Comment les scanners Artec numérisent de gros objets avec des groupes de pièces complexes

Défi : Dans le cadre d’un projet test pour le scan de gros objets avec de multiples zones complexes, numériser rapidement un kayak constitué d’environ 60 pièces plus petites à l’aide de deux scanners 3D portables, et transformer les scans en un seul modèle 3D hautement réaliste.

Solution : Artec Leo, Space Spider, Artec Studio, ZBrush

Résultats : À l’aide d’Artec Leo et de Space Spider, ainsi que d’Artec Turntable et du logiciel de modélisation 3D ZBrush, le kayak et tous ses composants ont été facilement scannés et transformés en un remarquable modèle 3D, sans la moindre complication.

Quand ils doivent numériser des objets de grande taille avec de multiples zones de détails complexes, même les pros du scan hésitent sur la démarche à suivre. Il peut s’agir d’un expert de la personnalisation automobile n’ayant qu’une moitié d’après-midi pour scanner l’intérieur et l’extérieur d’une Lamborghini et ainsi créer des modifications et des composants personnalisés et parfaitement adaptés. Ou d’un ingénieur aérospatial chargé de scanner en quelques jours le cockpit d’un Airbus A380 et de le transformer en modèle 3D à la précision submillimétrique et prêt pour la réalité virtuelle.

Pietro Meloni de ShareMind en train de scanner avec Artec Leo

L’aiguille de l’horloge continue de tourner tandis que l’ingénieur réfléchit à la façon de numériser précisément et de traiter le tableau de bord en entier, ses huit écrans, plus tous les commutateurs, boutons, manettes, etc. Sans compter les sièges et l’architecture entière du poste de pilotage.

Ce qui semble au premier abord être une simple tâche de scan peut rapidement se transformer en projet comportant de multiples étapes et s’allongeant sur plusieurs semaines. Mais cela ne doit pas forcément être le cas.

Ce genre de scénario a inspiré Pietro Meloni, de ShareMind, l’Ambassadeur d’Artec, à imaginer une méthode simplifiée pour numériser et transformer sans effort des objets « plus grands que la taille humaine » et à multiples facettes en modèles 3D incroyablement précis en nettement moins de temps que d’habitude.

Comme objet de référence, Meloni a opté pour un kayak de 3 mètres de long étant donné qu’il comporte à la fois de larges surfaces avec une géométrie relativement simple ainsi que de multiples composants avec beaucoup de détails, des matériaux souples et même des zones encastrées difficiles à atteindre.

Il a choisi Artec Leo comme scanner principal pour le projet. Leo est un scanner 3D portable révolutionnaire et entièrement sans fil, avec un traitement embarqué et un écran tactile arrière qui vous permet de suivre votre scan en temps réel. Idéal pour numériser en 3D des objets de taille moyenne tels que des personnes, des meubles et même des voitures en haute résolution couleur (jusqu’à 0,1 mm de précision), Leo facilite la vie aussi bien des débutants que des pros en ne nécessitant que la simple pression d’un bouton pour faire démarrer le scan.

Artec Leo prêt à poursuivre le scan du kayak

Armé de Leo, Meloni a scanné le kayak entier ainsi que sa cinquantaine de pièces en 5 minutes. Il a ensuite traité les scans dans le logiciel Artec Studio en 13 minutes. Il n’était toutefois pas satisfait à 100 % des résultats. Son objectif était de trouver le meilleur moyen possible de créer un modèle 3D si parfait qu’il pourrait sans problème subir l’inspection la plus poussée. Meloni a rapidement compris que les aspects les plus complexes du kayak bénéficieraient de l’utilisation d’un autre scanner : Artec Space Spider.

Scanner 3D portable à la précision métrologique (jusqu’à 0,05 mm), Space Spider est idéal pour la rétro-ingénierie et le contrôle qualité grâce à sa capacité à numériser des géométries complexes et de fines surfaces, et convient tout à fait au scan de petites zones.

