Les technologies 3D

BLANDEAU JérômeCROSNIER Louise

HANS William

IntroductionLe sujet de veille que nous avons choisi est les technologies 3D.

La 3D existe depuis les années 80. Mais ce n’est que durant les années 2000 qu’elle s’est réellement développée.

Tout d’abord, la 3D signifie trois dimensions, c’est-à-dire un objet ou un espace ayant une longueur, une profondeur et une hauteur. L’utilisation de la 3D introduit plusieurs idées : relief, profondeur et perspective.

Ensuite, la création d’une image ou d’une animation 3d est cependant bien plus complexe que ce qu’il n’y paraît.

En effet, pour obtenir une image 3D de qualité, plusieurs étapes sont nécessaires. Certaines sont très longues et nécessitent du matériel informatique de pointe ainsi qu’un savoir-faire. Nous décrirons ces différentes étapes plus loin.

Il existe plusieurs techniques associées à la 3D.

Ainsi, il convient de bien faire la différence entre la 3D temps réel et la 3D pré-calculée.

Nous présenterons également ce qu’est la 3D relief, appelée stéréoscopie. C’est le procédé notamment utilisé au cinéma pour donner l’impression de relief au spectateur.

BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013

Plan de présentationI. La 3D virtuelle

1. CAO2. Images de synthèse et cartographie3. Télévision et Cinéma 3D

II. Numérisation et création de la 3D1. Scanner 3D2. Imprimante 3D3. Les applications de la 3D

III. Prospective1. La 3D dans le futur2. Comment imaginons-nous la 3D de demain?


Carte heuristique


Vocabulaire anglais-françaisFrançais Anglais

Trois dimensions Three-dimensional position

Imprimante 3D 3D printer

Télévision 3D 3D television

Stéréoscopie Stereoscopy

Images de synthèse Relief picture

Infographie Computer graphics

Holographie Holography

Topographie Topography

CAO CAD

Scanner 3D 3D Scanner


I. La 3D virtuelle


1. Conception Assistée par Ordinateur


« La conception Assistée par Ordinateur (CAO) comprend l'ensemble des logiciels et des techniques de modélisation géométrique permettant de concevoir, de tester virtuellement - à l'aide d'un ordinateur et des techniques de simulation numérique - et de réaliser des produits manufacturés et les outils pour les fabriquer. », Wikipédia, définition de la CAO.

Un logiciel de CAO permet donc de créer tout type d'objets, de produits, de plans ou d'assemblages de pièces, numériquement en deux ou trois dimensions, en le décrivant parfaitement sous tous les angles. La Conception Assistée par Ordinateur peut se décliner sous plusieurs formes, comme par exemple :•le dessin assisté par ordinateur (DAO)•l'ingénierie assistée par ordinateur (IAO)•la fabrication assistée par ordinateur (FAO)

Dessin CAO

en 2D

Modèle CAO en

3D


La CAO se développa et s'installa dans les entreprises entre les années 1975 à 1990, suite aux avantages qu'elle offrait par rapport aux techniques de dessin et de calcul antérieures :•le gain de temps•la réduction des coûts du processus de conception•la grande précision des mesures•la visualisation sous tous les angles, en 2D ou 3D•les simulations numériques•la modification du concept aisée•la visualisation d'assemblage de piècesEt bien d'autres avantages encore. Les premières entreprises à utiliser cette technologie furent celles qui concevaient des produits complexes, dans le domaine de l'aéronautique, de l'automobile ou de l'électronique par exemple. De plus, la CAO s'est répandue dans le secteur de l'entreprise avec la démocratisation de l'ordinateur.

