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(1)市场规模现状:在万物数字化的未来,随着工业和非工业在内的三维数字化产品下游应用领域的不断发展,虚拟世界、数字孪生、人工智能AI、3D打印、物联网IoT、个性化定制等在内的新兴领域对三维视觉数字化产品的应用场景边际在不断扩展并外延;同时,考虑到三维扫描产品供给侧技术水平的不断提升所带动的产品迭代升级,以及全球对于智能装备制造行业转型升级的迫切需求,三维数字化市场规模将呈现快速增长趋势。

从全球范围看,全球三维数字化产品包括三维视觉数字化产品和传统三维测量产品。统计数据显示,2022年全球三维数字化产品市场销售收入约为500.6亿元,其中,以北美、欧洲等地为主要消费市场,占全球市场规模分别为34.3%和29.2%。2027年全球三维数字化产品预计将增长至1,203.2亿元,中国和除中国之外的亚太市场消费需求增长显著,预计2027年占比将分别达到16.7%和16.1%。

 数据整理:中金企信国际咨询

以国内范围来看,中国三维数字化产品市场同样包括三维视觉数字化产品和传统三维测量产品。2018年到2022年间,三维数字化产品市场销售收入以年复合增长率约14%的水平增长,于2022年达到71.6亿元的水平;预计2022年到2027年间,中国三维数字化产品市场规模将以年复合增长率超过20%的速度,于2027年达到200.8亿元水平。

2018-2027年中国三维数字化产品市场销售收入现状及预测

数据整理:中金企信国际咨询

(2)智能制造带动高效精准三维扫描需求提升:《智能检测装备产业发展行动计划(2023—2025年)》指出,智能检测装备作为智能制造的核心装备,是“工业六基”的重要组成和产业基础高级化的重要领域,已成为稳定生产运行、保障产品质量、提升制造效率、确保服役安全的核心手段,对加快制造业高端化、智能化、绿色化发展,提升产业链供应链韧性和安全水平,支撑制造强国、质量强国和数字中国建设具有重要意义。

智能制造基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于研发、设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。具体来看,智能制造由自动化、网络化、数字化和智能化四大要素组成。自动化是实现流程标准化、信息可采集的技术基础;网络化是推动端到端全场景互联,重塑价值链环节的连接纽带;数字化是将具体的现实事物转化为抽象的量化数据,并作为新型生产要素投入生产;智能化是转向智能决策支持,赋能产业革命的最终目标。四要素的发展并没有绝对的先后顺序,而是需要相辅相成、螺旋前进。大数据、云计算、人工智能、区块链等技术加速创新。《关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》指出,数据已成为新型生产要素,也要进行市场化的配置。数字化同时是当前企业转型,迈向智能制造转型的难点和成败关键。三维数字化扫描技术能够将实物三维信息转换为计算机能识别、处理的三维数字模型,为实物的数字化提供方便快捷的手段,目前已广泛应用于产品设计开发、生产制造、售后维护等各个阶段,成为“智能制造”的重要一环。国家对智能制造和高端装备制造的政策支持,带动工业3D扫描仪市场规模稳步扩张。

按照下游应用场景拆分,2022年三维视觉数字化产品的应用场景主要以三维视觉测量为代表的工业领域为主。未来在大力支持发展中国智造的背景下,三维视觉测量产品销售收入预计将持续增长。据中金企信统计数据,2022年工业领域三维视觉数字化产品占国内总市场约70%。工业应用领域当中,主要下游应用包括汽车交通、工业机械、航空航天、能源电力等,2022年分别占比整体市场约为30%、17%、10%和7%。随着中国新能源汽车产业链不断发展完善,能源电力领域国家大力发展可再生清洁能源发电、储能等政策指导下,工业领域应用端对应市场规模将持续快速增长。