Artec Space Spider

Pour reprendre les propos de Meloni, « de la même façon que vous n’emporteriez pas un scalpel dans une jungle ou une machette dans une salle d’opération, chaque scanner excelle dans ce pour quoi il a été conçu. Et Artec Studio 15 facilite incroyablement l’utilisation combinée de multiples scanners Artec. Vous pouvez ainsi créer des modèles 3D phénoménaux en une poignée de minutes. » Et de poursuivre : « Beaucoup de clients imaginent à tort qu’un seul scanner 3D peut parfaitement numériser tous les objets, d’une bague émeraude délicate à un chapiteau de cirque. »

Plan rapproché du modèle 3D final du kayak avec la poignée, le cordage, et d'autres petites pièces

Un deuxième aspect du projet à régler était la façon de numériser les éléments souples, tels que le cordage du kayak. Ces fines cordes sont tendues sur divers secteurs de l’embarcation en fibre de verre. Lorsqu’on déplace le kayak, par exemple pour numériser sa partie inférieure, le cordage change de position, même très légèrement. Cela donne lieu à des doubles expositions dans les scans, dont le traitement à l’aide de méthodes conventionnelles prend du temps.

Partie arrière du modèle 3D du kayak, avec le fin cordage et d’autres éléments souples

Meloni a immédiatement eu l’idée d’utiliser ZBrush pour modéliser ces éléments souples. Ayant de l’expérience avec le logiciel, Meloni s’est dit qu’« après tout, il y a un grand nombre d’exemples de matériaux et de composants aux propriétés similaires sur des objets à scanner, qu’il s’agisse de lacets de chaussure ou des bretelles d’un sac, ou quantités d’autres encore… Par conséquent, s’il existe un moyen plus simple et plus rapide de les modéliser et de les intégrer dans un scan 3D en haute résolution, je suis preneur. »

Pietro Meloni utilise ZBrush pour retoucher certains composants plus petits du kayak

Le dernier problème consistait à scanner plusieurs petits composants situés dans l’intérieur réduit du kayak. Compte tenu des courtes distances disponibles entre ces objets et d’autres, il était impossible d’y accéder sous tous les angles nécessaires. Par exemple : le support pour canne à pêche, bien encastré au centre du kayak. C’est à ce moment-là que Meloni a décidé de démonter ces pièces et de les scanner séparément.

Cette technique s’est révélée fructueuse. Il a suffi de quelques minutes à peine pour démonter toutes les pièces. Meloni a ensuite scanné chaque objet à l’aide de Space Spider et d’Artec Turntable, qui sont parfaitement synchronisés. De cette façon, si jamais le scanner perd le suivi, Turntable retourne de quelques degrés en arrière et attend la récupération du suivi pour reprendre sa rotation.

Après le scan, Meloni a facilement fusionné chaque objet séparé avec le kayak directement dans Artec Studio. « Le processus est très simple en réalité. Traiter chaque scan et le combiner avec le kayak n’a posé aucune difficulté. Les résultats donnaient l’impression que chaque pièce était présente depuis le début. Vous pouvez le faire avec les scans de n’importe quel scanner Artec 3D, de Micro à Ray, et c’est tellement simple que même un débutant peut apprendre à le faire en quelques minutes. »

Pour certaines pièces souples, telles les poignées, Meloni a décidé de créer plusieurs supports simples imprimés en 3D, de sorte que ces éléments soient numérisés dans la même position que sur le kayak.

Impression 3D des supports de scan ensuite utilisés avec Artec Turntable

Supports imprimés en 3D tenant en suspension une poignée de kayak sur Artec Turntable pour qu’elle soit scannée avec Artec Space Spider

Meloni explique sa méthode pour le traitement des scans dans Artec Studio :

« À l’aide d’Artec Studio 15, j’ai aligné les scans sans le moindre souci. Puis j’ai utilisé l’Enregistrement global, la Fusion fine étanche, la Simplification de maillage rapide, et le Texturing. C’est la méthode que j’ai suivie pour chaque élément du projet, en commençant par la coque et en continuant avec chaque pièce séparée. »

