Copos, Recette pour fabriquer son scanner 3D

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1 Copos, Recette pour fabriquer son scanner 3D Table des matières Ronan Billon dimanche 29 août Introduction Principe Construction étape par étape La barrière laser La webcam et son support Le plateau rotatif et longitudinal Assemblage Conclusion Annexes...11

2 1. Introduction Tout le monde n est pas infographiste, il faut du talent et du temps. Quand on recherche sur internet des moteurs 3D ou des débuts de jeux, il y en a à foison. Je pense que la principale cause d arrêt de ces projets est liée au fait qu un modèle 3D personnalisé est quelque chose de compliqué à réaliser (malgré les excellents logiciels qui existent). Voilà pourquoi, j ai eu envie de créer cette petite recette pour fabriquer soit même un scanner 3D. Le résultat ressemble à un bricolage du dimanche, mais il est tout à fait fonctionnel. La partie la plus importante est le logiciel, mais je n en parlerai pas ici. J ai volontairement placé beaucoup d images, car je les trouve plus parlantes qu un trop long discours. Dans un premier temps, je vais expliquer les principes de ce scanner 3D. Puis, j exposerai la façon de construire les trois éléments nécessaires. Conrad : Je vais citer plusieurs fois le site de Conrad, tout simplement parce que j y ai trouvé plusieurs éléments nécessaires, mais il existe d autres endroits pour vos achats. 2. Principe Dans la partie suivante de ce documents je vais tenter d expliquer comment fabriquer un scanner 3D laser très simple. Mais d abord, je vais exposer le principe. Le but du jeu est de numériser un objet de la vie courante en un nuage de points avec des coordonnées 3D interprétable par l ordinateur. Il existe plusieurs solutions, je peux citer la stéréoscopie (comme pour nos deux yeux) ou l utilisation de la profondeur de champs liée à la lentille de la caméra, la solution que j ai choisi est la barrière laser qui montre une suite de profils de l objet. Le laser n éclaire qu une partie de l objet, on prend une photo, un traitement simple permet d obtenir un profil 3D, l objet bouge un peu puis on recommence l opération. Avec toutes ces données on peut reconstruire un nuage de points. Les images suivantes montrent les étapes. Sur le dessin suivant, on voit une image prise de la caméra ou de l appareil photo. Le laser n éclaire qu une fine ligne de l objet. Un des profils de l objet est déjà visible. 2

3 Figure 1. L objet est éclairé par une barrière laser Un appareil photo avec un filtre rouge ou bien une webcam avec les réglages adéquats permet d obtenir une image ou l on ne distingue que la trace du laser sur l objet. Le traitement de cette photo est assez simple et relève de la trigonométrie et de l optique. On peut obtenir les profondeurs de l objet par rapport au pointeur laser, comme le montre l image suivante : Figure 2. Le profil est retrouvé sur la photo et un traitement en déduit la profondeur des points formant l objet En effectuant une rotation de l objet et en recommençant les opérations précédentes, tous les profils de l objet sont enregistrés. Pour assembler tous ces profils, il est indispensable de connaître le déplacement de l objet entre chacune des prises de vue. A la fin, on peut obtenir un nuage qui ressemble plus ou moins à l objet scanné. 3

4 Figure 3. Tous les profils sont assemblés et forment un nuage de points de l objet 3. Construction étape par étape J ai distingué trois éléments indispensables pour fabriquer le scanner 3D. Premier élément : la barrière laser. Il existe deux méthodes pour former une ligne laser, soit un point laser qui se déplace très vite, à l aide d un moteur et d un miroir par exemple, soit un prisme cylindrique. J ai choisit la deuxième méthode pour sa simplicité de mise en place. Deuxième élément, la capture d image. J ai opté pour une webcam supportée par Linux. Troisième élément, le plateau permettant de déplacer l objet devant la webcam. Plus vous serez précis dans les montages meilleurs seront les résultats. Commençons par la barrière laser La barrière laser Éléments nécessaires : Un pointeur laser (le moins cher est le mieux, par exemple chez Conrad ~8 euros) Un prisme cylindrique de quelques millimètres de diamètre (verre ou plastique, par exemple le pied d un verre) Éléments interchangeables : Légos, ils m ont servis pour faire le support Patafix, pour fixer le cylindre et le pointeur sur le support Il faut placer le pointeur laser à une dizaine de centimètres du sol. Le laser doit traverser le cylindre et former la ligne la plus verticale possible. Un autre point important pour les pointeurs 4

