Bachelor's Thesis

Comparison of the Accuracy and Complexity of Selected 3D Scanning Methods

Final Thesis 3.7 MB

Author of thesis: Bc. Sviatlana Yarmalinskaya

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Václav Otipka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Ramík

Abstract:

Optical 3D scanning is widely applied in mechanical engineering for the digitization of physical components, particularly in reverse engineering, quality control, and technical documentation of existing parts. The suitability of a scanning method for an industrial application is determined not only by measurement accuracy, but also by surface coverage, mesh quality, operational complexity, acquisition time, and post-processing requirements. This thesis compares selected professional structured-light and laser triangulation systems with more accessible and consumer-grade methods, including iPhone LiDAR and photogrammetry. The experimental comparison is performed under laboratory conditions using representative automotive components, namely a steering knuckle and a car wheel. The results indicate that professional optical scanners provide the most reliable data for accurate reverse engineering of mechanical components. Semi-professional scanning methods may be applicable for less demanding geometry acquisition, while smartphone-based approaches are mainly suitable for approximate shape and scale capture and visual documentation.

Keywords:

3D scanning, optical 3D scanning, structured-light scanning, laser triangulation, LiDAR, photogrammetry, mesh quality, surface deviation, automotive components, reverse engineering

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta: 1. Vypovídalo by o přesnosti skenování rovněž porovnání opakovatelnosti měření jednotlivými skenery? Jak by v tomto případě studentka postupovala? Jaký software by s výhodou použila? 2. Lze fotogrammetrii využít i pro zvýšení přesnosti zvláště u rozsáhlých dílů a objektů, jako je např. celé vozidlo? Co je v tomto případě fotogrammetrií před samotným skenováním ploch vhodné nasnímat? Dále odpovídal na otázky členů komise: 1. Jaká kritéria pro zhodnocení kvality vytvořeného skenu byla zvolena? (zodpovězeno) 2. Detailně popište obrázek uvedený ve Vaší prezentaci. (částečně zodpovězeno)

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Machine and Equipment Construction (SSZ)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (předseda)
Ing. Kamil Řehák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. David Svída, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Fojtášek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Janoušek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Václav Otipka, Ph.D.

Paní Sviatlana Yarmalinskaya ve své bakalářské práci provedla praktické srovnání profesionálních optických skenovacích systémů se systémy výrazně dostupnějšími, a to především z pohledu využití pro účely reverzního inženýrství. Jako systém pro získání referenční geometrie byl zvolen metrologický 3D optický skener ZEISS ATOS Q, vůči kterému byly srovnávány další alternativní systémy podle kritérií zvolených studentkou.

Práce je vhodně uspořádaná a zpracovaná v anglickém jazyce. Teoretická část se zabývá popisem základních principů optických metod 3D skenování. Znalosti ohledně jednotlivých technologií a jejich teoretických limitací byly následně studentkou využity při výběru skenovaných součástí a návrhu kritérií pro praktické zhodnocení srovnávaných skenovacích metod. Studentka čerpala především z aktuální zahraniční literatury, což oceňuji. Přístupy, které studentka zvolila, jsou pro danou práci adekvátní, jejich popis je však místy možná až příliš rozsáhlý.

V práci se občas vyskytují nepřesná či chybná tvrzení. Například uváděné plošné rozměry 3D skenů jsou zjevně nesprávné. V textu se také vyskytují překlepy nebo jiné chyby ve formátování. Z hlediska citací není přístup studentky zcela jednotný. Nicméně se nejedná o tak zásadní a četné nedostatky, které by měly výrazný dopad na celkové hodnocení předložené práce.

Během zpracování své práce využila studentka několik konzultací, převážně však pracovala samostatně. Vyhotovení práce vyžadovalo ze strany studentky provedení a zpracování řady 3D skenů, a to pomocí několika různých metod. Jednalo se tak o náročný časový úkol i v souvislosti s nutným využitím řady softwarových nástrojů pro následné zpracování skenovaných dat, práci se sítí, rozměrovou analýzou apod., což jednoznačně oceňuji.

Jak je uvedeno v práci, studentka využila nástroje AI pro jazykovou korekturu a překlady, z tohoto pohledu není co vytknout.

Z dosažených výsledků je v práci vyvozena řada závěrů a doporučení. Je patrné, že se studentka v dané problematice dobře orientuje. Veškeré cíle práce jsou splněny, práci doporučuji k obhajobě s hodnocením „B“.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Pavel Ramík

Předložená bakalářská práce představuje velice zdařilou práci v oblasti 3D skenování, používaného současného technického vybavení a metodologie postupu skenování. V úvodní části jsou v práci rozebrány používané metody 3D skenování, jejich vlastnosti a faktory, které mají rozhodující vliv na přesnost skenování, včetně vlivu druhu povrchu. Tato část je zpracována věcně a je z ní zřejmé pochopení popisovaných principů. Na úvodní část navazuje porovnání výsledků skenování různými 3D skenery. Výběr skenerů je proveden účelně od nejpřesnějších metrologických až po dnes již běžně cenově dostupné prostředky. Popis postupu skenování jednotlivými zařízeními je napsán jasně a věcně a jasně vyplývá z vlastní práce studentky. Metodologie vyhodnocení při absenci výchozího CAD modelu součástí je vhodně zvolena, referenční model postavený na referenčním skenu vysoce přesného optického metrologického 3D skeneru Atos Q je logicky odůvodněným přístupem. S postupem měření i vyhodnocení výsledků lze souhlasit, studentka přitom s výhodou využila pokročilých funkcí software, který měla k dispozici. Rozvaha skenování dílů převodovky ukazuje zkušenosti nabyté při zpracování práce. S diskusí naměřených výsledků i se závěrem práce lze souhlasit, výsledky se opírají potřebné číselné hodnoty, jak je pro technické účely potřeba. Z práce je zřejmá velice dobrá schopnost studenty interpretovat dosažené výsledky.

Na práci oceňuji, že je zpracována v anglickém jazyce, a to na velmi dobré úrovni. Vyjadřování studentky je věcné, technicky správné, práce obsahuje jen velice malé množství nepodstatných formálních či pravopisných chyb (např. na str. 25 ve slově ZEISS, v podstatě opakující se věta níže na str. 53, zarovnání na 5. řádku v Tab. 8 na str. 71 atd.).

Vedlejším aspektem práce je potvrzení účelného pořízení optického skeneru ZEISS Atos Q i laserového ručního skeneru ZEISS Hawk II společně s pokročilým softwarem v rámci projektu pro rozvoj infrastruktury pro výuku technicky zaměřených studentů.

Cíle práce dané zadáním byly v práci splněny v plném rozsahu, bakalářskou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Vypovídalo by o přesnosti skenování rovněž porovnání opakovatelnosti měření jednotlivými skenery? Jak by v tomto případě studentka postupovala? Jaký software by s výhodou použila?
  2. Lze fotogrammetrii využít i pro zvýšení přesnosti zvláště u rozsáhlých dílů a objektů, jako je např. celé vozidlo? Co je v tomto případě fotogrammetrií před samotným skenováním ploch vhodné nasnímat?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová