Mode Emploi

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    04-Aug-2015
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NUMERISATION 3D

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Source : (http://www.david-laserscanner.com) Etape 01 : FabricationIl existe de nombreuses mthodes pour la mesure sans contact de surfaces, et la reconstruction d'objets 3D, mais le plus souvent, elles requirent des quipements complexes et coteux. Malgr une augmentation trs rapide de l'offre de solution performantes en terme de matriel et de logiciels, il existe une grande demande pour des alternatives low cost . David est une de ces solutions conomiques pour l'acquisition de donnes 3D. Les seuls matriels requis sont: un simple pointeur laser du commerce, et une web-cam, ou une camra standard en niveaux de gris.

Configuration hardware RequisePC: avec Windows 2000/XP/Vista/7 (32 ou 64 bit) et Microsoft .NET Framework 2.0 ou suprieur Laser: N'importe quelle source qui cre une ligne la plus fine et lumineuse possible. Un niveau laser 10 euros, trouv dans en grande surface de bricolage pouvant faire l'affaire. Camera: Le scanner fonctionne avec une Web-cam conomique, mme si bien sur, de meilleurs rsultats sont obtenus avec une camra haut de gamme. La couleur n'est ncessaire, que si vous souhaitez obtenir des textures colores. Parfois, de meilleurs rsultats peuvent tre obtenus avec une camra noir et blanc. La camra doit fonctionner avec des drivers WDM. Calibration Corner: Un calibration corner est ncessaire pour la calibration de la camra, et comme structure d'arrire plan pendant le scan. Il consiste en deux murs / plans positionns avec un angle de prcisment 90. Pour la calibration de la camra, vous trouverez des grilles de calibrations ( calibration pattern ) dans le rpertoire d'installation de DAVID, grilles qui doivent tre imprimes et colles sur les murs / plans.

Notice de constructionLes tapes suivantes montrent comment confectionner votre calibration corner. Cet exemple est ralis avec deux feuilles de plastique blanc rigide, du ruban adhsif, et une impression de la grille de calibration( choisie parmi les diffrents fichiers Calibpoints .pdf fournis avec le soft DAVID ). En thorie, il est possible d'agrandir ou de diminuer volont l'chelle de la grille de calibration lors de l'impression pour adapter au sujet digitaliser.

Mesurer prcisment la longueur du repre scale sur l'impression. Cette donne vous sera rclame durant le processus de calibration de la camra.

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Dcouper l'impression trs prcisment sur la ligne fine, repre par un symbole de ciseaux. Au final, il est important que les bords dcoups des deux parties, se positionnent prcisment bord bord.

Coller les impressions sur les plans, de manire ce que lorsque ils sont positionns 90, les bords dcoups se touchent trs prcisment bord a bord. Il est possible d'utiliser du ruban adhsif ( mat , viter le brillant ), mais aprs quelques jours d'utilisation, le papier risque de se gondoler. Il est donc prfrable d'utiliser de l'adhsif double face fin pour une meilleure longvit.

Utiliser un objet parfaitement rectangulaire pour positionner les deux plans un angle prcis de 90. Les lignes grises du systme de coordonnes, en bas de l'angle doivent tre ajustes parfaitement l'une en face de l'autre. Le repre double, doit tre positionn dans le champ de la camra, dans l'angle en bas droite !!!! Ces exigences doivent tre conserves tout le temps de la calibration et du scan!!!

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Vous pouvez assembler les plans l'aide de ruban adhsif, ou mieux l'aide de charnires visses.

Utiliser un angle de murs Alternativement, il est possible tout simplement d'utiliser l'angle d'une pice, sous rserve que les murs soient bien plans, que leur angle soit prcisment de 90, et permette de positionner les grilles de reprage de manire ce que leurs bords s'ajustent parfaitement. Se souvenir que le double repre doit tre dans le coin bas-droit (du champ de la camra).

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Etape 02 : Paramtrage

Calibration camraTlcharger et installer le logiciel DAVIDlaserScan3D :

Avant de scanner des objets, vous devez calibrer votre camra. Les tapes suivantes vont vous guider dans le menu de calibration de DAVID: Vrifier que la camra est connecte au PC, et que ses drivers sont correctement installs. Votre camra doit supporter le WDM: Driver de capture vido pour Windows (par exemple DirectShow Driver). Cliquer sur la liste droulante du haut, et choisir votre camra. Si elle n'apparait pas dans la liste, essayer de la reconnecter,et de rouvrir la liste droulante.. Aprs avoir choisi une camra, Il vous sera demand si vous autorisez DAVID lire et modifier les paramtres camra (description). Cette fonction amliore beaucoup le confort d'utilisation, en permettant de mmoriser et de naviguer parmi diffrents rglages de camra: pour la calibration, le scan , et l'acquisition de texture. Par consquence, cette fonction doit tre active moins que l'on ne rencontre des problmes. Au final, une nouvelle fentre s'ouvre, avec l'image live de la camra.

Si le format standard de l'image ( par ex la rsolution ou le nombre d'image par secondes (fps) ) ne vous conviennent pas, vous pouvez les changer grce au bouton changer format. Positionner votre camra en face du calibration corner ( voir page dmarrage ), de telle manire que les grilles de calibrations soient entirement visible dans le champ de la camra. Le principe de calibration automatique demande une image avec un grand contraste ( en gnral, les repres de calibration sont noirs sur fond blanc. si vous utilisez des repres blancs sur fond sombre, utiliser la fonction impression ngative). Pour obtenir un contraste adquat, vous devez ajuster les rglages camra ( en cliquant le bouton rglages camra, et/ou en ajoutant une source de lumire). Une image optimale doit ressembler ceci:

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A cot des 25 repres de calibration, il ne doit pas y avoir dans le champ de la camra, d'autres objets (zones de l'image) trop sombres. Gnralement, vous pouvez sauter le point 5. 1. a) OPTIONNEL: utiliser la gomme pour amliorer votre image de calibration. Si le mode automatique choue, regarder le message d'erreur. Souvent DAVID trouve trop de repres de calibration. Vous pouvez facilement aider DAVID en utilisant le mode Gomme. Utiliser alors le bouton de gauche de la souris, pour nettoyer l'image de la camra des faux repres ( zones sombre de l'image). Vous pouvez rtablir avec le bouton de droite. L'image cidessous montre une image non optimum, ou l'utilisateur a effac des zones sombres (blanc brillant).

b) AVANC : Mode calibration manuelle (pas recommand) Si vous avez un environnement trs difficile, ou mme le mode gomme est sans aide, vous pouvez dfinir vous mme les positions des repres. Slectionner le mode manuel. Utiliser la souris pour dfinir les points de calibration: o o o Bouton gauche souris: slectionner un repre (clic) ou dplacer le repre slectionn (clic+maintien). Bouton droit de la souris: ajouter un nouveau repre (derrire le repre slectionn). Bouton central de la souris: Retire le repre slectionn.

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L'ordre (0-24) est trs important! il doit tre identique celui de l'image suivante:

Vous devez positionner prcisment les points au centre de chaque repre. 2. Assurez vous que l'chelle d'impression de votre grille de calibration est correcte. La valeur entre dans la case chelle (mm) et la distance releve entre deux repre de calibration doit correspondre exactement.

3.

Cliquer la bouton Calibration camra. Si la calibration est russie, vous devez voir des petites croix rouges dans l'image live, qui matrialisent le centre des repres de calibration:

Si la calibration choue, d'abord essayer de rajuster les rglages camra (ouverture, exposition, conditions d'clairage ). Utiliser le mode gomme pour nettoyer les zones sales afin que les 25 repres soient les seules zones sombres de l'image. (voir tapes 4 et 5). Le message d'chec de la calibration devrait vous aider trouver le problme.4.

Cliquer le bouton Suivant pour passer :menu scan.

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Etape 03 : Scanner

Aprs avoir calibr la camra (voir Calibration camra) vous pouvez commencer scanner. Les tapes suivantes vous guiderons dans le boite de dialogue scan de DAVID: 1. Placer l'objet que vous voulez scanner entre la camra, et le calibration corner (proche du calibration corner). Il doit tre visible au centre du champ de la camra. La calibration corner doit tre visible droite et gauche de l'image:

2.

Mettre en route le laser, et le pointer sur la scne. Ajuster les paramtres de la camra (ouverture, exposition), la position du laser, et les conditions d'clairage de la pice, de manire ce que la ligne laser soit claire, brillante et visible, alors que le reste de l'image est le plus sombre possible:

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En outre, il est important de dconnecter tous les modes automatiques d'amlioration d'image de la camra (comme auto-exposition, gain auto, balance des blancs auto). 3. 4. 5. Les conditions d'clairage de la pice ne doivent pas changer significativement partir de maintenant! Eteindre le laser (ou tout au moins le pointer l'extrieur de la scne), puis presser Dmarrer ! Allumer le laser, le prendre la main, puis scanner la pice, en la balayant avec la ligne laser:

6.

Quelques points trs importants: o o la ligne laser doit tre visible sur le calibration corner la droite et la gauche de l'image, et sur l'objet au centre, EN MME TEMPS. La distance entre la camra et le plan du laser (c'est dire l'angle de triangulation) doit tre aussi lev que possible pour une bonne prcision. Sinon, vous aurez un message ANGLE D'INTERSECTION TROP FAIBLE Suivant vos rglage d'exposition sur la camra, vous serez peut tre oblig de limiter votre vitesse de balayage laser. Dans la fentre rsultat de scan, vous pouvez tout moment visualiser quelle parties du sujet vous avez scann, et ou vous devez balayer de nouveau:

o o

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La couleur des pixels dans cette vue est dfinie automatiquement; elle symbolise la distance entre la surface correspondante et la camra! Cette distance sera aussi affiche dans la barre d'tat de la fentre rsultat de scan quand vous dplacez le pointeur de la souris sur la vue (bas de la vue, value, en mm).

o

Vous pouvez scanner autant de fois et aussi longtemps que vous le dsirez. Thoriquement, vous pouvez dplacer manuellement votre laser autours de la pice, comme vous le dsirez, mais pratiquement, les meilleurs rsultats sont obtenus en gardant la mme position, et en le faisant juste pivoter.

o

dans la plupart des cas, il est inutile de scanner TOUS les pixels de l'objet (voir image suivante pour un rsultat de scan suffisant)

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7.

Aprs le scan, dans la plupart des cas, il est utile d'utiliser les filtres de lissage et d'interpolation, en cliquant les boutons correspondants. L'effet de ces filtre peut ne pas apparaitre immdiatement dans la fentre rsultat du scan, mais ce sera le cas ds que vous rafraichirez l'image (voir tape suivante). Si vous n'tes pas satisfait du rsultat, vous pouvez n'importe quel moment annuler les tapes de filtrage, et donc restaurer le scan initial afin de pouvoir retester d'autre rglages.

8.

Pour voir ou updater l'objet scann, cliquer sur le bouton Montrer 3D. Dans la vue 3D, utiliser le bouton de droite de la souris pour faire pivoter l'objet. On peut aussi utiliser le bouton de gauche et la molette pour zoomer la vue. Presser F1 pour obtenir une liste des touches de fonction.

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9. Vous pouvez continuer a scanner indfiniment, ou recommencer en pressant la touche Effacer 10. quand vous tes satisfait du rsultat, vous pouvez exporter vos donne de scan dans un fichier .OBJ, en cliquant la touche Enregistrer. L'extension Wavefront .OBJ est un format standard de maillage, reconnu par un grand nombre d'applications 3D. Les coordonnes des nuds, et la liste des triangles sont stocks dans un fichier full text. (Si vous dsirez un format diffrent, il est ais de convertir un fichier OBJ l'aides d'outils gratuits dispo sur le net).

Texturer votre objetPour obtenir une texture de haute qualit, vous devrez prendre garde a maintenir un clairage uniforme. Le plus adapt tant un clairage diffus, ne causant pas de rflexions, ni nuances, ni ombres sur la scne. Ces conditions remplies, vous pouvez mmoriser un shot de la camra en cliquant le bouton Acqurir, et l'utiliser pour texturer votre scan 3D (c'est dire le colorer). Si vous voulez visualiser le rsultat, il faut rouvrir la vue 3D en cliquant Afficher 3D. DAVID sauve les coordonnes de texture dans le fichier .OBJ. Ces coordonnes de texture seront utilises par les logiciels 3D tiers, pour mapper l'image camra sur l'objet. A chaque fois que vous sauvegardez le fichier, DAVID vous demandera si vous voulez ou non sauver aussi la texture. La texture sera enregistre sur le mme nom que le fichier .OBJ, mais avec l'extension .BMP.