(3)下游应用多元化,非工业领域需求增长:近年来,三维数字化、三维扫描技术在众多非工业领域快速普及,下游市场呈现多元化趋势,以万物数字化产品为代表的非工业领域发展迅速。除医疗健康、教育教学、艺术文物等传统场景外,3D打印、虚拟世界等新兴领域的快速发展不断创造市场对三维视觉数字化产品的新需求。非工业应用领域中,主要下游应用包括教育教学、医疗器械等,2022年,教育教学和医疗器械在整体市场规模中占比分别约为11%和7%。未来伴随三维扫描技术在医疗康复、职业教育、虚拟现实、艺术文博与修复等领域需求的迅速增长,市场对于高效、便携、高性价比的三维扫描设备需求明显提升,非工业应用领域市场将蓬勃发展。

在医学领域,三维扫描技术在医疗美容、生物医学工程、骨科义肢、数字牙科等应用领域,均有广泛的应用场景和大量的市场需求。以数字齿科为例,应用在口腔领域的三维视觉数字化产品结合专业齿科3D打印等设备为医生和患者提供成套的数字化齿科解决方案,大幅度提高齿科产品制作效率,另外可免除传统工艺的复杂流程和人工误差。

在教研领域,三维视觉数字化作为当前学术界和产业界均关心的技术前沿课题,包括清华大学、中科院等在内的知名高校和研究机构,在三维数字化方向设立研究课题,着力于研究三维视觉技术在三维重建、三维感知、三维识别等不同细分领域中的应用与技术创新,教育行业的不断发展以及相关领域科研成果的不断突破,也将带来对这一领域产品更多的需求与应用。

在虚拟现实领域,通过对三维扫描仪的灵活使用,可有效降低三维建模的技术门槛,协助创造全真、全息的三维内容,让开发团队跳过费时的建模过程,真实地呈现目标物体的精确数据、形状、结构及纹理,并应用于后续的定量分析,可有效助力团队加速开发进度。

在文物修复领域,三维扫描可实现文物数字化,利用软件进行虚拟修复,以此为依据来完善真实修复方案;在家居数字化领域,三维视觉数字化产品可以广泛应用于家具设计、线上展示、产品定制化等场景中,通过对家居产品进行三维建模,提升建模效率,通过虚拟现实技术实现室内装饰远程展示,为房地产公司、互联网家装公司等企业发展VR家装、AR家居购物等业态提供良好基础。

 

(4)国产三维视觉数字化产品逐渐替代海外品牌:在激光三维扫描仪领域,由于国外厂商起步早,以形创公司(CREAFORM)为代表的海外厂商软硬件研发实力都处于行业领先地位。过去由于国产三维激光扫描仪技术积累不深厚、机型技术突破缓慢,诸多大型制造企业大多选择采购国外进口三维视觉数字化设备。然而,国外产品价格昂贵,制约着不少国产企业采购。

近年来,伴随着国内三维视觉数字化设备生产厂商的不断崛起,技术进步速度不断提升、企业自主创新研发投入力度不断加大,国内厂商用较短时间实现了多项核心技术路径的突破,市场份额持续提升。随着技术快速发展,国内手持式三维激光扫描仪领域部分实力雄厚的企业脱颖而出,手持式产品在扫描精度、操作便捷性和算法上,都已逐步接近甚至超越发达国家,国产品牌得到广大下游客户的认可。如今国内手持式三维视觉数字化产品相关技术已能充分满足绝大多数企业生产检测需求,同时国产品牌具有更为明显的性价比优势,对于国内预算有限的中小制造企业以及对环境要求低、便携性要求高等众多制造及研发类客户吸引力更大,国产三维扫描仪替代海外品牌的趋势逐渐增强。

未来在国产品牌技术不断突破,价格具有较强竞争力,以及在对当地客户服务上积累的丰富案例和服务经验的背景下,国产品牌的替代效应预计将持续。

(5)技术趋势:

1)手持式激光三维扫描对传统测量的替代:手持式三维扫描仪相比传统三维测量技术路径的三坐标测量设备、拍照式三维扫描仪和关节臂三维测量设备等产品更具市场竞争力。传统工业测量所采用三坐标法虽然精度较高,但通常需要通过探头、探针等接触到被测量物体,测量探头易磨损、测量速度较慢,通常费用较高,且具有易损伤物体表面、无法测量柔软易变性物体、扫描速度慢、测量工件尺寸受到三坐标大小限制、价格贵等多方面弊端。拍照式设备的优势在于测量所得的3D模型分辨率高、细节度好,但是其劣势在于测量耗时长、环境要求高、测绘物体表面较黑或较亮时无法准确采集。

