Le scanner laser 3D : reconnaissance de formes et modélisation de déformations

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Matthieu Dujardin T cite this versin: Matthieu Dujardin. Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins. Engineering Sciences. 2013. <dumas-00920445> HAL Id: dumas-00920445 http://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-00920445 Submitted n 18 Dec 2013 HAL is a multi-disciplinary pen access archive fr the depsit and disseminatin f scientific research dcuments, whether they are published r nt. The dcuments may cme frm teaching and research institutins in France r abrad, r frm public r private research centers. L archive uverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusin de dcuments scientifiques de niveau recherche, publiés u nn, émanant des établissements d enseignement et de recherche français u étrangers, des labratires publics u privés.

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS ÉCOLE SUPÉRIEURE DES GÉOMÈTRES ET TOPOGRAPHES MÉMOIRE présenté en vue d'btenir le DIPLÔME D'INGÉNIEUR CNAM Spécialité : Gémètre et Tpgraphe par Matthieu DUJARDIN Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Sutenu le 28 juin 2013 JURY PRÉSIDENT : M. Arnaud GALLAIS Président du jury MEMBRES : M. Laurent POUX Maître de stage M. Ghyslain FERRÉ Prfesseur référent M. Stéphane DURAND Examinateur M. Jean-Frédéric FUCHS Examinateur M. Gwenaël SAGNE Examinateur M. Richard THÉVENOT Examinateur

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins «Tut dans la nature se mdèle sur la sphère, le cône et le cylindre, il faut apprendre à peindre sur ces figures simples, n purra ensuite faire tut ce qu'n vudra.», Paul CÉZANNE. Avant-prps Le terme des tris années d études à l ESGT abuti sur le Travail de Fin d Études, prjet à caractère prfessinnel ayant pur but de s intégrer au mieux au mnde du travail. De plus, le TFE cnsiste en un travail de recherche imprtant sur une lngue durée. Ce travail s est dérulé au sein de la SARL Lechêne & Assciés, cabinet de gémètres-experts lcalisé à BOLBEC en Seine-Maritime, sur une durée de cinq mis. Ce rapprt aura pur but de mettre en évidence les activités réalisées durant ces 20 semaines de travail. Cela passera par la recnnaissance de frmes, ntamment en industrie, pur tut ce qui cncerne les tuyauteries ainsi que les bacs de stckage. Cette étude sera utile par la suite afin de puvir mdéliser des défrmatins entre un mdèle thérique le plus prche pssible du mdèle réel et un nuage de pints mesurés sur le terrain, u même entre deux «scans» d un même bjet pur vérifier une quelcnque évlutin. Remerciements Dans un premier temps, je tiens à remercier Mnsieur Laurent POUX, mn maître de stage, pur m avir accmpagné durant tute la durée de ce TFE, d avir pris le temps de répndre aux questins qui me venaient à l esprit, mais aussi pur m avir guidé dans ma démarche de cette étude. Je suhaite remercier également Messieurs Stéphane et Jean-Luc LECHÊNE, c-gérants de cette entreprise, pur m avir accueilli durant ces 20 semaines de ma dernière année d études. Je tiens de plus à remercier Stéphane (infrmaticien), Alain et Linel (équipe urbanisme), David et Jean-Paul (équipe industrie), Éric et Christphe (équipe terrain) ainsi que Brigitte, Sylvie et Anne (secrétariat, assistance et cmptabilité) pur m avir accueilli cmme un membre de l équipe. De même, je remercie Mnsieur Ghyslain FERRÉ, prfesseur référent de mn TFE, pur sa dispnibilité et le suivi de ce prjet, ainsi qu à l ensemble du crps enseignant, pur l enseignement thérique reçu à l ESGT. Un grand merci également à Mnsieur Niclas LANDRIVON, du bureau cmmercial TECHNODIGIT, pur avir cntribué à ce prjet en autrisant une utilisatin prlngée du lgiciel 3DReshaper. Pur finir, ces remerciements s adressent également aux persnnes de mn enturage, famille et amis, pur leur sutien durant tute la durée de ce TFE ainsi que l ensemble de mn cursus d enseignement supérieur. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 1

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Glssaire Ajustement : il s agit d une étape de traitement pur mdéliser un nuage de pints. Cette phase va permettre d ajuster les dimensins du mdèle CAO utilisé, et va le recaler au mieux sur l ensemble des pints du nuage. Inspectin : elle est synnyme de «cmparaisn». Ce traitement permet de cmparer deux maillages (nuages de pints maillés u triangulés), deux nuages de pints u encre un mdèle et un nuage de pints, afin de faire ressrtir des écarts tridimensinnels, avec l utilisatin d un dégradé de culeurs. Lasergrammétrie : technique de relevé tridimensinnel à partir d un balayage laser dnt le pas est réglable par l utilisateur. Sa cadence de prise de mesures est très élevée. Les scanners laser 