De nos jours, la CAO s'est répandue dans le secteur de l'entreprise, et le nombre de logiciels de CAO a fortement augmenté, plus ou moins spécialisés dans de nombreux domaines :•la mécanique, dont les logiciels les plus connus sont Solidworks, Inventor, Catia, Pro Engineer, Shark.•l'architecture et la construction, avec pour leader AutoCAD. IntelliPlus, beaucoup moins onéreux, est une bonne alternative. On trouve aussi Revit Architecture, Archicad, ou IntelliPlus Architecturals, plus adaptés à l'architecture en 3D.•l'électronique, avec pour leader européen Mentor Graphics.•mais aussi l’électrotechnique, le moléculaire...Comparatif de logiciels de CAO et leur prix sur http://www.logicielcao.fr/

2. Images de synthèse 3D


La troisième dimension a eu des apports en cartographie statistique, c’est-à-dire que les cartes en prismes imprimés sont devenus des modèles 3D interactifs. La représentation en trois dimensions peut être considérée comme une évolution de la carte classique.

Voici un exemple de l’évolution due à la troisième dimension avec les densités de population en Europe en 2000.

Carte en auréoles 2D

Carte en relief 3D


Les apports de la troisième dimension en cartographie statistique:

•Tout d’abord, le principe d’extrusion des régions d’un fond de carte sur la troisième dimension est un outil que l’on utilise pour apprécier visuellement la qualité d’un regroupement de valeurs en classes en vue d’une représentation cartographique.

•Les apports de la troisième dimension en cartographie statistique est une représentation facilement compréhensible et perceptible. La vision d’un relief, d’un paysage, fait appel à des capacités d’interprétation beaucoup plus basiques que la lecture d’une carte en deux dimensions.

•Un intérêt plus pratique de ce type de représentation se perçoit lorsque l’on fait pivoter la carte prismatique autour d’un point central. Pour illustrer cela, nous allons montrer un exemple avec l’évolution de la population des départements français entre 1999 et 2004 (estimations annuelles INSEE)


Exemple : l’évolution de la population des départements français entre 1999 et 2004 (estimations annuelles INSEE)

La partie sud de la France qui présente les taux d’évolution positive les plus forts forme une sorte de «barrière», qui va gêner la visualisation si l’on utilise un positionnement «classique» du nord de la carte vers le haut de l’image. En pivotant le nord vers l’observateur, tout en abaissant le point de vue, on obtient une représentation beaucoup plus éloquente. On note une bien meilleure lisibilité des différences de valeurs entre départements, différences masquées auparavant par le regroupement en classes.

3. Télévision et cinéma 3DLa TV 3D est une technologie qui permet d'afficher sur sa TV : des émissions, retransmissions sportives, films et reportages en 3 dimensions. L'affichage des images en 3D repose sur le principe de la stéréoscopie. Au lieu d'afficher une seule image pour les 2 yeux, il y a une image séparée pour chaque œil du spectateur. Entre 5 et 10 % des personnes souffrent d’une maladie : la cécité stéréo, qui ne leur permet pas de voir la télévision en 3 dimensions. Chez d’autres, une exposition prolongée peut leur provoquer des maux de tête. Conversion TV 2D en 3D : plusieurs marques de téléviseurs 3D proposent un moteur de conversion 2D en 3D (téléviseurs LCD et plasma compatibles 3D), c’est un processus de traitement vidéo en temps réel qui donne du relief aux images 2D. Quel que soit le programme regardé, il est possible d'activer le filtre "3D" qui donnera un effet de profondeur à la scène. L'impression de relief est toutefois inférieure aux disques Blu-ray 3D.


Samsung et LG ont sorti leurs premiers téléviseurs 3D en en mars 2010, au Japon puis au US. En Europe, ils sont sorti à l'été 2010.

BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William I ISTIA – EI2 2012-2013

Les lunettes 3D deviennent un objet de consommation, bientôt on les emmènera chez des amis ou au cinéma. Des industriels se sont spécialisés dans ce domaine pour créer des lunettes 3D design, et de plus en plus personnalisables pour que chacun y trouve son style. Il existe plusieurs types de lunettes :• Les lunettes anaglyphes : utilisées depuis les premiers films en 3D, peu coûteuses, compatibles avec tous les téléviseurs, mais il y a des inconvénients : mauvaise colorimétrie, phénomène d'images fantômes, fatigue visuelle.