Alternative au laser: la ligne d'ombreAu lieu d'utiliser une ligne laser, c'est a dire projeter une ligne lumineuse sur un objet, vous pouvez aussi projeter une ligne sombre: utilisez une source d'clairage trs lumineuse pointe sur le sujet, et dplacez par exemple une corde entre les deux, de manire a projeter une fine ligne d'ombre sur le sujet ( la corde ou autre, ne doit pas tre directement visible dans le champ de la camra. Pour utiliser cette fonction, vous devez slectionner Fine ligne d'ombre dans la boite de dialogue scan Il est trs important que la ligne soit vraiment droite et aussi nette que possible. Il faut donc une lumire ponctuelle ou a faisceau parallle: par exemple redresse par une lentille.

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Etape 04 : Traitement

Shape Fusion

DAVID-Shapefusion permet un alignement ais, et la combinaison de scans 3D issus de diffrents points de vue. C'est bien plus qu'un simple outil d'assemblage, car il combine: Un outil de suppression des vecteurs isols simple d'emploi et paramtrable, Un outil automatique ou semi automatique d'alignement, Un outil de fusion de surface et de texture, avec rduction de bruit, peu sensible au vecteurs isols

Le rsultat est un maillage (triangles) liss, textur sur 360 de votre modle 3D original. Les tapes suivantes, vont vous guider au travers du menu de fusion de DAVID: 1. Premirement, vous devez ajouter la liste d'entre, un ou plusieurs scans de votre modle, en cliquant sur le bouton ajouter:

Alternativement, vous pouvez remplir cette liste en utilisant la fonction Transfrer vos rsultats de scan du menu Scan Laser 3D. 2. Aprs avoir ajout vos scans dans la liste d'entre, vous pouvez utiliser la fonction ordonner pour les aligner ctes ctes:

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3. 4.

En activant ou dsactivant les cases cocher de la liste des noms, vous pouvez envoyer les scans dans la vue 3D. Si vous le souhaitez, vous pouvez nettoyer vos scans avec l'Outil de nettoyage manuel. A cette occasion, vous pourrez supprimer slectivement les portions de surface qui ne sont pas utiles pour les tapes suivantes d'alignement! L'tape suivante est l'alignement des scans. Presser le bouton aligner pour ouvrir la boite de dialogue Alignement de DAVID Shape-fusion:

5.

Dans ce menu vous pouvez choisir parmi 6 mode d'assemblage par paire diffrents: 'Rotation libre', 'Rotation autours de l'axe X', 'Rotation autours de l'axe Y', Rotation autours de l'axe Z', 'Alignement manuel', 'Alignement fin seul'. Avec le mode Rotation libre, l'ordinateur va raliser un alignement grossier deux scans la fois, sans aucune contrainte gomtrique ni en rotation, ni en translation. Plus prcisment, le logiciel recherche la position relative des deux scans qui maximise la surface de contact. Cette maximisation de la surface de contact sans contrainte marche dans la plupart des situations, mais pas toujours. Les 3 modes suivants sont relativement similaires aux prcdents, sauf que la position relative est contrainte. Par exemple, le mode 'Rotation autours de l'axe Y' considre que votre objet a t mis en rotation autours d'un axe parallle l'axe Y du systme de coordonnes (l'axe des Y est l'axe vertical quand vous utilisez DAVID pour scanner) et qu'il n'a pas non plus t translat suivant cet axe Y. Le centre de rotation reste lui, non contraint, ce qui signifie que vous n'avez pas

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besoin d'une table rotative prcise, mais simplement de pivoter votre objet manuellement. Aprs avoir choisi le mode d'alignement, la boite de dialogue alignement va vous guider pour la suite des oprations. 6. Dans le cas de notre buste de Beethoven, nous avons fait tourner le buste autours de l'axe Y, et donc choisi le mode 'Rotation autours de l'axe Y'. L'tape 1 de la boite de dialogue alignement nous demande de cliquer sur le scan que nous voulons aligner. aprs avoir cliqu, une boite rouge apparaitra autours du scan choisi:

7.

8.

