Scanner 3D – Le guide complet (Partie II)

modèle 3D d'une boucle de ceinture

Un scanner 3D est un appareil qui analyse un objet pour recueillir des données sur sa forme et son apparence. Les données recueillies peuvent ensuite servir à construire des modèles numériques tridimensionnels. Pour en savoir plus, vous pouvez voir la partie 1 sur les scanners 3D. C’est ici que vous pouvez consulter les différentes machines à acheter.

De nombreuses technologies peuvent servir à construire ces dispositifs de numérisation 3D. Chaque technologie a ses propres limites, avantages et coûts. De nombreuses limitations dans les types d’objets numérisés existent encore. Par exemple, la technologie optique peut rencontrer de nombreuses difficultés avec des objets brillants, miroirs ou transparents. Ainsi, les scanners 3D à lumière structurée peuvent servir à construire des modèles 3D, sans tests destructifs.

Les données collectées sont utiles pour une grande variété d’applications. Ces appareils servent largement par l’industrie du divertissement, y compris la réalité virtuelle. Les autres applications courantes de cette technologie comprennent le design industriel, les orthèses, les prothèses, etc.

La fonctionnalité

numérisation 3D d'une squelette de rorqual commun

Le but d’un scanner 3D est généralement de créer un modèle 3D. Ce modèle 3D consiste en un nuage de points d’échantillons géométriques sur la surface du sujet. Ces points peuvent ensuite servir à extrapoler la forme du sujet (un processus appelé reconstruction). Si des informations de couleur se trouvent à chaque point, les nuances sur la surface du sujet peuvent avoir un impact.

Les scanners 3D partagent plusieurs traits avec les caméras. Comme la plupart des caméras, elles ont un champ de vision conique. De plus, elles ne peuvent recueillir que des informations sur des surfaces non obscurcies. Tandis qu’une caméra recueille des informations de couleur, un scanner 3D collecte des renseignements de distance. « L’image » produite par un scanner 3D décrit la distance à une surface à chaque point de la photo. Cela permet d’identifier la position tridimensionnelle de chaque point de l’image.

Dans la plupart des cas, un seul balayage ne produira pas un modèle complet du sujet. De multiples balayages, voire des centaines, de différentes directions sont nécessaires pour obtenir des informations sur les côtés du sujet. Ces scans doivent faire partie d’un système de référence commun, un processus généralement appelé alignement ou enregistrement. Ils se fusionnent ensuite pour créer un modèle 3D complet. Tout ce processus se nomme le pipeline de numérisation 3D.

La technologie

Il existe une variété de technologies pour acquérir numériquement la forme d’un objet 3D. Une classification bien établie les divise en deux types : avec et sans contact. Les solutions sans contacts peuvent se diviser en deux catégories : active et passive. Il existe une variété de technologies qui entrent dans chacune de ces catégories.

Avec contact

Les scanners 3D avec contact sondent le sujet, alors que l’objet touche sur une plaque de surface plane. Lorsque l’objet à numériser n’est pas plat, il repose sur un dispositif de fixation.

Le mécanisme du scanner peut avoir trois formes différentes :

  • Un système de chariot avec des bras maintenus en relation perpendiculaire et chaque axe glissant le long d’un chemin. De tels systèmes fonctionnent mieux avec profils plats ou de simples surfaces courbes convexes.
  • Un bras articulé avec des os rigides et des capteurs angulaires de haute précision. L’emplacement du bras implique des calculs pour calculer l’angle de rotation du poignet et de la charnière. C’est idéal pour sonder dans les crevasses et les espaces intérieurs avec une petite ouverture de bouche.
  • On peut utiliser un ensemble des deux méthodes, comme un bras suspendu à un chariot, pour cartographier des objets.