3D cnstituent un util utilisant cette technique. Maillage : il s agit d un traitement permettant de créer une surface à partir du nuage de pints. Des trinômes de pints sernt reliés entre eux afin de créer des triangles dans l espace. Par abus de langage, un maillage peut également crrespndre au nuage maillé. Nrmale d une surface : elle désigne la perpendiculaire au plan tangent d une surface en un pint. Sur l exemple de la sphère, la nrmale en un pint de la surface est représentée par la drite passant par ce pint et le centre du mdèle (la sphère). Plaquage de texture : après le maillage, il s agit d une cmmande (que l n truve sur 3DReshaper par exemple) permettant de plaquer une image (phtgraphie, résultat d inspectin exprtée cmme image, ) sur le mdèle maillé btenu précédemment. De cette manière n btiendra un slide avec du relief et des culeurs, permettant de mieux déterminer les défrmatins d une zne. Primitive : il s agit d un mdèle de base à la mdélisatin 3D. Le mélange d un jeu de primitives permet de réaliser des mdèles plus cmplexes. On retruve par exemple : le plan, la ligne, le cercle, le cylindre, la sphère, le cône, le tre, (exemple d une tuyauterie avec cudes et autres raccrds). Ré-échantillnnage : il s agit d un util permettant de mdifier la quantité de pints d un même nuage. En cas de sur-échantillnnage, il faudra densifier le nuage existant à partir de méthdes d interplatin par exemple. Pur le sus-échantillnnage, il faudra supprimer des pints de manière régulière, ntamment lrsque l n cherche à diminuer la taille d un fichier. Le prcédé reste le même que lrs d une réductin de la réslutin d une image. Segmentatin : étape du traitement de recnnaissance de frme permettant d isler des prtins de nuage et de supprimer le bruit envirnnant afin de puvir mdéliser avec plus de fiabilité. Visée rasante : il s agit d une visée dnt l angle frmé entre celle-ci et la tangente à la surface à mesurer est faible. Si la mesure se fait avec un rayn laser, ce dernier prendra une frme d ellipse sur la surface et la distance purra être perturbée. Visinage : c est l ensemble des pints les plus prches d un pint chisi. Il se paramètre ntamment à partir d une sphère u d un cylindre centré sur le premier pint (sélectinné par l utilisateur) Page 2 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Table des matières Avant-prps... 1 Remerciements... 1 Glssaire... 2 Table des matières... 3 Intrductin... 5 INT.1 PRESENTATION DE L'ENTREPRISE D'ACCUEIL... 5 INT.2 CONTEXTE DE L'ETUDE... 5 INT.2.1 Mdélisatin 3D... 5 INT.2.2 Purqui relever?... 6 INT.2.3 Techniques de relevés 3D... 6 INT.3 PROBLEMATIQUE... 7 INT.4 OBJECTIFS VISES... 7 INT.5 PLAN DU MEMOIRE... 7 I ETAT DE L'ART DE L'EXISTANT... 8 I.1 LA TECHNIQUE LASER SCANNER 3D... 8 I.1.1 Principe de la méthde... 8 I.1.1.1 Le principe physique du laser... 8 I.1.1.2 Le principe de la méthde de relevé par scanner laser 3D... 8 I.1.2 Différents types de scanners... 9 I.1.3 Les risques liés au laser... 10 I.1.3.1 Les risques pur la peau... 10 I.1.3.2 Les risques pur l'œil... 10 I.1.3.3 Et pur les scanners?... 10 I.1.4 Les avantages et incnvénients de cette technique... 11 I.1.4.1 Les avantages... 11 I.1.4.2 Les incnvénients... 11 I.2 GEOREFERENCEMENT... 11 I.3 QUELQUES LOGICIELS POUR LA MODELISATION DE NUAGES DE POINTS... 12 I.3.1 3DReshaper... 12 I.3.2 Meshlab... 14 II RECONNAISSANCE DE FORMES... 16 II.1 PREAMBULE... 16 II.2 SEGMENTATION... 17 II.3 LES ALGORITHMES DE RECONNAISSANCE DE FORMES... 18 II.3.1 Chix de la primitive... 18 II.3.2 En sélectinnant 1 pint, par étude de visinage... 18 II.3.2.1 Tirage du premier pint... 18 II.3.2.2 Tirage des autres pints... 19 II.3.2.3 Créatin du cylindre... 20 II.3.2.4 Cas de plusieurs cylindres dans un nuage... 20 II.3.3 Utilisatin des mindres carrés implicites... 21 II.3.4 Recnnaissance par 2 pints et leur nrmale... 21 II.3.4.1 Chix des pints... 22 II.3.4.2 Créatin d'un plan... 22 II.3.4.3 Mise en place du mdèle CAO... 22 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 3

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins II.3.5 Cnclusin... 22 II.4 LA RECONNAISSANCE DE FORMES SUR KUBIT... 22 II.4.1 Qu'est-ce que Kubit?... 22 II.4.2 Sn utilité... 23 II.4.3 Les lgiciels utilisés... 23 II.4.4 Liaisns entre tubes... 24 II.4.5 Exemple... 26 II.4.6 Remarques sur des prblèmes rencntrés avec le scanner... 28 II.5 CONCLUSION... 29 III MODELISATION DE DEFORMATIONS... 30 III.1 PREAMBULE... 30 III.2 DEFORMATIONS A PARTIR DE MODELES CAO SIMPLES... 31 III.2.1 Etude de l'affaissement d'un plafnd : cas du plan... 31 III.2.1.1 Chix du plan... 32 III.2.1.2 Inspectin... 32 III.2.1.3 Améliratins pur un usage simplifié pur les clients... 33 III.2.2 Etude de défrmatins d'un bac : cas du cylindre... 