Gaydier Thomas Hadfat Ayoub Moreau Adrien

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1 Gaydier Thomas Hadfat Ayoub Moreau Adrien Masoni Christophe Cahier des charges - Scanner 3D Cahier des charges Version /03/2013 Formation d'ingénieur Année scolaire

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3 Sommaire 1. INTRODUCTION OBJET DU DOCUMENT PORTÉE DU DOCUMENT TERMINOLOGIE ABRÉVIATIONS LES OBJECTIFS DU PRODUIT DÉFINITION DU PRODUIT CONTEXTE D'EXPLOITATION DU PRODUIT EXIGENCES DU PRODUIT DIAGRAMME DES INTERACTEURS DESCRIPTION DES FONCTIONS CARACTÉRISATION DES FONCTIONS HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES FONCTIONNELS HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES NON FONCTIONNELS EXIGENCES CONCERNANT LE DÉVELOPPEMENT DU PRODUIT EVOLUTIONS POSSIBLES ET ULTERIEURES DU PRODUIT...14 ANNEXES...15 Cahier des charges - Scanner 3D - v / 18

4 1. INTRODUCTION 1.1 OBJET DU DOCUMENT Ce document décrit tous les services que doivent rendre le produit et ses livrables et toutes les exigences qu ils doivent satisfaire. 1.2 PORTÉE DU DOCUMENT Ce document est destiné à expliciter et formaliser le besoin de la cliente Sylvie Kerouédan dans le cadre du projet de réalisation d'un scanner 3D. 1.3 TERMINOLOGIE Terme Kinect Arduino Fablab Description Périphérique de capture d'image. Circuit imprimé sur lequel se trouve un micro contrôleur programmable. Atelier composé de machines-outils pilotées par ordinateur permettant de fabriquer des biens de natures diverses. 1.4 ABRÉVIATIONS Abréviation Com. FP FS FC Fablab Signification Communication Fonction principale Fonction de service Fonction contrainte FABrication LABoratory Cahier des charges - Scanner 3D - v / 18

5 2. LES OBJECTIFS DU PRODUIT 2.1 DÉFINITION DU PRODUIT Cf. Fig1 en annexe. Un scanner 3D est un appareil qui analyse les objets ou leur environnement proche pour recueillir de informations précises sur la forme et éventuellement sur l'apparence (couleur, texture...) de ceux-ci. Les données ainsi collectées peuvent alors être utilisées pour construire des images de synthèse en trois dimensions. Dans le cadre de ce projet, le système se limitera à récupérer uniquement des informations sur la forme de l'objet scanné. Le client ayant spécifié que le système devrait utiliser une Kinect, et compte tenu des limites de performance de celle-ci, le scanner 3D ne pourra pas distinguer les détails inférieurs à 1 mm. Les livrables attendus sont : le présent cahier des charges un planning de travail un rapport technique un poster une présentation du produit achevé une soutenance technique devant l'encadrant une soutenance devant un jury un compte-rendu régulier sur le site du fablab pour montrer l'avancement du projet 2.2 CONTEXTE D'EXPLOITATION DU PRODUIT Les différents acteurs amenés à utiliser ou à intervenir sur le produit sont : l'utilisateur le réparateur Le fablab possède déjà une imprimante 3D et souhaiterait pouvoir imprimer en 3D un objet quelconque. Le scanner 3D devra donc stocker les données sous forme de fichiers exploitables (par l'imprimante 3D). 8 / 18 Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

6 3. EXIGENCES DU PRODUIT 3.1 DIAGRAMME DES INTERACTEURS Cf. Fig2 en annexe. FP : Permettre à l'utilisateur d'obtenir sur son ordinateur des données sur l'objet scanné sous forme d'un fichier 3D exploitable FS1 : Récupérer des données sur l'objet avec la Kinect FS2 : Transmettre les données sur l'objet de la Kinect à l'ordinateur FS3 : Visualiser à l'écran le nuage de points correspondant à l'objet scanné FS4 : Maintenir l'objet immobile FC1 : Respecter une distance objet / Kinect bornée FC2 : Scanner un objet de taille majorée FC3 : Scanner l'objet en un temps raisonnable FC4 : Respecter l'environnement FC5 : Respecter les normes FC6 : Être robuste mécaniquement FC7 : Être peu défaillant FC8 : Être facile d'utilisation et pratique FC9 : Consommer peu d énergie FC10 : Utiliser peu de mémoire FC11 : Sauvegarder les données sur l'ordinateur dans un format exploitable FC12 : Être simple à monter, démonter et facilement transportable pour l'utilisateur Cahier des charges - Scanner 3D - v / 18