Exemple de scanner 3D avec contact, la MMT

machine à mesurer tridimensionnelle

 

La MMT (Machine à Mesurer Tridimensionnelle) est un exemple de scanner 3D avec contact. Elle trouve son application principalement dans la fabrication et peut être très précise. L’inconvénient des MMT, cependant, est qu’elles nécessitent un contact avec l’objet à scanner. Ainsi, l’acte de scanner l’objet peut le modifier ou l’endommager. Ce fait est important lorsqu’il s’agit de numériser des objets délicats tels que des artefacts historiques. L’autre inconvénient des MMT est qu’elles sont relativement lentes par rapport aux méthodes de balayage. Le mouvement physique du bras sur lequel la sonde est montée peut être très lent. Les MMT rapides ne peuvent fonctionner que sur quelques centaines de hertz. En revanche, un système optique comme un scanner laser peut fonctionner de 10 à 500 kHz.

D’autres exemples sont les palpeurs manuels utilisés pour numériser les modèles d’argile dans l’industrie de l’animation.

Sans contact actif

Les scanners actifs émettent un certain type de rayonnement ou de lumière. Ils détectent sa réflexion ou son rayonnement traversant des objets afin de sonder une chose ou un environnement. Parmi les types d’émissions possibles, nous mentionnons la lumière, les ultrasons ou les rayons X.

Le temps de vol

scanner lidar

Le scanner laser 3D à temps de vol est un appareil actif qui utilise la lumière pour sonder le sujet. Au cœur de ce type de scanner se trouve un télémètre laser à temps de vol. Le télémètre laser trouve la distance d’une surface en chronométrant le temps d’aller-retour d’une impulsion lumineuse. Un laser sert à émettre une impulsion de lumière. Le temps avant que la lumière réfléchie apparaisse dans un détecteur de mesure. Puisque la vitesse de la lumière est connue, le temps d’aller-retour détermine la distance de déplacement. Si est le temps d’aller-retour, alors, la distance est égale à . La précision dépend de la précision avec laquelle nous pouvons mesurer le temps : 3,3 picosecondes (env.). C’est le temps nécessaire à la lumière pour parcourir 1 millimètre.

Le télémètre laser ne détecte que la distance d’un point dans sa direction de visée. Ainsi, le scanner balaye son champ de vision, un point à la fois, en changeant la direction de visée. La direction de visée peut changer en tournant le télémètre ou en utilisant un système de miroirs. Cette dernière méthode permet de faire tourner les miroirs beaucoup plus rapidement et avec une plus grande précision. Les scanners laser 3D à temps de vol peuvent mesurer la distance de 10 000 à 100 000 points toutes les secondes.

Les dispositifs de temps de vol sont également disponibles en configuration 2D. C’est ce qu’on appelle une caméra à temps de vol.

La triangulation

règle de la triangulation

 

Les scanners laser 3D basés sur la triangulation sont des appareils actifs qui utilisent la lumière pour sonder l’environnement. En ce qui concerne le scanner laser 3D à temps de vol, il fait briller une lumière sur le sujet. Il exploite une caméra pour rechercher l’emplacement du point laser. Selon la distance à laquelle le laser frappe une surface, le point apparaît à différents endroits dans le champ visuel.

Cette technique s’appelle triangulation parce que le point laser, la caméra et l’émetteur forment un triangle. On connaît la longueur d’un côté du triangle, la distance entre la caméra et l’émetteur laser. On connaît également l’angle de l’émetteur laser. L’angle du coin de la caméra peut se déterminer en regardant l’emplacement du point dans le champ visuel. Ces trois éléments d’information déterminent entièrement la forme et la taille du triangle. Ils donnent l’emplacement du coin du point laser du triangle. Dans la plupart des cas, une bande laser, au lieu d’un seul point, passe à travers l’objet. Le Conseil National de Recherches du Canada fut le premier institut à développer le balayage laser par triangulation en 78.

Les forces et les faiblesses des télémètres à temps de vol et à triangulation

Les télémètres à temps de vol et à triangulation ont des forces et des faiblesses adaptées à des cas différents. L’avantage des télémètres à temps de vol est de pouvoir fonctionner sur de longues distances, sur des kilomètres. Ces scanners conviennent donc à la numérisation de grandes structures comme les bâtiments ou les entités géographiques. L’inconvénient des télémètres à temps de vol est leur précision. Du fait de la vitesse élevée de la lumière, la durée du trajet aller-retour est difficile à calculer. La précision est relativement faible, de l’ordre du millimètre.

