L'acquisizione del rilievo tridimensionale di un oggetto può avvenire con diversi metodi, che vengono generalmente scelti in base all'accuratezza richiesta e alle dimensioni dell'oggetto da restituire digitalmente.

Tradizionalmente per i dipinti si è usata la fotografia in luce radente per evidenziare l'andamento della superficie. Questo è però un metodo qualitativo, al quale si sono affiancati recentemente metodi quantitativi.

Lo scanner a riga laser è un sistema attivo di acquisizione della forma di un oggetto basato sulla osservazione della deformazione di una lama di luce laser proiettata sulla superficie indagata. Con questo metodo a triangolazione si acquisiscono generalmente oggetti di medie dimensione, in un raggio fino a circa 2 metri. E' un processo relativamente lento, che richiede generalmente molte acquisizioni, da punti di vista diversi, di piccole aree da ricomporre successivamente tramite una registrazione.

Il metodo a proiezione di reticolo è un altro un sistema attivo che consiste nel proiettare sulla superficie dell'oggetto una serie di figure, generalmente costituite da righe parallele bianche e nere alternate e a diversa risoluzione, e acquisirne l'immagine con una fotocamera. Dalla distorsione visibile delle linee si ottiene il profilo dell'oggetto. Variando la spaziatura delle linee si può regolare l'accuratezza dell'acquisizione. L’acquisizione è generalmente un processo veloce. Anche in questo caso sono però generalmente necessarie molte acquisizioni successive di piccole aree, che devono venir ricomposte tramite una registrazione.

Il metodo fotogrammetrico si serve di acquisizioni, generalmente con fotocamere calibrate, di immagini da punti di vista diversi, per ricostruire il modello tridimensionale, sempre secondo il principio della triangolazione ottica. Le acquisizioni con questo metodo sono relativamente veloci. Questo metodo è adatto a oggetti di piccole dimensioni come ad edifici, a seconda dell'obiettivo e sensore usato. Nei sistemi più avanzati la ricomposizione avviene tramite un software automatico.

I metodi sopra elencati sono tutti non a contatto.
Insieme all'acquisizione del modello, con il metodo fotogrammetrico è sempre possibile acquisire anche l'informazione del colore dell'oggetto. Anche con gli altri due metodi, a seconda dello strumento utilizzato, è possibile talvolta acquisire anche il colore.

Al modello geometrico virtuale ricostruito si possono aggiungere inoltre tessiture derivanti, ad esempio, da ulteriori acquisizioni diagnostiche, contestualizzando così su di esso ogni ulteriore indagine.
Si possono inoltre effettuare misure dimensionali e rendere possibile il restauro e la fruizione virtuale.
Sono ottenibili poi copie fedeli degli oggetti tramite processi di stampa 3D.