7 3.2 DESCRIPTION DES FONCTIONS FP FS1 FS2 FS3 FS4 FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 FC6 FC7 FC8 FC9 FC10 FC11 FC12 Le système permet, à partir d'un objet réel, de générer une image 3D qui sera exploitable sur un ordinateur. Le système utilisera la Kinect comme capteur pour récupérer des données sur la surface de l'objet sous plusieurs angles. La Kinect permettra aussi d'avoir des informations sur la profondeur de chaque pixel de l'image, c'est à dire que le système pourra savoir à quelle distance de l'objectif de la Kinect se trouve chaque élément de l'image. Le système récupérera les données de la Kinect qui seront ensuite traitées sur un ordinateur. L utilisateur peut visualiser à l écran la modélisation du nuage de point obtenue après avoir scanné l'objet. Cela lui permet de juger de la cohérence entre cette modélisation et l objet réel et d éviter les erreurs d'acquisition. Il peut ensuite procéder à un traitement du nuage de point en une représentation 3D. Il visualise celle ci pour juger de la qualité de la représentation finale. Il est important que l'objet ne bouge pas pour plusieurs raisons. La première est que l'objet peut être fragile, et que de ce fait, s'il bouge trop, il peut tomber et s abîmer, se casser. La deuxième est que le processus d acquisition est très précis. Si l'objet bouge pendant que la Kinect récupère ses données, cela risque de fausser les mesures, et donc de donner un résultat erroné. La portée des capteurs de la Kinect est entre 1.2 m et 3.5 m. L'objet devra donc être situé entre ces deux distances de la Kinect. Sinon les images prises par la Kinect seront floues, ce qui risque de donner des résultats erronés. La Kinect ne pouvant scanner des objets que s'ils sont situés entre 1.2 m et 3.5 m de celle-ci, et ayant des angles d'ouverture horizontal de 57 et vertical de 43, l'objet scanné ne pourra pas dépasser une sphère de 6.4 m³ (ordre de grandeur). Ce volume sera limité par d'autres contraintes (temps d'acquisition, impression en 3D d'une taille maximale de 10cm*10cm*10cm). On fixera donc la taille maximale à 30cm*30cm*30cm. Le temps d'acquisition doit être raisonnable. Il dépend cependant de la taille de l'objet à scanner. On le fixera à un maximum de 30 minutes pour la taille d'objet maximum. Dans le cadre de la politique de l'école de développement durable, le système sera fait en utilisant au maximum des matériaux recyclables/recyclés. Le système n'utilisera que des éléments en licence libre pour garantir le respect des normes imposées en ce qui concerne les droits d'auteur. Quant à la Kinect, elle est devenue OpenSource : on peut donc l'utiliser sans contraintes particulières. Le système devra être assez robuste et devra résister à des chocs de moyenne ampleur qui pourraient arriver lors de son utilisation. Il doit notamment pouvoir être déplacé, démonté, remonté sans nuire à l'intégrité du système. Lors de son utilisation, il ne doit pas y avoir de problèmes à tout niveau du processus d'acquisition. Le scanner doit être facile à prendre en main sans avoir besoin de connaissances supplémentaires. La durée de formation ne devra pas excéder 10 minutes. Le système ne doit pas être énergivore. Notamment il doit se rapprocher de la consommation des scanners dans le commerce ( exemple pour le scanner EVA : 12 V, 48 W ) Les données doivent pouvoir être traitées par les ordinateurs du fablab. Le système devra, en plus de permettre de visualiser l'image 3D, permettre de sauvegarder l'image dans un format de fichier exploitable. Le client ayant l'intention d'emmener le scanner 3D à différents événements pour l'exposer. Il est important que celui-ci soit facilement montable et démontable en peu de temps. 10 / 18 Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

8 3.3 CARACTÉRISATION DES FONCTIONS Niveau variant de 1 à 4 ( 4 étant le meilleur) Flexibilité variant de 0 à 3 ( 0 étant impératif, 1 peu négociable, 2 négociable, 3 très négociable) Fonction Critère Niveau Flexibilité Moyen de contrôle FS1 La Kinect récupère les données 4 0 Test La Kinect ne récupère pas les données 1 FS2 Les données sont transmises intégralement. 4 0 Test FS3 Il y a des données manquantes. 1 L'utilisateur peut visualiser le nuage de points, supprimer les points incorrects, lisser pour donner la représentation 3D de l'objet. L'utilisateur peut visualiser le nuage de points (sans faire de modifications) et la représentation 3D de l'objet. L'utilisateur peut visualiser le nuage de points. 2 L'utilisateur ne peut rien visualiser Test FS4 Mouvement < 1mm 4 0 Test sur 100 objets 1mm-2mm 3 de formes différentes. 2mm-3mm 2 >3mm 1 FC1 L'objet est dans la zone de portée des capteurs. 4 0 Immédiat L'objet n'est pas dans la zone. 1 FC2 L'objet respecte la taille maximale. 4 2 Immédiat L'objet ne respecte pas la taille maximale. 1 FC3 Temps de acquisition < 10min 4 1 Test sur 100 objets <20min 3 de tailles et formes diverses. <30min 2 On chronométrera > 30min 1 le temps d'acquisition et on fera la moyenne. FC4 FC5 Plus de 50% des matières utilisées sont recyclables Entre 30% et 50% 3 Entre 10% et 30% 2 < 10% 1 Le système n'utilise que des éléments sous licence libre. Plus des 2/3 sont en licence libre 3 Entre 1/3 et 2/3 sont en licence libre 2 Moins de 1/ Recherche sur le caractère recyclable des composants du système. 4 0 Immédiat FC6 Le système résiste à une force de plus de 10N. 4 1 Test Le système résiste à une force entre 5N et 10N. 3 Le système résiste à une force entre 5N et 1N. 2 Cahier des charges - Scanner 3D - v / 18