Les télémètres à triangulation sont exactement le contraire. Ils ont une portée limitée de quelques mètres, mais leur précision reste relativement élevée. La précision des télémètres à triangulation est de l’ordre de dizaines de micromètres.

Les forces et les faiblesses des scanners à temps de vol

La précision des scanners à temps de vol est perdue lorsque le laser frappe le bord d’un objet. La coordonnée relative à la position du scanner pour un point ayant atteint le bord se calculera sur une moyenne. Elle placera donc le point au mauvais endroit. Lors de l’utilisation d’un scan à haute résolution, les chances que le faisceau frappe un bord augmentent. Les données résultantes montreront le bruit juste derrière les bords de l’objet. Les scanners avec une largeur réduite aideront à résoudre ce problème, mais limiteront leur portée. Le logiciel peut aider en déterminant que le premier objet à frapper par le faisceau laser doit annuler le second.

À un rythme de 10 000 points d’échantillonnage par seconde, les scans à faible résolution prennent moins d’une seconde. Les scans à haute résolution nécessitant des millions d’échantillonnages prennent des minutes pour un scanner à temps de vol. Le problème est la distorsion du mouvement. Comme chaque point fait l’objet d’un échantillonnage à un moment différent, tout mouvement du sujet ou du scanner faussera les données recueillies. Il est nécessaire de monter le sujet et le scanner sur des plates-formes stables et de minimiser les vibrations. L’utilisation de ces scanners pour numériser des objets en mouvement est très difficile.

Récemment, des recherches ont porté sur la compensation des distorsions causées par des vibrations dues au mouvement.

Lors d’un balayage, de légers mouvements se produisent dans la position du scanner en raison des changements de température. Si le scanner se trouve sur un trépied, ce côté se dilatera et déformera les données du scan. Certains scanners laser disposent de compensateurs de niveau pour contrer tout mouvement pendant la numérisation.

Holographie conoscopique

Dans un système conoscopique, un faisceau laser se projette sur la surface. La réflexion immédiate le long du même trajet de rayons se fait à travers un cristal conoscopique. Elle se projette sur un capteur CCD. Le résultat consiste en un modèle de diffraction analysable en fréquence pour déterminer la distance de la surface mesurée. Le principal avantage est qu’un seul trajet de rayons est nécessaire, permettant de mesurer la profondeur d’un trou.

Les scanners laser portatifs

Les scanners laser portatifs créent une image 3D grâce au mécanisme de triangulation décrit ci-dessus. Un point laser se projette sur un objet à partir d’un appareil portatif. Un capteur mesure la distance par rapport à la surface. C’est généralement un appareil à couplage de charge ou un dispositif sensible à la position. Les données recueillies se comparent à un système de coordonnées interne.

Par conséquent, pour collecter les données, il faut déterminer la position du scanner. La position se détermine à l’aide de caractéristique de référence sur la surface à numériser. C’est des onglets réfléchissants adhésifs, mais des caractéristiques naturelles ont été utilisées dans le cadre de travaux de recherche. Le suivi externe prend la forme d’un laser de suivi à caméra intégrée (pour fournir la position du scanner). Ces techniques ont tendance à utiliser des diodes électroluminescentes infrarouges fixées au scanner, offrant une résilience à l’éclairage ambiant.

Les données sont collectées par un ordinateur. Elles sont enregistrées sous forme de points de données dans un espace tridimensionnel. Les scanners laser portatifs peuvent combiner ces données avec des capteurs de lumière visible passifs pour construire un modèle 3D.

À lumière structurée

Les scanners 3D à lumière structurée projettent un motif sur le sujet. Ils regardent la déformation du motif sur le sujet. Le motif est projeté sur le sujet à l’aide d’un projecteur LCD. Une caméra, légèrement décalée par rapport au projecteur, regarde la forme du motif. Elle calcule la distance de chaque point du champ de vision.

