DICOM série.
2. Volba prahu / segmentace (typicky kost).
3. Rekonstrukce povrchu.
4. Export do STL/OBJ/PLY.

10 Opravy modelu pro tisk (watertight, decimace, kontrola ve sliceru)

U skenů je běžné, že model není „čistý“. Nejčastější problémy: díry, šum, fragmenty, ne-manifold geometrie a extrémně hustá síť. Pro tisk je zásadní, aby byl model watertight – tedy uzavřený objem.

10.1 Rychlá kontrola před tiskem

1. Otočit model a zkontrolovat „spodek“ (často tam bývají díry).
2. Odstranit části okolí (stůl, podložka, pozadí).
3. Zkontrolovat měřítko a jednotky.
4. Otevřít ve sliceru a podívat se na náhled vrstev (odhalí skryté chyby).

10.2 Decimace: kdy a proč

Příliš hustý mesh může být problém: soubor je velký, úpravy jsou pomalé a slicer může zbytečně zatížit PC. Decimace sníží počet polygonů při zachování tvaru. Ve výuce je vhodné decimaci používat zejména u LiDAR skenů a u CT/MRI modelů (kde se síť často generuje velmi detailně).

11 Přesnost, měřítko a hodnocení kvality skenu

Ve školní praxi je důležité studentům vysvětlit rozdíl mezi: vizuální věrností (vypadá to jako objekt) a rozměrovou přesností (odpovídají rozměry a tolerance).

11.1 Jak ověřit měřítko

• Vyberte 1–3 rozměry na reálném objektu (např. šířka, výška, průměr).
• Změřte je posuvkou a porovnejte s měřením v 3D programu.
• Pokud je odchylka větší (např. > 1–2 %), zvažte přepočet měřítka.

11.2 Hodnocení kvality meshe

• Díry: naruší uzavřenost a slicer může špatně vyplňovat.
• Šum: zhorší vzhled i funkčnost (zbytečně „chlupatý“ povrch).
• Fragmenty: „plovoucí“ části mohou vytvořit chyby při tisku.
• Ne-manifold: může způsobit nečekané chování sliceru.

12 Náměty do výuky: projekty, úkoly a hodnocení

Projekt A: Srovnání metod

1. Vyberte objekt (např. anatomický model, artefakt, součástka).
2. Vytvořte 2–3 skeny různými metodami (např. fotogrammetrie + LiDAR + AI).
3. Vyhodnoťte: čas, počet oprav, kvalitu detailu, rozměrovou přesnost.
4. Výstup: krátká zpráva + STL + screenshoty před/po opravách.

Projekt B: CT dataset → STL → výukový model

1. Student dostane anonymizovaná data (DICOM série).
2. Provede segmentaci (např. kost) v 3D Slicer nebo InVesalius.
3. Exportuje STL a opraví mesh pro tisk.
4. Vytiskne model a vysvětlí limity (co chybí, co bylo nutné opravit).

Kritéria hodnocení

• Správné měřítko a čitelnost modelu.
• Kvalita oprav (model je tisknutelný, bez zásadních chyb).
• Schopnost zdůvodnit volbu metody a postup.
• Reflexe limitů metody (co se povedlo, co ne, proč).

13 Etika a bezpečnost (zejména medicínská data)

U CT/MRI dat je zásadní, že DICOM může obsahovat osobní údaje a metadata o pacientovi. Standard DICOM je určen pro interoperabilitu medicínských systémů a zahrnuje jak obrazová data, tak související informace (DICOM, n.d.). Ve škole používejte anonymizované datasetty nebo data získaná v souladu s interními pravidly instituce.

• Anonymizace: odstraňte osobní údaje, než se data sdílí mimo klinické prostředí.
• Účel: výukové modely slouží pro demonstraci, nejsou automaticky „klinicky validované“.
• Bezpečnost práce: při tisku anatomie platí standardní bezpečnost pro FDM tisk (teplota, výpary, manipulace).

Použitá literatura (APA)

Níže jsou uvedeny klíčové zdroje použité pro obecné principy skenování, práci s medicínskými daty a exporty:

• Bambu Lab. (2024). New Launch of MakerLab Experiments. Dostupné z: https://blog.bambulab.com/new-launch-of-makerlab-experiments/
• DICOM. (n.d.). DICOM® – the international standard for medical imaging information. Retrieved January 15, 2026, from https://www.dicomstandard.org/
• Fedorov, A., Beichel, R., Kalpathy-Cramer, J., Finet, J., Fillion-Robin, J. C., Pujol, S., … Kikinis, R. (2012). 3D Slicer as an image computing platform for the Quantitative Imaging Network. Magnetic Resonance Imaging, 30(9), 1323–1341.
• InVesalius. (n.d.). InVesalius 3: Open source software for reconstruction of computed tomography and magnetic resonance images. Retrieved January 15, 2026, from https://invesalius.github.io/
• MakerWorld. (n.d.). AI Scanner. Retrieved January 15, 2026, from https://makerworld.com/en/3d-models/2006-ai-scanner
• Mitsouras, D., Liacouras, P., Imanzadeh, A., Giannopoulos, A. A., Cai, T., Kumamaru, K. K., … Rybicki, F. J. (2015). Medical 3D printing for the radiologist. Radiographics, 35(7), 1965–1988.
• Niantic Scaniverse. (n.d.). Which formats can Scaniverse export to? Retrieved January 15, 2026, from https://community.scaniverse.com/t/which-formats-can-scaniverse-export-to/50
• Polycam. (n.d.-a). How to Export Polycam Captures. Retrieved January 15, 2026, from https://learn.poly.cam/hc/en-us/articles/29647691255316-How-to-Export-Polycam-Captures
• Polycam. (n.d.-b). What File Types Can Polycam Export? Retrieved January 15, 2026, from https://learn.poly.cam/hc/en-us/articles/27756102599572-What-File-Types-Can-Polycam-Export
• Rengier, F., Mehndiratta, A., von Tengg-Kobligk, H., Zechmann, C. M., Unterhinninghofen, R., Kauczor, H.-U., & Giesel, F. L. (2010). 3D printing based on imaging data. European Radiology, 20, 1254–1264.
• Slicer. (n.d.). DICOM module documentation. Retrieved January 15, 2026, from https://github.com/Slicer/Slicer/blob/main/Docs/user_guide/modules/dicom.md
• 3D Slicer Community. (n.d.). Save segmentation directly to STL or OBJ files. Retrieved January 15, 2026, from https://discourse.slicer.org/t/save-segmentation-directly-to-stl-or-obj-files/2428

Poznámka: Webové zdroje jsou citovány s datem přístupu, protože jejich obsah se může v čase měnit. Odborné články slouží jako opora pro obecné principy převodu medicínských dat do 3D tisku (Mitsouras et al., 2015; Rengier et al., 2010).