9 FC7 Le système résiste à une force de moins de 1N. 1 Le système tombe en panne plus d'une fois sur 100 acquisitions. Le système tombe en panne plus d'une fois sur 50. Le système tombe en panne plus d'une fois sur 10. Le système tombe en panne moins d'une fois sur Test sur 100 acquisitions. FC8 Durée de formation <10min 4 1 Essai de formation Durée de formation < 30min 3 à 10 utilisateurs du fablab. Durée de formation > 1h 1 FC9 Le système consomme 48W ou moins 4 2 Immédiat FC10 FC11 De 48W à 67W 3 >67W 1 Au moins un ordinateur du fablab est assez performant pour faire fonctionner le système. Aucun n'est assez performant pour faire fonctionner le système. Les données sont sauvegardées sur l'ordinateur dans un format exploitable. Les données sont sauvegardées dans un format inexploitable sur d'autre logiciel. Les données ne sont pas sauvegardées. 1 FC12 Non encombrant et démontable en moins de 10 min. Non encombrant et démontable en plus de 10 min. Encombrant et démontable en moins de 10 min. 2 Encombrant et démontable en plus de 10 min Test sur les ordinateurs du 1 fablab Test sur d'autres logiciels de modélisation 3D (Blender, SolidWorks, Maya, 3DSMax) 4 2 Test sur 10 personnes avec 3 chronométrage. 3.4 HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES FONCTIONNELS FS1 FS2 FS3 FS4 Total Pourcentage FS ,50% FS ,50% FS ,25% FS ,75% 12 / 18 Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

10 3.5 HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES NON FONCTIONNELS FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 FC6 FC7 FC8 FC9 FC10 FC11 FC12 Total % FC ,74% FC % FC % FC % FC % FC % FC % FC % FC % FC % FC % FC % 3.6 EXIGENCES CONCERNANT LE DÉVELOPPEMENT DU PRODUIT Objectifs de délais Date 06/03 ou 13/03 Semaine 12 événement Initiation aux outils de développement Réunion 4 élèves/encadrant 22/03/13 Dépôt du planning du projet sous Moodle 27/03/13 Com1 : Cours de Com. (rapport) Semaine 16 Réunion 5 élèves/encadrant 17/04/13 Le point sur le projet S2 aux élèves Semaine 20 Réunion 6 élèves/encadrant 15/05/13 Dépôt rapport V1 16/05/13 Com2 : Cours de Com. (poster) Semaine 22 Réunion 7 élèves/encadrant : présentation du résultat à l encadrant 29/05/13 Dépôt poster V1 05/06/13 Séance de décontextualisation 05/06/13 Retour commentaires rapport V1 11/06/13 Retour commentaires poster V1 Cahier des charges - Scanner 3D - v / 18

11 12/06/13 Dépôt rapport V2 18/06/13 Dépôt poster V2 26 ou 27/06 Soutenance poster Objectifs de coûts Le client a précisé explicitement qu'il souhaitait minimiser les coûts. Une Kinect vaut environ 100 euros, Arduino 20 euros. On essaiera donc de respecter un budget de 300 euros pour l'achat des matières premières (fils, support de l'objet à scanner, etc...). Dans le coût prévisionnel de développement du système, il faudrait bien sur prendre en compte le coût salarial des 4 ingénieurs débutants qui développent le produit (notre équipe) et des conseillers (ici les tuteurs) Exigences de réalisation Le client exige que le Scanner 3D soit réalisé en utilisant la Kinect et l'arduino. 4. EVOLUTIONS POSSIBLES ET ULTERIEURES DU PRODUIT Dans un premier temps, il nous a été demandé de concevoir un système simple et efficace. Cependant, si les exigences de délai le permettent, le client souhaiterait ajouter les fonctionnalités suivantes : Relier le scanner 3D à une imprimante 3D. Être capable de faire une acquisition de façon automatique sans intervention de l'utilisateur. 14 / 18 Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

12 ANNEXES Fig.1 : Bête à cornes Fig.2 : Diagramme des interacteurs Cahier des charges - Scanner 3D - v / 18

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