L’analyse structurée de la lumière est un domaine de recherche très actif. Les cartes parfaites se sont également avérées utiles en tant que modèles lumineux structurés.

L’avantage des scanners 3D à lumière structurée est la vitesse et la précision. Au lieu de balayer un point à la fois, les détecteurs de lumière numérisent l’ensemble du champ de vision. Le balayage réduit ou élimine le problème de distorsion du mouvement. Certains systèmes existants sont capables de balayer des objets en mouvement en temps réel. VisionMaster crée un système de numérisation 3D avec une caméra de 5 Mpx. 5 millions de points de données sont acquis dans chaque image.

Un scanner en temps réel utilise la projection de franges numériques et la technique de décalage de phase. Le dispositif a été développé pour capturer, reconstruire et rendre des détails sur les objets déformés, à 40 FPS. Récemment, un autre scanner a été développé. Différents modèles peuvent être appliqués à ce système. La vitesse de capture et de traitement des données atteint 120 FPS. Il peut également scanner des surfaces isolées, par exemple, deux mains en mouvement. En utilisant le système de défocalisation binaire, des percées de vitesse ont été faites.

À lumière modulée

Ils font briller une lumière en constante évolution sur le sujet. Habituellement, la source de lumière cycle simplement son amplitude, selon un modèle sinusoïdal. Une caméra détecte la lumière réfléchie. La quantité de déplacement du motif détermine la distance parcourue par la lumière. Elle permet au scanner d’ignorer la lumière provenant des sources pour qu’il n’y ait pas d’interférence.

Techniques volumétriques

Médical

La tomodensitométrie est une méthode d’imagerie médicale générant une image tridimensionnelle de l’intérieur d’un objet. De même, l’imagerie par résonance magnétique est une autre technique offrant un contraste bien plus grand entre les tissus. Cela la rend particulièrement utile en imagerie neurologique (cerveau), musculo-squelettique, cardiovasculaire et oncologique (cancer). Ces techniques produisent une représentation volumétrique pouvant être visualisée ou manipulée en 3D aux algorithmes d’extraction d’isosurfaces.

Industriel

La tomodensitométrie industrielle, l’IRM, etc. sont utilisées dans d’autres domaines pour acquérir une représentation numérique.

Sans contact passif

Les solutions d’imagerie 3D passive n’émettent aucun type de rayonnement. Cependant, elles s’appuient sur la détection du rayonnement ambiant réfléchi. La plupart des solutions de ce type détectent la lumière visible parce qu’il s’agit d’un rayonnement ambiant. D’autres types de rayonnement, comme l’infrarouge, pourraient également être utilisés. Les méthodes passives peuvent être très bon marché. Dans la plupart des cas, elles ne nécessitent pas de matériel particulier, mais de simples appareils photo numériques.

  • Les systèmes stéréoscopiques utilisent généralement deux caméras vidéo, légèrement espacées, regardant la même scène. En analysant les différences entre les images, il est possible de déterminer la distance à chaque point. Cette méthode est basée sur les mêmes principes qui régissent la vision stéréoscopique humaine.
  • Les systèmes photométriques utilisent généralement une seule caméra. Cependant, ils prennent plusieurs images dans des conditions d’éclairage variables. Ces techniques tentent d’inverser la formation d’image pour récupérer l’orientation de la surface à chaque pixel.
  • Les techniques de silhouette utilisent des contours créés par des photographies autour d’un objet 3D sur un fond contrasté. Ces silhouettes sont extrudées et croisées pour former l’approximation visuelle de la coque de l’objet. Avec ces approches, certaines concavités d’un objet (comme l’intérieur d’un bol) ne peuvent pas être détectées.

Assistance à l’utilisateur (modélisation basée sur l’image)

Il existe d’autres méthodes basées sur la détection assistée par l’utilisateur. L’identification des caractéristiques et formes sur des images différentes permet de construire une approximation de l’objet lui-même. Ce type de techniques est utile pour construire rapidement une approximation d’objets de forme simple comme les bâtiments. Différents packages commerciaux sont disponibles comme D-Sculptor, iModeller, Autodesk ImageModeler, 123DCatch ou PhotoModeler.

Cette sorte de solution d’imagerie 3D est basée sur les principes de la photogrammétrie. C’est une méthodologie comparable à la photographie panoramique, sauf que les photos sont prises sur un espace 3D.

Reconstruction

À partir des nuages de points

Les nuages de points peuvent être utilisés pour la mesure et la visualisation dans le monde de l’architecture.

À partir des modèles

Cependant, la plupart des applications utilisent à la place des modèles basés sur les caractéristiques modifiables.

  • Modèles à mailles polygonales : Dans une représentation polygonale, une face courbe est modélisée comme de nombreuses petites surfaces planes à facettes. Les modèles polygonaux sont utiles pour la visualisation, mais ils sont généralement lourds. Ils sont aussi relativement difficiles à éditer sous cette forme. La reconstruction consiste à trouver et à relier des points adjacents avec des lignes droites pour créer une surface continue. De nombreuses applications, gratuites ou payantes, sont disponibles à cette fin (p. ex. : MeshLab, PointCab, etc.).
  • Modèles de surface : Le niveau de sophistication suivant dans la modélisation implique l’utilisation d’une courtepointe de patchs pour modéliser la forme. Il peut s’agir de NURBS, T-splines ou d’autres représentations courbes. En utilisant NURBS, la forme sphérique devient une véritable sphère mathématique. Certaines applications offrent une mise en page de patch à la main. Cependant, les meilleures de leur catégorie offrent à la fois une mise en page automatisée et manuelle. Ces patchs ont l’avantage d’être plus légers et manipulables lorsqu’ils sont exportés vers la CAO. Les modèles sont modifiables, mais seulement dans le sens sculptural de pousser et de tirer pour déformer la surface. Cette représentation se prête bien au modelage de formes organiques et artistiques. Les fournisseurs de modélisateurs de surface comprennent Rapidform, Geomagic, etc.
  • Modèles CAO solides : Du point de vue de l’ingénierie et de la fabrication, la représentation d’une forme est le modèle CAO. En CAO, la sphère est décrite par des caractéristiques paramétriques qui sont modifiables en changeant une valeur.

Présentation de ces modèles

Ces modèles CAO ne décrivent pas l’enveloppe de l’objet. Cependant, ils incarnent également « l’intention de conception », c’est-à-dire les caractéristiques critiques et leur relation. Un exemple d’intention de conception qui n’est pas évident dans la forme pourrait être les boulons à oreilles. Cette connaissance entraînerait la séquence et la méthode de création du modèle CAO. Un concepteur conscient de cette relation ne concevrait pas les boulons à oreilles référencés au diamètre extérieur, mais au centre. Un modélisateur qui crée un modèle CAO voudra inclure à la fois la forme et l’intention de conception.

Les fournisseurs offrent différentes approches pour accéder au modèle CAO paramétrique. Certains exportent les surfaces NURBS. Donc, ils laissent au concepteur CAO le soin de compléter le modèle (p. ex. : Geomagic, Imageware, etc.). D’autres utilisent les données de numérisation pour créer un modèle basé sur les caractéristiques importé dans la CAO. Elles donnent un modèle CAO complet, capturant à la fois la forme et l’intention de conception. D’autres applications CAO sont suffisamment robustes pour manipuler des points dans l’environnement (p. ex. : CATIA, etc.).