5 avec bouton poussoir, prévoyez un moyen de laisser le pointeur allumé en bloquant le bouton. Comme rien ne vaut une bonne image pour l expliquer : Figure 4. La barrière laser 3.2. La webcam et son support Éléments nécessaires : La webcam compatible pour Linux Éléments interchangeables : Légos, ils m ont servis pour faire le support Le support est quasiment identique à celui de la barrière. J ai volontairement couché la webcam pour avoir un champ de vision plus haut que large. Le montage est très simple, l image suivante vous donnera une idée pour fabriquer quelque chose de similaire. 5

6 Figure 5. La webcam avec son support 3.3. Le plateau rotatif et longitudinal Éléments nécessaires : Système réducteur moteur (conrad.fr->modélisme->moteurs de modélisme->moteurs réducteurs- >SYSTÈME RÉDUCTEUR MOTEUR) Engrenage (conrad.fr->modélisme->moteurs de modélisme->moteurs : Accessoires->ASSORT.DE TRANSMISSION DENTÉE) Un tuyau de 5mm (acier) 3 vis (4x30), 2 vis (3x10), 1 boulon 3mm Outillage, tournevis, perceuse, cutter, etc. Éléments interchangeables : 6

7 Plaque de plastique (support) Support de pile Toujours des Légos, pour le plateau longitudinal (en modifiant un train électrique, on peut obtenir le même résultat) Le but est de fabriquer un plateau qui puisse se déplacer lentement de façon longitudinal ou giratoire. Pour cela, j ai utilisé le système réducteur de Conrad qui permet à l aide de différents engrenages de réduire la vitesse du moteur fourni. Ensuite, j ai disposé les engrenages sur un support plastique. Pour les entraîner, j ai ajouté sur le système réducteur la grosse vis sans fin fournie avec le kit. Il suffit d agrandir un peu le trou existant avec un foret de 5 mm, puis de rentrer à fort dans le dernier engrenage du système réducteur. Lorsque les engrenages et le système moteur sont fixés ça doit ressembler à ça : Figure 6. Montage entraînant La disposition des engrenages n est pas imposée. J ai ajouté une réduction, mais elle n est absolument pas nécessaire. Pour les fixer sur la plaque le plus simple est de faire le montage suivant : 7

8 Figure 7. Montage des engrenages sur la plaque Maintenant que le système entraînant est en place, il faut trouver les deux plateaux. Pour le rotatif, ça ne pose pas trop de problème, on peut par exemple prendre un CD-ROM et le fixé sur le dernier engrenage (voir photo). Figure 8. Le plateau rotatif 8

9 Pour le longitudinal, par contre c est plus compliqué. Dans mon cas, je me suis encore servi de Légos et plus précisément du train électrique. J ai fixé sur un petit chariot deux tiges dentées (fournies avec le kit engrenage) et les rails servent de guide. Figure 9. Le plateau longitudinal 3.4. Assemblage Après avoir réalisé les différents éléments, il faut les assembler. La méthode la plus simple, que j ai trouvée, est de faire un marquage au sol. Les éléments indispensables pour la réalisation sont simplement une feuille de papier et des crayons. Ceux-ci servent à faire un ensemble de marques pour positionner correctement les trois éléments. Voici l exemple que j utilise. Les valeurs ne sont que des indications qui vont certainement varier suivant les objets à scanner. 9

10 Figure 10. Marquage au sol 10

11 4. Conclusion Après avoir exposé les principes du scanner 3D à base de barrière laser, j ai expliqué comment fabriquer les trois éléments indispensables. Maintenant, la partie matérielle est finie. Pour pouvoir utiliser tout ce dispositif, il est indispensable d avoir un excellent logiciel : Copos. Ce logiciel permet la capture d une séquence d images à partir d une webcam puis d effectuer le traitement nécessaire pour obtenir un nuage de points. 5. Annexes Figure 11. Tout l ensemble 11

12 Figure 12. Montage du plateau rotatif 12