关节臂系统体积大、便携性低、价格昂贵,且由于其通过扫描头、编码盘进行定位,因此要求现场环境不能震动以保证精度,适用场景较少。以手持式激光扫描仪为代表的三维视觉数字化产品的出现,可利用光学原理在不通过接触物体的情况下对物体的三维信息进行快速、准确的收集,可实现无接触、无损伤的智能化检测,在保证精度的同时提升检测速度,同时,具有更加广泛的使用场景,在测量物体的尺寸、大小方面的限制更小。在《智能检测装备产业发展行动计划(2023—2025年)》、《“十四五”智能制造发展规划》等政策规划指引下,高端装备制造及其对应的测量需求将持续增长,手持式激光三维扫描仪由于其便携、高精度和自动化的特点,在技术路径上对三坐标测量设备、拍照式三维测量仪、关节臂等传统三维测量设备的替代趋势将更加明显,市场空间亦将进一步扩大。虽然三类测量设备在相当一段时间内还会并存,但是手持式三维扫描仪所代表的便携化,多功能化是不可阻挡的发展趋势。

2)测量精度要求提升:随着中国制造业的不断转型升级,包括精密零部件等在内的高端工业机械制造和高精尖工业产品的研发设计、生产制造、检验检测等过程需要三维视觉数字化产品有更高的精度和更小的误差。三维视觉数字化产品也需要不断迭代升级,在光学、跟踪识别、数据处理等领域使用更加先进的技术,如内置摄影测量技术、跟踪扫描标定技术等,提升产品测量精度以满足客户更高的要求和更加复杂的测量环境,助力下游产业向高端制造成功转型。

3)自动化系统需求提升:包括高端制造等在内的三维视觉数字化产品的下游应用领域的发展趋势将带动市场对三维视觉数字化产品的自动化系统需求不断提升。考虑机械制造的生产、检测等过程中对生产环境的无尘、温度、湿度等方面的要求,自动化系统可以在无需人工手动操作的情况下,通过编写好的系统控制程序、机械臂、工作台以及配套三维数据收集处理软件等全套系统的协作,自动完成对物体三维信息的扫描收集,大幅提升工作效率的同时,满足机械零部件生产制造过程中对环境的要求。自动化系统作为可为客户提供定制化的三维视觉数字化解决方案,未来随着工业生产制造智能化水平的不断提升,市场对于自动化系统的需求亦将呈现快速增长态势。根据数据,预计未来国内三维视觉数字化市场中,自动化系统将以38.8%的复合年增长率快速成长,并于2027年达到10.3亿元水平。

4)技术水平不断提升,便携度要求进一步提高:随着专业级、商业级等非工业级领域对三维视觉数字化产品需求的不断提升,三维视觉数字化产品将在技术层面不断改进,以适应万物数字化未来应用与发展方向的需求。如在彩色三维扫描领域,提升彩色三维扫描的还原度为行业未来发展方向之一。三维视觉数字化产品将不断升级光学捕捉系统,以便于采集更为真实的物体的色彩、纹理信息,实现物体模型的纹理贴图,自动化实现真彩3D模型创建过程。同时软硬件协同效应将更加加强,结合扫描处理软件和AI等算法,以实现扫描、拼接、纹理贴图等过程均自动化处理,并实现各部件的自然拼接过渡。避免人工对模型进行后期处理的同时,可快速生成真彩三维模型和可视化预览。

另外,三维视觉数字化产品的便携度要求进一步提高。三维视觉数字化设备的集成度更高、体积更小,硬件运算能力更强,从而实现降低对后端计算机的依赖,在提升三维分辨率的同事,进一步提升产品设备的易用性和便捷性(如不贴点、无需现场标定、无线三维扫描、多线激光等技术),实现生产流水线上自动检测,与裸眼3D显示的结合,与检测分析、设计建模及虚拟仿真等功能的结合和延伸等,也是未来三维视觉数字化产品技术和应用的发展方向。

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