Cliquer sur le second scan que vous souhaitez aligner au premier

l'alignement grossier dmarre. Aprs quelque secondes; les scans sont aligns:

NUMERISATION 3D9. Rpter cette procdure pour tous les autres scans. Aprs cela, votre modle doit ressembler ceci:

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Noter que l'alignement de surface doit tre trs prcis, pour obtenir des rsultats corrects lors de l'opration de fusion. Un alignement prcis est caractris par de nombreux points d'interpntration des surfaces (la couleur des surfaces imbriques doit scintiller lorsque vous tournez l'objet dans la vue 3D). 10. Si l'alignement n'a pas fonctionn de manire satisfaisante, ressayer une autre fois. Comme la mthode est base sur un algorithme alatoire, il y a de forte chance pour que cela fonctionne au deuxime ou troisime essai. Si cela n'a pas solutionn le problme, vous pouvez utiliser le mode alignement manuel, ou vous pouvez faire un alignement manuel des scans dans la vue 3D (dplacer/pivoter les scans avec les boutons gauche/droit de la souris, tout en maintenant la touche CTRL enfonce) et utiliser le mode alignement fin seul. Le mode alignement manuel vous permet de spcifier au moins trois paires de points de correspondance qui seront en contact aprs alignement:

Dans certains cas, il peut tre difficile de trouver trois points de concidence prcis. Dans ces cas, il est trs utile de s'aider de la texture de l'objet ( voir dernier de Scan Laser 3D pour des informations sur la mthode d'acquisition de texture ). DAVID-Shapefusion charge et affiche la texture lorsque vous ajoutez un scan textur. Si la texture n'apporte pas de points identifiables supplmentaires, vous pouvez coller des repres perso sur l'objet avant d'acqurir la texture.

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11. Aprs quelques tapes d'alignement, cela peut tre une bonne ide de grouper deux ou plusieurs scans aligns. Slectionnez les scans dsirs dans la liste de slection (presser et maintenir la touche CTRL tout en cliquant dans la liste)puis cliquer grouper. Ceci vous permet de grouper vos scans ensembles, et de les utiliser comme un scan unitaire. Par exemple, pour notre exemple Beethoven, nous avons group les trois premiers scan, juste avant d'aligner le dernier. De cette manire le dernier scan est align avec tous les autres scans, et non seulement avec le premier et le troisime. Pour dgrouper des scans, slectionner dans la liste avec le bouton de droite de la souris, puis cliquer dgrouper. 12. Si ncessaire, vous pouvez nettoyer vos scans des surfaces non dsires avec l'Outil de nettoyage manuel. 13. Aprs avoir nettoy et align prcisment les scans, on peut passer la fusion des maillages. Presser simplement le bouton Fusionner et attendre quelques secondes ou minutes pour visualiser le rsultat.

David n'inclura pas dans la fusion les scans invisibles (ceux qui ne sont pas dslectionns dans la liste). 14. Le rsultat dpend fortement des paramtres appels: 'Rsolution', 'Lissage', 'Suppression'. Nous vous recommandons par consquent d'essayer diffrents rglages. Commencer avec une faible rsolution (par ex 100), car ce niveau de finesse, la fusion est plus tolrante envers les alignements imprcis, le bruit et les segments isols. Une haute rsolution signifie un temps de calcul plus lev, et des maillages plus imposants (plus de triangles). Si votre fusion est troue et mal ferme une haute rsolution, vous devez augmenter le niveau du paramtre lissage. De mme , dmarrer avec un rglage de lissage bas, et augmenter pas pas jusqu' un rsultat satisfaisant. 15. Depuis la version 1.5 de DAVID-Shapefusion, nous avons implment une autre mthode de fusion: poisson, qui a certains avantages par rapport la mthode simple: o o o o Pas besoin de rgler Lissage et Suppression, Tous les trous sont bouchs, le modle obtenu est ferm, tanche, Meilleur traitement des angles vifs Une plus grande robustesse en cas de bruit, et de scans mal aligns. quelque inconvnients mineurs toutefois: un temps de traitement plus lev, et un lger flou sur les dtails fins iso nombre de facettes.

16. Si vous utilisez la mthode de fusion simple, vous pouvez cliquer sur Rduire plusieurs fois successivement pour liminer les bords mal nettoys

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17. Si vos scans possdent des textures, celles-ci seront aussi fusionnes. Les zones de surface sans texture (par ex les trous rebouchs par la mthode poisson) seront colores en rose. 18. Si ncessaire, vous pouvez aussi nettoyer le scan fusionn, l'aide de l'Outil de nettoyage manuel.19. Le bouton Enregistrer ouvre une boite de dialogue qui vous permet de choisir parmi divers format de fichiers:*.OBJ,

*.PLY, et *.STL. Vous pouvez choisir de sauver vote rsultat de fusion, ou vos scans 3D aligns et filtrs. Attention, la fonction de sauvegarde n'est pas active dans la version d'essai gratuite de DAVID.