35 III.2.2.1 Chix du cylindre... 35 III.2.2.2 Inspectin du bac d'hydrcarbures... 37 III.2.2.3 Améliratins pur un usage simplifié pur les clients... 38 III.3 DEFORMATIONS D'UN MODELE ISSU DU LOGICIEL POINTSENSE PLANT... 42 III.3.1 Etude de défauts d'un tuyau cudé... 42 III.3.2 Améliratin au préalable sur PintSense Plant... 43 III.3.3 Lissage de la partie cudée... 44 III.3.4 Déplacement des pints manuellement... 44 III.3.5 Cnclusin sur ces résultats... 44 Cnclusin... 45 Bibligraphie/Webgraphie... 48 Table des figures... 49 Table des annexes... 50 Page 4 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Intrductin INT.1 Présentatin de l entreprise d accueil La SARL LECHÊNE & assciés, située à Blbec (76) est cnstituée de tris assciés, Messieurs Stéphane et Jean-Luc LECHÊNE, ce dernier ayant succédé à Mnsieur PRUDHOMME en 1985, 3 ans après leur assciatin. Mnsieur Laurent POUX, c-gérant représente le pilier de la gématique et de l infrmatique au sein du cabinet. Pur finir, une dizaine d emplyés cmplètent cette structure à des pstes divers (dessinateur, urbanistes, levé en industrie, ). Le cabinet pssède un ptentiel d activités très étendu, qu il s agisse de la tpgraphie, du fncier, de l aménagement du territire, de l urbanisme, des prjets de cnceptin et enfin de la tpgraphie industrielle, qui réclame une rigueur imprtante, au vu des cnséquences puvant en déculer (danger humain et risque écnmique). Pur certains travaux, ntamment pur la réalisatin de plans d intérieurs imprtants (grands bureaux administratifs, architecture ) u bien la mdélisatin en tris dimensins d une pièce industrielle, cette entreprise a recurs à la lasergrammétrie terrestre. La SARL lue actuellement un scanner laser FARO chez un cnfrère, mais demeure cependant désireuse d en acquérir un prchainement. En effet, la rapidité d acquisitin de mesures et la qualité du résultat btenu (précisin évaluée à plus u mins 2mm par Far pur une prtée de 0,6 à 120 mètres) cnstituent des caractéristiques nn négligeables, cmpte-tenu de certaines demandes actuelles. L entreprise s investit aujurd hui de plus en plus dans cette technique de mesure à la pinte de la technlgie, ntamment sur des chantiers de grande ampleur. En revanche, les phases de traitement nécessitent une durée assez élevée de travail, cnstituant un aspect négatif du scanner laser 3D. C est dnc dans ce cadre que s inscrit mn TFE. Ce dernier permettra de mettre en évidence les utils existants en terme de recnnaissance de frmes, afin d amélirer : La rapidité du traitement, La qualité de la représentatin. De même le fait de puvir effectuer des mdélisatins de défrmatins permettra à l entreprise de varier ses pssibilités de marchés avec les divers clients, ntamment en industrie pur la préventin des risques. INT.2 Cntexte de l étude INT.2.1 Mdélisatin 3D À l heure actuelle, la mdélisatin en tris dimensins s accrît cntinuellement. En effet, la réalisatin de mdèles 3D de bnne qualité attire une nuvelle clientèle de plus en plus nmbreuse. On retruve cet aspect dans un nmbre de dmaines très variés : tpgraphie, cnceptin et jeux vidé. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 5

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Tpgraphie : architecture, plans d intérieur et de façade, relevés industriels, uvrages d arts, cnservatin du patrimine. Cnceptin de maquettes pur des prjets à grande échelle : cnceptin des avins, des véhicules autmbiles à l aérdynamisme grandissant u même pur les structures de transprt maritime. Créatin de jeux vidé de tutes srtes, pur amélirer le graphisme et attirer une plus grande variété d utilisateurs. INT.2.2 Purqui relever? Plusieurs bjectifs peuvent être à l rigine d une vlnté de mdéliser en tris dimensins. Il peut s agir, cmme ce sera le cas dans cette étude, de la représentatin en tris dimensins de diverses pièces industrielles (chez EXXON u TOTAL par exemple), afin de mieux anticiper les risques dus à certaines défrmatins. Un chc sur une tuyauterie n apparaît pas tujurs visuellement, mais peut masquer certaines pathlgies, puvant devenir à l rigine de trubles affectant la sécurité du persnnel de l entreprise. Dans un cntexte différent, il peut demeurer nécessaire d effectuer ce type de relevé dans le but de préserver des bjets u cnstructins faisant partie intégrante de ntre patrimine (Abbaye de l Épau située au sud-est du Mans, grttes de Lascaux lcalisées à Mntignac en Drdgne, château de Versailles, ). INT.2.3 Techniques de relevés 3D Aujurd hui, n retruve un certain nmbre de techniques pur la réalisatin de relevés en tris dimensins, chacune pssédant ses avantages et ses défauts. On retruve ntamment : La lasergrammétrie terrestre u aérprtée, La phtgrammétrie, La radargrammétrie. La lasergrammétrie (cnnue également sus le nm de LIDAR : LIght Detectin And Ranging) terrestre u aérprtée cnsiste en un balayage de mesures effectuées au laser, avec une cadence d acquisitin relativement élevée. Nus verrns plus en détails cette méthde par la suite. La phtgrammétrie, quant à elle, permet la créatin de mdèles tridimensinnels à partir de deux prises de vue successives, recuvrant une même zne avec un angle différent. À partir d une identificatin de pints u de lignes similaires entre deux clichés, il devient pssible de créer un nuage de pints (sur Phtmdeler Scanner par exemple) u de vir directement en 3D par la superpsitin de deux clichés différents en visin stéréscpique. Enfin, la radargrammétrie cnstitue une technique permettant de prendre des mesures à partir de l envi d une nde radi effectuant un trajet aller-retur. Cntrairement à la technique LIDAR, utilisant des ndes cmprises entre 126 nm (pur le diargn Ar 2) et 10,6 µm (pur le dixyde de carbne CO 2), la radargrammétrie utilise une lngueur d nde aux alenturs de 2 cm. Page 6 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins INT.3 Prblématique Aujurd hui, il est pssible d effectuer de la mdélisatin 3D aisément. Cette technique ayant tendance à se dévelpper rapidement, tut cmme l ensemble de la haute technlgie actuelle, il devient imprtant de se maintenir à jur dans ce dmaine. De plus, au vu de la situatin écnmique, la clientèle tend à chercher les meilleurs prix pur des prestatins, ainsi qu une durée plus rapide pur la réalisatin de ces services. Il cnvient dnc de truver des myens pur amélirer la qualité et la rapidité de traitement de nuages de pints dans le but de satisfaire au mieux la clientèle visée à ce genre de prjet. INT.4 Objectifs visés Un nmbre imprtant de lgiciels de traitements de nuages de pints u de mdèles numériques en tris dimensins existe à l heure actuelle. Il cnvient de faire un état des lieux des utils existants pur savir lesquels snt les plus adéquats pur répndre à la prblématique de ce prjet. Il sera également nécessaire de les tester, en s attachant d avantage sur les pssibilités de recnnaissance de frme, sujet encre peu traité aujurd hui. Des tests sur des défrmatins entre nuages u entre un nuage et un mdèle sernt également effectués pur avir la pssibilité de mettre en valeur d éventuelles pathlgies dues à un chc u un autre phénmène. Une étude sur un cas cncret sera également réalisée afin de vérifier les pssibilités et la qualité des lgiciels présents. INT.5 Plan du mémire Le plan de cet expsé sera basé sur tris parties : État de l art des éléments existants, Recnnaissance de frme, Mdélisatin de défrmatins. Dans une première partie, nus établirns un état des lieux de l existant, récapitulant pur cmmencer les caractéristiques de base du scanner laser 3D. Cette partie traitera également des questins de géréférencement avant de s achever sur le chapitre présentant les différents lgiciels dispnibles à ce jur. Dans une secnde partie, le cntenu sera en ttalité cnsacré à la recnnaissance de frmes. Les slutins prpsées par 3DReshaper sernt présentées, ntamment sur la partie algrithme de recnnaissance. Les slutins de la sciété Kubit sernt également étudiées. Pur finir, la trisième et dernière partie cnsistera en la mdélisatin de défrmatins de nuages de pints par rapprt à d autres relevés 3D au scanner u des mdèles CAO. Cette partie purra dnc s appliquer aux éléments intervenants suite à la recnnaissance de frmes, afin d étudier des défrmatins seln un certain mdèle en fnctin des éléments mesurés sur le terrain. Cet expsé s achèvera par une cnclusin sur l utilisatin du scanner laser 3D, mais surtut sur les répnses apprtées pur amélirer le traitement, psant parfis des difficultés, en cas de quantité trp imprtante de pints. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 7

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins I État de l art de l existant I.1 La technique scanner laser 3D I.1.1 Principe de la méthde I.1.1.1 Le principe physique du LASER Le LASER (de sn nm anglais Light Amplificatin by Stimulated Emissin f Radiatin) cnstitue une surce de lumière chérente, c est-à-dire dnt le faisceau de lumière émis est très fin, avec une faible divergence (de l rdre du milli radian). L émissin d une surce de lumière nécessite une excitatin du milieu, le rayn étant prduit par l émissin stimulée d un électrn. En passant de la secnde cuche d un atme à la première, ce dernier va libérer une certaine énergie cnstituant la surce de lumière. Pur puvir l utiliser, il est nécessaire de psséder les tris éléments suivants [Figure.1, (J.DUROY, 2012)]: Un milieu amplificateur u actif, Un système d excitatin u de pmpage, Une cavité résnante, cnstituée de deux mirirs, l un ttalement réfléchissant, le secnd semi réfléchissant, pur laisser passer une partie de la lumière. Les lasers peuvent être différents seln leurs caractéristiques : lngueur d nde, puissance, péride de répétitin, durée de l impulsin, diamètre et divergence du faisceau. Figure.1 : Principe physique du laser I.1.1.2 Les principes de la méthde de relevé par scanner laser 3D Le laser, pssédant des qualités remarquables dans de nmbreux dmaines (médecine, industrie, ) cnstitue un atut majeur en matière d acquisitin de mesures tpgraphiques. Il a permis, au début, de déterminer des distances grâce au calcul du temps aller-retur de l nde à partir de la cnnaissance de la lngueur d nde. Cette technique fut ensuite assciée au thédlite (appareil permettant la mesure d angles hrizntaux et verticaux) pur abutir au tachémètre (mesures d angles et de distances). De cette manière, à partir de calculs trignmétriques, il est pssible de déterminer des écarts en tris dimensins par rapprt au centre ptique du tachémètre. Après le calcul de la psitin et de l rientatin de l appareil, il devient facile d btenir les crdnnées des pints mesurés. Aujurd hui, cette technique pursuit sn évlutin. Il devient alrs aisé d effectuer ces prises de mesures avec une certaine autmatisatin et cadence de mesures. Le scanner laser 3D remplit ce rôle à merveille, puvant mesurer jusqu à 1 millin de pints par secnde (pur les appareils fnctinnant par mesure de décalage de phase). Il permet d effectuer un balayage de pints en vertical, l appareil turnant ensuite sur lui-même pur le balayage hrizntal. Page 8 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins I.1.2 Différents types de scanners Plusieurs types de scanner laser snt actuellement dispnibles sur le marché : Scanner laser à impulsin u temps de vl, Scanner laser à différence de phase, Scanner laser à triangulatin, Dans le premier cas, le scanner émet un rayn laser, mais dit cependant attendre le retur de l nde envyée pur réaliser la mesure suivante. Ainsi, cnnaissant la vitesse de l nde, le scanner devient capable de mesurer la distance des pints au scanner. Dans ce cas, l appareil est adapté pur la mesure de lngues distances. En revanche, la cadence de mesures de pints est limitée (quelques milliers de pints par secnde). Pur le scanner à différence de phase, ce dernier prblème s élimine. En effet, ce type de scanner laser envie une nde en cntinu. La mesure de distance est btenue en calculant le temps de décalage de phase entre l émissin de l nde et sa réceptin. Bien que figurant cmme un instrument de mesure ultra rapide (jusqu à 1 millin de pints par secnde), sn principal prblème réside dans la prtée (devant être inférieure à 120m, maximum pssible). Une autre cntrainte cnsiste en l apparitin d artefacts. Prenant des mesures en cntinu, n purra vir apparaître des pints faux ntamment quand le scanner passe d une mesure d un bjet au premier plan à un secnd bjet à l arrière-plan. On retruve le cas d une armire et du mur derrière au niveau d une arête de celle-ci. Pur le scanner laser à triangulatin, le principe est simple. Le scanner émet un rayn sur un bjet. Une caméra est également utilisée pur déterminer l angle β entre la directin caméra-scanner et la directin caméra-bjet mesuré. La distance entre la caméra et le scanner reste cnnue en permanence. De plus, en prenant la mesure de l angle α entre la directin scanner-caméra et la directin scannerbjet mesuré, il devient pssible de déterminer le triangle cmplet frmé par les smmets scanner-bjet-caméra. Sur l illustratin cicntre [Figure.2 (J.NICOLAS-DUROY, 2012)], d AB, α et β snt cnnus. Figure.2 : Principe du scanner à triangulatin Dans ntre cas, l étude prtera sur un scanner laser terrestre Far Fcus 3D (Figure.3 ci-cntre), qui utilise des mesures de phase. Cet appareil demeure parmi les meilleurs scanners du mment, ntamment grâce à sa cadence de pints (jusqu à 976 000 pints par secnde), sa précisin annncée à plus u mins 2mm (précisin et figure.3 issues du site http://eurpe.far.cm/fr-fr/prduits/releve-3d/scanner-laser-3d-far-fcus- 3d/apercu) ainsi que sn très faible gabarit (le plus petit du marché : 5 kg). De plus, le scanner permet la génératin d une image atteignant une réslutin de 70 mégapixels. Il cnvient de se rendre cmpte néanmins Figure.3 : Scanner laser Far de deux petits défauts, la présence d artefacts au niveau de certaines arêtes et la prtée limitée (pas plus de 100-120m). Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 9

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins I.1.3 Les risques liés au laser I.1.3.1 Les risques pur la peau (J.NICOLAS-DUROY, 2012) Les effets du laser sur la peau snt essentiellement dus à la chaleur prduite par le rayn. En fnctin du type de laser emplyé (lngueur d nde) et de la zne en cntact avec le faisceau laser, les dangers pur la peau ne sernt pas les mêmes : Simple rugeur, Carbnisatin superficielle, Lésins plus u mins prfndes. I.1.3.2 Les risques pur l œil (J.NICOLAS-DUROY, 2012) De même que pur la peau, les dangers du laser pur l œil dépendent de plusieurs facteurs (lngueur d nde, temps d expsitin, ). Il reste difficile d évaluer un seuil de sécurité pur éviter tus ces risques. Plusieurs risques snt à prendre en cnsidératin : Inflammatin, Brûlure de la crnée, Lésin du cristallin, Cataracte, Lésin des phtrécepteurs, Diminutin de la visin périphérique, Sensibilité accrue à l ébluissement. I.1.3.3 Et pur les scanners? Les lasers snt regrupés en diverses classes seln leur danger ptentiel. Les scanners laser 3D appartiennent à la classe 3R u 3A, cela signifie dans un premier temps que le risque incendie est nul. En revanche la visin directe pur l œil représente un ptentiel danger. Cependant, la visin par réflexin diffuse ne cmprte pas de danger. Il cnvient dnc de prendre certaines mesures de sécurité avant le lancement de la prise de mesures avec le scanner, ntamment faire attentin que persnne ne regarde le scanner au mment de lancer l pératin. À partir d une certaine distance en revanche, le rayn laser perd de sa puissance, atténuant ainsi les risques de l expsitin de l œil. Cette distance, appelée Distance Nminale du Risque Oculaire (DNRO), est calculable à partir de la frmule suivante (J.NICOLAS-DUROY, 2012) : Avec : P 0 la puissance du laser (W), a le diamètre du faisceau, Φ la divergence du faisceau et VLE la Valeur Limite d Expsitin. Cette dernière est calculable à partir de frmules puvant varier seln les lasers. Sur le scanner FARO Fcus 3D, il est pssible de calculer et d afficher cette distance seln les cnditins envirnnantes (intérieur u extérieur, ). Page 10 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins I.1.4 Les avantages et incnvénients de cette technique I.1.4.1 Les avantages Ils snt divers : Rapidité d acquisitin, Précisin du nuage de pints btenu assez bnne (quelques millimètres à partir d une statin), Permet d éviter un ubli d une mesure u autre (état des lieux cmplet d une zne). I.1.4.2 Les incnvénients On en retruve quelques-uns mais qui peuvent aisément être réslus : Présence d artefacts, Temps de traitement des nuages de pints parfis lng, Cût appareil + lgiciels + PC adapté à d impsants traitements, Cût de la frmatin. I.2 Géréférencement par cibles Sphères Dans un premier temps, il est pssible d utiliser des cibles de frme sphérique. Ces cibles pssèdent plusieurs tailles, tutes étant cnnues du scanner. Elles pssèdent également un petit supprt circulaire magnétique (en nir sur la pht), facilitant leur psitinnement sur des éléments métalliques. Un autre avantage de ce type de cible demeure en sa capacité de puvir la mesurer de n imprte quel angle (devant, côtés, au-dessus u en-dessus). Pur ces raisns, nus utilisns cette méthde pur l assemblage de ns nuages de pints. Cela représente un gain de temps cnsidérable, ne nécessitant pas l utilisatin de plusieurs trépieds. En revanche, une attentin particulière dit être apprtée aux cibles, par exemple pur éviter que certaines persnnes ne les retirent pur les regarder. (Figure.4 : cibles sphériques, http://shp.laserscanning-eurpe.cm) Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 11

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Cibles circulaires cmpsées de deux disques de culeur différente Ici le scanner va mesurer les cibles et déterminer la psitin du centre du disque à partir de la différence de réflectance. Bien que puvant être amvibles sur le supprt (Figure.5 ci-cntre, site Leica), il faut à chaque fis la turner pur réussir à la scanner d une statin à une autre. Figure.5 : Cible circulaire à deux disques Cibles en damier Le principe des cibles en damier est de déterminer le centre de la cible, par intersectins de deux drites, représentées ici (Figure.6, site Leica) par le changement de culeur. Ces cibles nt des prpriétés prches de celles du paragraphe précédent. Figure.6 : Cible à damier Mini-cibles autcllantes (C.LARSON, 2011) Il s agit de mini-cibles frmant un cercle (Figure.7 ci-cntre), adhésives sur une quantité imprtante de matériaux. Elles pssèdent un certain nmbre d avantages, à cmmencer par leur cût très faible en raisn de la durée de vie de la partie adhésive. Leur usage se fait uniquement en cas d utilisatin d un scanner à main, pur lcaliser le rayn laser en cntinu par rapprt aux cibles. Le principal incnvénient cnsiste en l impssibilité de muvements de ces cibles. Figure.7 : Mini-cible adhésive I.3 Quelques lgiciels pur la mdélisatin de nuages de pints La lasergrammétrie étant cnsidérée cmme une innvatin en tpgraphie, de plus en plus de lgiciels snt utilisés pur la mdélisatin d un nuage de pints. On retruve des lgiciels qui snt en général vendus avec le scanner laser 3D. On peut citer par exemple Cyclne de chez Leica u encre Scene de chez Far. Une fis les nuages de pints imprtés, il est pssible d effectuer des assemblages, des nettyages, des maillages et plein d autres ptins à partir d autres lgiciels existants aujurd hui. I.3.1 3DReshaper Dans un premier temps, il est pssible de citer 3DReshaper. Il s agit d un lgiciel payant, mais qui pssède un nmbre de fnctins imprtant. Il cmmence par les cmmandes classiques de traitement de nuages de pints. Il est suvent utilisé pur le nettyage des nuages, dans le but d éliminer les pints n étant pas nécessaires pur les bjets à mdéliser. Page 12 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins De même, il s agira de prendre en cnsidératin un certain nmbre de pints faux. Ceci est causé principalement par des surfaces transparentes u réfléchissantes, ntamment la pluie u bien des surfaces brillantes, cmme certains métaux neufs. De même, dans le traitement des nuages de pints, il est pssible de fusinner plusieurs nuages, d isler une partie des pints sit en les sélectinnant, sit par l insertin d une frme spécifique. On btient un nuage nettyé des pints inutiles. Ici, la figure.8 représente un résultat btenu brut sur 3DReshaper. Figure.8 : Nuage de pints «Tuyau» sur 3DReshaper Ensuite, n retruve tus les utils de maillage puvant être utilisés. Dans un premier temps, n cmmence par un maillage en tris dimensins (Figure.9 ci-cntre) avec la gestin d un certain nmbre de paramètres, à savir la distance myenne entre les pints, la réductin u nn du bruit, la détectin des trus d une taille dnnée. Il s agit là d un util de maillage autmatique. Il reste malgré tut certaines imperfectins puvant être crrigées par d autres Figure.9 : Maillage issu du nuage précédent fnctins du lgiciel : bucher les trus, lisser les angles secs, éliminer les pics, prcéder à des défrmatins, Le but reste d amélirer au maximum le mdèle numérique mesuré. Ensuite, il est pssible de texturer le mdèle présent en plaquant des phtgraphies sur le maillage. Pur ce faire, il faut déterminer un certain nmbre de pints cmmuns entre les phtgraphies et ntre mdèle maillé, avec des plans différents pur recaler au mieux en tris dimensins. Bien d autres utils snt également dispnibles sur 3DReshaper. On retruve ntamment les mesures de distances entre pints. Un util intéressant, en termes de mesures de défrmatins, cnsiste en l ajut d une primitive simple (plan, sphère, cône, ). À partir de ces mdèles et du nuage de pints, il peut être réalisé des mdèles de défrmatins, représentés par l applicatin de culeurs sur le mdèle chisi, en fnctin de l écart entre le pint et le mdèle. Nus verrns plus en détails les principes de l inspectin dans la trisième partie de ce mémire. Pur cnclure, il s agit d un lgiciel assez cmplet, mais pssédant un cût pur l utilisateur. Il cnvient dnc d avir un minimum de marchés afin de puvir réaliser ce type d pératins. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 13

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins I.3.2 Meshlab Il s agit d un autre lgiciel puvant s avérer utile pur le traitement d un nuage de pints. Meshlab, dévelppé depuis 2005 par l ISTI (Institut di Scienza e Tecnlgie dell Infrmazine) et le CNR (Cnseil Natinal de la Recherche d Italie), est un util gratuit de traitement de nuages de pints de mdèles 3D. Ces fnctins deviennent de plus en plus variées au fur et à mesure des versins du lgiciel. On y retruve des utils de : Sélectin, Traitement de nuages et/u de maillage, Réparatin, Recnstructin, Simplificatin, Échantillnnage, Remaillage, Clrisatin, Lissage, En utilisant un exemple cncret, au départ nus avins le maillage suivant (Figure.10): Figure.10 : Maillage brut du nuage «Tuyau» sus Meshlab Ce lgiciel se distingue dnc de par sa quantité imprtante de fnctins. Il reprend dans un premier temps les utils de base de tut lgiciel de traitement de nuages de pints issus d un scanner laser 3D, c est-à-dire le nettyage des pints, l assemblage de plusieurs nuages de pints issus de différentes statins, les utils de mesures, À cela s ajutent les nmbreux filtres que l n ne retruve pas dans chaque lgiciel de dessin. Les plus utilisés restent les filtres de recnstructin, de ré-échantillnnage (ajut u suppressin d un certain nmbre de pints à partir du nuage existant) u encre de lissage. Ils permettent d amélirer la qualité du maillage en cas de besin, et d adapter le rendu à la demande effectuée. On retruve dans cette partie un certain nmbre d algrithmes : Triangulatin de Delaunay, Diagramme de Vrnï, Catmull Clark, Recnstructin de Pissn, Page 14 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins En ce qui cncerne la culeur, plusieurs