• Les lunettes passives : plus récentes, meilleur rendu, utilisées dans de nombreuses salles de cinéma. Chaque image affichée à l'écran est constituée à la fois d’une image destinée à l'œil droit et d’une destinée à l'œil gauche.

•Les lunettes actives : verres moins sombres, meilleur rendu, utilisées dans certaines salles de cinéma 3D et par les téléviseurs 3D, retenues par la norme 3D. Elles sont synchronisées avec le téléviseur ou l'écran de projection, et chaque verre se ferme et s'ouvre alternativement, jusqu'à plusieurs centaines de fois par seconde.

Avec les téléviseurs 3D actuels, l'utilisation des lunettes actives est obligatoire. Ce type de lunettes nécessite une connexion infra-rouge entre la paire de lunettes et l'écran, ce qui consomme de l'énergie, c'est pourquoi les lunettes fonctionnent à piles.


Les premiers films en 3D donnent un effet de profondeur et le spectateur a l’impression d’être physiquement à l’intérieur de l’intrigue, il est ainsi « projeté » dans le film. La 3D a également fait naître de nouvelles formes de mise en scène et de narration, renouvelant ainsi le septième art.

De plus en plus, les grands classiques du cinéma sont convertis en 3D, ce qui fait renaître ainsi un cinéma expressif et populaire. Depuis 2009, Disney produit tous ses films en 3D.

La Blu-ray 3D est actuellement la meilleure source disponible pour regarder des films à domicile. Concrètement, un film Blu-ray nécessite un espace de stockage environ 1,5 plus grand qu'un film en HD.

Le jeu vidéo PC ou sur console de salon constitue une excellent source d'image pour les téléviseurs 3D. En reliant un PC portable ou fixe (doté d'une carte graphique compatible 3D) à un téléviseur 3D, on peut jouer avec un effet de profondeur sur la plupart des jeux vidéo PC récents. Du côté des consoles de jeux, seule la PS3 est compatible avec la 3D.

Les années 2000 marquent une révolution du numérique. Le public est à la recherche de nouvelles expériences visuelles. Il y a des contrastes entre des bonnes productions au relief soigné (« Avatar », 2009, dont James Cameron s’impose comme le maître de la 3D) et des œuvres plus négligées (« Choc des Titans », 2010).

II. Numération et création en 3D


1. Scanner 3D


• L’apparition de ces outils ou plutôt de la numérisation 3D dans les années apporte dorénavant aux bureaux d’études un complément intéressant à la CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Ainsi, on peut scanner des coques et des ponts de bateaux, des pièces mécaniques, des parties du corps etc.

• Le scanner 3D peut aussi compléter le travail réalisé en CAO et réduire les coûts de développement et de construction.

• Un scanner 3D ou tridimensionnel est un appareil de numérisation et d'acquisition 3D.

• Un scanner 3D est un appareil qui analyse les objets ou leur environnement proche pour recueillir des informations précises sur la forme et éventuellement sur l'apparence (couleur, texture, …) de ceux-ci.


• En ce qui concerne le marché des scanners 3D : FARO® Laser Scanner Focus3D est le Leader du marché de la documentation 3D

Il présente les caractéristiques suivantes :

•Le Focus3D est un scanner 3D ultrarapide qui permet de réaliser des mesures détaillées et de la documentation 3D. Grâce à la technologie laser, le Focus3D Multi-Sensor est capable de générer en quelques minutes des images 3D détaillées de la réalité et de leur géométrie.•Exemple : images d’immeubles et leurs déformations de façades et de structure, scènes de crime, détails d’accident, géométries de produit, usines, industrie des processus.

•Avantages : cet outil grâce au Focus3D Multi-Sensor dans SCENE 5.0 permet un niveau d’automatisation inégalé qui réduit les opérations manuelles et accélère les projets.

2. Imprimante 3DL’impression 3D a été inventée par MIT (Massachussetts Institute of Technology) dans les années 80. Les premières imprimantes 3D étaient grandes, coûteuses et très limitées dans ce qu’elles pouvaient produire. Le terme «impression 3D» a été inventé plus tard, en 1995.