À partir d’un ensemble de tranches 2D

reconstruction 3D du cerveau

Les tomodensitomètres industriels et autres ne produisent pas de nuages de points, mais un ensemble de tranches 2D. Elles sont ensuite « empilées ensemble » pour produire une représentation 3D. Il y a plusieurs façons de le faire en fonction de la sortie requise :

  • Rendu volumétrique : Les différentes parties d’un objet ont généralement des valeurs de seuil ou des densités de niveaux de gris. À partir de là, un modèle tridimensionnel peut être construit et affiché à l’écran. Plusieurs modèles peuvent être construits à partir de différents seuils. Cela permet à différentes couleurs de représenter chaque composant de l’objet. Le rendu volumétrique est utilisé seulement pour la visualisation de l’objet scanné.
  • Segmentation de l’image : Lorsque différentes structures ont des valeurs de seuil similaires, elles peuvent devenir impossibles de les séparer en ajustant les paramètres. La solution est appelée segmentation, une procédure manuelle ou automatique. La segmentation permet d’éliminer les structures indésirables de l’image. Le logiciel de segmentation d’images permet d’exporter les structures en format CAO ou STL pour une manipulation ultérieure.
  • Maillage basé sur l’image : Lors de l’utilisation de données pour l’analyse computationnelle, la segmentation des données et le maillage peuvent devenir chronophages. Ils peuvent aussi devenir insolubles pour les topologies complexes des données d’images. La solution s’appelle le maillage basé sur l’image, un processus automatisé de génération de données scannées.

À partir de scans laser

Il décrit la méthode générale d’échantillonnage d’une surface à l’aide de la technologie laser. Il existe plusieurs domaines d’applications. Ils diffèrent principalement dans la puissance des lasers utilisés et dans les résultats du processus de balayage. Une faible puissance laser est utilisée lorsque la surface balayée n’a pas besoin d’être influencée. Le balayage laser confocal ou 3D sont des méthodes permettant d’obtenir des informations sur la surface balayée. Une autre application de faible puissance utilise des systèmes structurés de projection de lumière pour la métrologie.

La puissance laser utilisée pour les équipements de balayage laser dans les applications industrielles est généralement inférieure à 1 W. Le niveau de puissance est généralement de l’ordre de 200 mW ou moins, mais parfois plus.

Applications

Industrie de conception et de génie civil

  • Commande robotique : p. ex., un scanner laser peut fonctionner comme « l’œil » d’un robot.
  • Schémas de construction de ponts, d’installations industrielles et de monuments.
  • Documentation des sites historiques.
  • Modélisation et aménagement d’un site.
  • Contrôle de qualité.
  • Études quantitatives.
  • Suivi de la charge utile.
  • Réaménagement de l’autoroute.
  • Établir une marque de référence de la forme ou de l’état préexistant pour détecter les changements structurels. Cela résulte à l’exposition des charges extrêmes comme un tremblement de terre, l’impact d’un navire, etc.
  • Créer des cartes SIG (Système d’Information Géographique) et de la géomatique.
  • Balayage laser souterrain dans les mines et les vides karstiques.
  • Documentation médico-légale.

Processus de conception

  • Augmenter la précision en travaillant avec des pièces et des formes complexes.
  • Coordonner la conception de produits en utilisant des pièces provenant de sources multiples.
  • Mise à jour des anciens scans de CD avec ceux de la technologie la plus récente.
  • Remplacement de pièces manquantes ou plus anciennes.
  • Réaliser des économies de coûts en autorisant les services de conception conforme à l’exécution.
  • « Apporter l’usine aux ingénieurs » avec des scans partagés sur le web.
  • Économiser les frais de déplacement.

Divertissement

Les scanners 3D sont utilisés par l’industrie du divertissement pour créer des modèles numériques pour les films, etc. Ils sont largement utilisés dans la cinématographie virtuelle. Dans les cas où il existe un équivalent, il est plus rapide de scanner l’objet que de créer manuellement. Souvent, les artistes sculptent des modèles physiques de ce qu’ils veulent. Ils les numérisent plutôt que de créer directement des modèles numériques sur ordinateur.