Et de poursuivre : « Artec Studio 15 a grandement simplifié mon processus grâce à sa fonctionnalité Groupes. Pendant que je scannais le kayak avec Leo, mes scans étaient automatiquement dirigés vers un dossier unique, puis quand je suis passé au scan avec Space Spider pour les petites pièces, celles-ci ont toutes été groupées dans leurs propres dossiers distincts. Quand vous avez autant de scans, ce genre d’organisation automatique change la donne. »

Capture d’écran du modèle du kayak dans Artec Studio 15, avec sa cinquantaine de pièces automatiquement organisées en groupes

« Je dois ajouter que pour scanner et traiter les petits composants, j’ai suivi les mêmes étapes que pour la coque du kayak, mais avec les scans de Space Spider (en utilisant Artec Turntable), j’ai activé la Suppression automatique de la base lors du scan, et j’ai également utilisé le filtre Suppression des valeurs aberrantes pendant le traitement. »

Capture d’écran d’Artec Studio 15 montrant l’Enregistrement global de la coque et des composants du kayak

Une fois tous les scans effectués et intégrés ensemble, il était temps de se concentrer sur le cordage. La modélisation avec ZBrush s’est passée à merveille et, en quelques minutes, Meloni avait modélisé chacun des éléments souples jadis élusifs directement sur le modèle du kayak.

Capture d’écran d’Artec Studio 15 montrant les densités du scan, ce qui permet de choisir facilement la bonne densité pour chaque objet et de réduire efficacement la taille du modèle entier

« Étant donné leur rôle davantage décoratif, ces éléments se prêtaient parfaitement à une modélisation 3D aussi rapide, mais si nous avions dû numériser leurs dimensions exactes, par exemple pour la rétro-ingénierie ou le contrôle qualité, nous aurions dû nous servir de Space Spider pour obtenir des mesures bien plus précises du cordage et d’autres pièces », explique Meloni.

Modèle 3D final du kayak, avec tous ses éléments en place

 

Meloni confirme le succès de l’utilisation de multiples scanners 3D et d’outils supplémentaires pour atteindre de meilleurs résultats. Cette nouvelle approche a considérablement réduit la durée de traitement totale nécessaire, et le modèle 3D final a été prêt avec plusieurs jours d’avance. Meloni encourage les utilisateurs à innover.

« Certes, au début, intégrer plusieurs scanners et logiciels ajoute un peu de temps et de complexité à votre workflow. Mais si vous voulez vous lancer avec assurance dans des projets avec de gros objets comportant de nombreuses zones de détails complexes, vous devez vous y préparer. »

Meloni poursuit : « Quand vous terminez ce genre de projet avec plusieurs heures, voire plusieurs jours d’avance, vous savez que vous avez fait le bon choix. C’est tout à fait logique de devoir expérimenter et créer nos propres méthodes efficaces. »

« Si, chaque matin, je me sers uniquement de ma voiture pour aller travailler, que se passera-t-il le jour où un énorme embouteillage paralysera la ville ? Dans ce genre de cas, il vaut mieux savoir également rouler à vélo ou prendre les transports en commun. »

Meloni s’est récemment donné l’objectif encore plus ambitieux d’utiliser Artec Ray et Artec Leo pour numériser à la perfection un ancien château romain en haute résolution. Avec chaque détail précisément à sa place, au millimètre près, le modèle 3D final sera, d’après Meloni, « idéal pour une utilisation dans le domaine de la conservation du patrimoine, par exemple pour imprimer en 3D des modèles réduits destinés à des collectionneurs ou à des musées, ou pour utiliser le modèle dans un environnement de réalité virtuelle réaliste, ou même dans une simulation de réalité augmentée hautement immersive. »

 

Pietro Meloni prépare Artec Ray pour scanner la cour intérieure d’un ancien château romain

Il explique les potentialités de cette idée : « Les visiteurs du château pourraient expérimenter et interagir avec des hologrammes 3D, des vidéos, voire des personnages animés appartenant à l’histoire séculaire du château, le tout en ayant les mains libres. Ce genre d’utilisation de la technologie donne véritablement vie à l’histoire pour les visiteurs de tous âges. Quoi de mieux pour préserver ces trésors du passé que de ramener leurs histoires dans le présent de façon aussi inoubliable ? »