L’impression 3D est un procédé de fabrication en trois dimensions développée pour le prototypage rapide. Un objet est créé en fixant des couches successives de matière. L'impression 3D est considérée comme distinct du traditionnel usinage techniques (coupe, forage…).


Principe : il est assez proche de celui d’une imprimante 2D classique.Suivant l'utilisation des différents procédés, il est possible d'obtenir de nombreux matériaux : plastique, cire, métal... L’impression 3D produit un objet réel à partir d'un fichier CAO (Conception Assistée par Ordinateur). La machine lit la conception, découpe en tranches, puis dépose couche par couche de la matière, sous forme liquide ou en poudre, afin d’obtenir une pièce terminée. C'est l'empilement de ces couches qui crée un volume.


L’impression 3D fournit rapidement des pièces physiques de qualité en haute définition. Selon vos besoins, vous pouvez choisir entre les différents systèmes d’impression 3D et les différents matériaux de fabrication. Les applications sont nombreuses, diverses et variées, elles vont de l'industrie (production de voitures, d'avions…) à la visualisation de projets (vérification d'ergonomie pour l'architecture, les études de design…) et sont capables d’imprimer n'importe quelle forme ou fonction géométrique.

Il existe plusieurs technologies d’impression professionnels 3D (de 15 000 à 100 000 euros ) :•Impression 3d par jets multiples•Impression 3d par collage de poudre•Impression 3d par dépôt de fil de résine•Impression 3d par flashage UV de couche de résine liquide

Le leader du marché pour les imprimantes 3D est Stratasizs.

3. Les applications de la 3D


Les technologies 3D ont plusieurs applications principalement sur les domaines suivants : le design/conception, le médical, l’art, l’archéologie, le patrimoine, la bijouterie, la joaillerie, l’inspection, la comparaison 3D et le contrôle 3D .

Le design et la conceptionLa numérisation 3D est utilisée dans l’industrie pour aider au design par l’intermédiaire d’un scanner 3D servant à numériser des formes existantes.

Ces formes peuvent être de plusieurs types :•Formes organiques, issues d’un modelage réalisé à la main (en résine, en terre cuite type argile,...)•Forme organique issue de la nature (exemple : pierre, morceaux de bois,...)•Produits déjà existants dont on ne dispose pas des fichiers CAO (objet quelconque, pièce interne,...)


La bijouterie et la joaillerieLes scanners 3D sont aussi utilisés dans la bijouterie et la joaillerie pour différentes applications :•numérisation d’un bijou pour lutter contre le vol.•duplication d’un bijou réalisé à la main pour produire une série de bijoux à l’identique.•numérisation de pierres précieuses pour créer un bijou sur mesure.

L’art, l’archéologie et le patrimoine L’art depuis quelques années utilisent également les scanners 3DLes utilisations sont vastes :•archiver des œuvres d’art•se protéger contre la contrefaçon•capitaliser sur la collection•pouvoir recréer l’œuvre si besoin. Exemples : reconstitution d’une fresque, d’une statue ancienne endommagée par le temps.


Le médical :Le domaine médical utilise, de plus en plus, les systèmes de numérisation 3D comme des scanners à triangulations et des scanners IRM qui permettent de reconstituer en 3D certaines parties du corps.

Le domaine dentaire :•numérisation de modèles de mâchoires de patient pour réaliser des prothèses fixes, mobiles, appareils dentaires, et implants.

Le domaine de l’orthopédie :•numérisation du corps des patients comme une prise d’empreinte numérique pour réaliser des prothèses sur mesure comme : des corsets, des minerves, des sièges et des matelas sur mesure.•les podo-orthopédistes prennent une empreinte numérique du pied des patients pour réaliser des chaussures sur mesure.

III. Prospective dans le futur


1. La 3D dans le futur


Le futur de la télévision en 3D sont les films en 4D, la quatrième dimension étant les mouvements des fauteuils, les odeurs, les effets d'humidité et de chaleur.