Photographie 3D

Les scanners 3D évoluent pour l’utilisation de caméra afin de représenter des objets 3D de manière précise. Des entreprises émergent depuis 2010, créant des portraits en 3D (figurines ou selfies 3D).

selfie imprimé par Shapeways

Application de la loi

Le balayage laser 3D est utilisé par les organismes d’application de la loi partout dans le monde. Les modèles 3D sont utilisés pour la documentation sur site de :

  • Scène de crime.
  • Trajectoires de balles.
  • Analyse du profil des taches de sang.
  • Reconstitution de l’accident.
  • Attentats à la bombe.
  • Accident d’avion, et autres…

Ingénierie inverse

kiosque fantasitron

L’ingénierie inverse d’un composant mécanique nécessite un modèle numérique précis des objets à reproduire. Plutôt qu’un ensemble de points, un modèle numérique précis peut être représenté par un maillage polygonal. On peut aussi représenter par un ensemble de surface NURBS ou, idéalement, un modèle CAO pour les composants mécaniques. Un scanner 3D peut être utilisé pour numériser des composants de forme libre. Contrairement à une MMT, elle n’est utilisée que pour déterminer les dimensions d’un modèle prismatique. Ces points de données sont traités pour créer un modèle utilisable, à l’aide d’un logiciel de rétro-ingénierie.

Immobilier

Les terrains ou les bâtiments peuvent faire l’objet d’une numérisation en modèle 3D. Cela permet aux acheteurs de visiter et d’inspecter la propriété à distance, sans avoir à être présents sur place. Il y a déjà au moins une entreprise qui offre des visites virtuelles de l’immobilier numérisé en 3D. Une visite virtuelle typique consisterait en une vue de la maison de poupée, une à l’intérieur, ainsi qu’une autre à l’étage.

Tourisme virtuel ou à distance

L’environnement d’un lieu d’intérêt permet de capturer et de convertir en modèle 3D. Ce modèle peut faire l’objet d’une exploration par le public, soit par le biais d’une interface virtuelle, soit en 2D. Cela permet à l’utilisateur d’explorer les endroits qui ne sont pas pratiques pour voyager.

Patrimoine culturel

Il a entrepris divers projets de recherche en balayant les sites historiques à des fins de documentation.

L’utilisation des technologies permet la reproduction d’objets sans avoir recours à des techniques de moulage. Dans un exemple, il a acquis une gargouille avec un scanner 3D et il a traité les données avec MeshLab. Il a transféré le modèle résultant sur une machine de prototypage rapide pour créer une réplique de l’objet.

Michel-Ange

En 99, deux groupes de recherche différents ont commencé à scanner les statues de Michel-Ange. L’Université de Stanford avec un groupe dirigé par Marc Levoy a utilisé un scanner à triangulation laser. Cyberware l’a construit pour scanner des statues à Florence. Les scanners ont produit une densité de points de données d’un échantillon par 0,25 mm. C’est assez détaillé pour voir les marques de burin de Michel-Ange. Ces scans ont produit une grande quantité de données (jusqu’à 32 Go). Le traitement des données de ses scans a pris 5 mois. À peu près de la même période, un groupe de recherche d’IBM a scanné la Pietà de Florence. Le modèle a servi pendant la restauration de la statue en 2004.

Monticello

En 2002, David Luebke a scanné le Monticello de Thomas Jefferson. Il a utilisé un scanner laser à temps de vol, le DeltaSphere 3000. Il a regroupé les données pour créer le Monticello au Musée d’art de La Nouvelle-Orléans en 2003. L’exposition virtuelle de Monticello simulait une fenêtre regardant dans la Bibliothèque de Jefferson. L’exposition se composait d’une projection arrière sur un mur et d’une lunette stéréo pour le spectateur. Les lunettes, combinées à des projecteurs polarisés, ont fourni un effet 3D. Le suivi de position a permis à l’écran de s’adapter à mesure que le spectateur se déplace. Cela crée l’illusion que l’écran est en fait un trou dans le mur regardant la Bibliothèque de Jefferson. L’exposition du Cabinet de Jefferson était un stéréogramme de barrière (un hologramme non actif différent sous divers angles).

Tablettes cunéiformes

En 2003, Subodh Kumar a entrepris la numérisation 3D sur des tablettes cunéiformes anciennes. Il utilise également un scanner à triangulation laser. Il a scanné les tablettes sur une grille régulière à une résolution de 0,025 mm.

Tombes de Kasubi

Un projet de numérisation 3D, appelé CyArk 2009, a produit des maquettes architecturales de Muzibu Azaala Mpanga. Le 16 mars 2010, un incendie a brûlé une grande partie de la structure. Les travaux de reconstruction sont susceptibles de s’appuyer fortement sur l’ensemble des données.

« Plastico di Roma antica »

En 2005, Gabriele Guidi a scanné le « Plastico di Roma antica », un modèle de Rome, créé au siècle dernier. Ni la méthode de triangulation ni le temps de vol ne répondaient aux exigences de ce projet. Le document à numériser était à la fois volumineux et contenait de petits détails. Ils ont constaté qu’une lumière modulée pouvait fournir un objet de la taille du modèle et la précision requise. La lumière modulée se complétait par une triangulation utilisée pour numériser certaines parties du modèle.

Autres projets

Le 3D Encounters Project vise à utiliser le balayage laser 3D pour créer une bibliothèque d’images au Musée Petrie. English Heritage a étudié l’utilisation de ceci pour un large éventail d’applications afin d’obtenir des données archéologiques. Le National Conservation Centre a produit des scans laser sur commande, y compris des objets portables. La Smithsonian Institution a un projet, appelé Smithsonian X 3D, pour l’étendue des types d’objets à scanner. Il s’agit de petits objets comme les insectes et les fleurs, donc, des objets à taille humaine. Il convient de noter que les données fournies sont gratuites pour le public et disponibles en différents formats.

Médical CAO/FAO

Les scanners 3D servent à capturer la forme d’un patient en orthopédie et dentisterie. Elle supplante progressivement les plâtres fastidieux. Les logiciels de CAO/FAO servent ensuite à concevoir l’orthèse, la prothèse ou les implants dentaires.

De nombreux systèmes dentaires utilisent les technologies du scanner 3D pour capturer la surface d’une préparation dentaire. Les systèmes sont conçus pour faciliter la numérisation 3D d’une préparation in vivo et produire la restauration.

Assurance qualité

La numérisation d’objets est d’une importance vitale dans divers domaines d’application. Cette méthode sert notamment à l’assurance qualité industrielle pour mesurer la précision des dimensions géométriques. Les procédés industriels tels que l’assemblage sont complexes, hautement automatisés et généralement basés sur des données CAO. Le problème réside dans le fait que le même degré d’automatisation s’impose également pour l’assurance qualité. Par exemple, assembler une voiture moderne est une tâche très complexe, puisqu’elle se compose de nombreuses pièces à assembler. La performance optimale de ce procédé se trouve garantie grâce à des systèmes d’assurance qualité. En particulier, la géométrie des pièces métalliques doit faire l’objet d’un contrôle pour s’assurer qu’elles ont les dimensions correctes.

Dans le cadre de procédés hautement automatisés, les mesures géométriques qui en résultent passent aux machines. En raison d’incertitudes mécaniques et d’abrasions, le résultat peut différer de sa valeur nominale numérique. Afin de capturer et d’évaluer automatiquement ces écarts, la pièce fabriquée doit également procéder à la numérisation. Pour ce faire, des scanners 3D permettent de générer des échantillons à partir de la surface de l’objet.

Métrologie industrielle

Le procédé de comparaison des données par rapport à un modèle CAO se nomme CAD-Compare. Il peut être une technique utile pour des applications. Actuellement, les scanners à triangulation laser, la lumière structurée et le balayage par contact sont les technologies les plus utilisées. Le balayage par contact reste l’option la plus lente, mais globalement la plus précise. Néanmoins, la technologie de numérisation 3D offre des avantages indéniables par rapport aux mesures traditionnelles par palpeur. Les scanners à lumière blanche ou laser numérisent avec précision les objets tout autour. Toute la surface est couverte à une vitesse record sans risque d’endommager la pièce. Des tableaux comparatifs illustrent les déviations géométriques du niveau de l’objet. Cela permet de mieux comprendre les causes potentielles.