Des personnes réfléchissent pour inventer la télévision 3D sans lunettes pour améliorer le confort des utilisateurs.A ce stade, la réalité aura rejoint la fiction comme dans Star Wars lorsque princesse Leia appelle à l'aide au travers d'un hologramme...

Le futur des imprimantes 3D serait qu’elles impriment plus rapidement.Des chercheurs travaillent actuellement sur des imprimantes 3D capables de fabriquer de la nourriture avec des cartouches de protéines, de graisses, et ainsi " imprimer ", ou plutôt reproduire, créer un steak. Mais ce sont des recherches, et cet avenir semble encore bien loin.

Un certain chimiste aimerait créer des plans de molécules qui pourraient être téléchargés et imprimés depuis une imprimante spéciale, on pourrait faire ainsi un objet avec une imprimante 3D, et aussi imprimer des médicaments….Mais ceci semble dangereux car chaque utilisateur pourraient faire ces propres médicaments…

2. Comment imaginons-nous la 3D?


Jérôme : Pour moi, la technologie 3D pourrait être développé afin de réaliser une ville holographique. La 3D pourrait aussi servir à améliorer les modes d’entraînements pour différents sports et de facilité l’accessibilité aux activités sportives.Exemple : pratiquer le tennis ou football chez soi (sport qui nécessite un grand espace et ainsi un déplacement aux lieux de l'activité). Louise : Pour moi, la 3D de demain sera un objet que l’on verra au quotidien. La plupart des foyers possédera une imprimante 3D, elle remplacera l’imprimante 2D ! Nous imaginerons un objet, nous le fabriqueront sur l’ordinateur et nous n’aurons plus qu’à l’imprimer ! Tous les films seront en 3D, et nous n’arriverons plus à regarder un film en 2D, tellement nous trouverons la 2D « fade ». Avec la 3D, nous nous sentirons totalement dans le film.En ce qui concerne le domaine médical, pour moi, la 3D va faire évoluer la médecine. William : J'imagine la 3D de demain à travers la vision des films futuristes ou de sciences-fictions. Comme dans Star Wars, peut-être que nous auront un jour des projecteurs holographiques pour être présent virtuellement à d'autres endroits. Ou peut-être qu'en marchant dans la rue les grands écrans publicitaires diffuseront des images holographiques interactives avec les passants, comme dans retour vers le futur, lorsque Marty se fait « manger » par un requin holographique...

Conclusion


Pour nous, « les technologies 3D » était un sujet très vague, c’est pour cela que nous avons voulu en savoir plus sur ce thème, et nous avons appris beaucoup de choses.

Ce sujet est très large, il a donc fallu évaluer et retenir uniquement les informations les plus importantes, ce qui n’a pas toujours était facile.En effet, la « 3D » se développe énormément en ce moment dans tous les domaines. Il n’était donc pas possible de parler de tout ce qui concernait ce sujet.

Ce projet nous a vraiment appris pleins de choses que nous ne connaissions pas, cela était donc très captivant de s’y intéresser.

Faire de la veille technologique n’a pas forcément été facile aussi, il faut apprendre à trier les informations, à chercher sur un nombre important de moteurs de recherches, de sites… ce que nous n’avions pas l’habitude de faire auparavant. Une des difficultés rencontrée a été l’indisponibilité de certain flux RSS, comme avec le site Topsy, malgré des tentatives sur plusieurs ordinateurs. La prise en main des logiciels utilisés a demandé aussi un certain temps d’adaptation.

Nous avons d’abord, tous les trois fait des recherches sur les sites, différents moteurs de recherches, blogs, encyclopédies… puis nous avons partagé les résultats les plus intéressants sur Diigo (nous avons créé un groupe), puis nous avons discuté sur les sujets les plus importants à traiter, ce qui nous a amené au plan, ensuite nous nous sommes répartis le plus équitablement possible les sous-parties, et le reste du travail à faire. Nous avons également créé un compte Netvibes pour travailler en collaboration.

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