cas snt pssibles. On peut clrier dans un premier temps en utilisant une fnctin définie, de srte à faire ressrtir un critère particulier. Il est également pssible d utiliser des critères cmme la distance par rapprt à un brd de maillage (permet de lcaliser visuellement les trus), la qualité des faces u des smmets (les mailles étirées aurnt une culeur différente de celles régulières et petites), et plein d autres chix pssibles. De plus, plusieurs types de rendus snt pssibles. On peut aussi bien cnserver la culeur issue du relevé au scanner brut, c est-à-dire en assciant la culeur prvenant de la pht sur chaque pint. Un rendu vierge de tute culeur est également envisageable. Sinn, tute une palette de rendus nt été créés grâce à des shaders (suite d instructins dnnée à l rdinateur, permettant de furnir un aperçu particulier, maillage en verre, mbres, ). Après l applicatin de divers filtres, ntamment buchage de trus, sur-échantillnnage, lissage et mde de rendu, nus btenns un résultat tel que celui qui suit (Figure.11): Figure.11 : Maillage améliré sus Meshlab Bien que pssédant des fnctins variées, rendant ainsi le lgiciel assez cmplet, Meshlab cmprte cependant certains défauts : v L impssibilité de revenir au cntenu précédent après l applicatin d un filtre u de n imprte quelle autre cmmande, v Un manque de fiabilité et de stabilité : en effet, il arrive suvent que le lgiciel ne répnde pas à la suite d une cmmande, u même se ferme de manière frcée, en plus d erreurs de calculs. Un avantage de ce lgiciel cncerne sa cmpatibilité avec un nmbre imprtant de frmats de nuages de pints. On y retruve les frmats : ply, stl, bj, qbj, ff, ptx, vmi, bre, dae, ctm, pts, apts, xyz, gts, pdb, tri, asc, x3d, x3dv u encre wrl. Il reste cependant utilisé aujurd hui en raisn de sa gratuité pur les utilisateurs, facilement téléchargeable sur plusieurs sites, le rendant ainsi très dispnible. Un descriptif plus cmplet décrivant les fnctins de Meshlab figure en Annexe 1 Les lgiciels de la sciété Kubit pssèdent également une bnne place dans le dmaine, la partie 2 apprtant plus de détails sur le sujet. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 15

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins II Recnnaissance de frmes II.1 Préambule Cmme évqué lrs de la précédente partie, n peut affirmer que le prgrès technlgique a pussé au dévelppement du scanner laser 3D. Aujurd hui, cette technique de relevé 3D évlue à une vitesse remarquable en ce qui cncerne l acquisitin de dnnées. En revanche les phases de traitement, bien qu étant nettement plus efficaces au fur et à mesure des années, restent très lurdes à gérer. En effet, de nmbreuses difficultés persistent, depuis la segmentatin jusqu à l applicatin de mdèles CAO sur le nuage de pints. Bien que le nuage cnstitue l élément principal de numérisatin d une scène, il est très suvent suhaitable de mdéliser les éléments, dans le but d btenir un résultat net pur un client. Pur ce faire, il cnvient de suivre le prtcle suivant (T.CHAPERON, 2002): Saisie des dnnées : il s agit du prcessus d acquisitin des pints à partir du scanner laser 3D, Recalage des nuages : cette étape cnsiste à recaler les nuages de pints entre eux, sit en les géréférençant, sit en fixant un premier nuage cmme référence avant de recaler les autres sur le «scan» cnnu, Segmentatin : ici, le but est d isler des prtins du nuage de pints, pur un meilleur traitement par la suite. De cette manière n purra séparer la tuyauterie des escaliers, Mdélisatin : cette étape cnsiste à appliquer un mdèle CAO au nuage de pints. Une fis effectuée, il est aisé d effectuer des plans, cupes, De cette manière, les travaux prévus sernt nettement plus fiables (implantatin d une Figure.12 : Phases de traitement de la mdélisatin nuvelle pièce industrielle, démntage de pièces pur nettyage dans le but de les remnter parfaitement, ). Il s agit d un réel état des lieux des éléments existants sur le terrain. Cette dernière étape, que nus étudierns plus en détails dans cette partie, demeure une phase imprtante pur l établissement de plans à partir d un scanner laser 3D. En effet sur l illustratin cidessus, il semble impssible d insérer une statin en plein milieu de la scène, ne laissant ainsi apparaître qu une partie des éléments que l n suhaite mesurer. Nus allns dnc chercher des slutins existantes, en s attachant en particulier sur le dmaine industriel ainsi que sur les levés en intérieur. Dans cette partie, nus verrns également les pssibilités des lgiciels créés par Kubit, pssédant des capacités très étendues sur le thème de la recnnaissance de frmes. Ce chapitre cnstituera de plus un apprt pur les mdélisatins de défrmatins. Page 16 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins II.2 Segmentatin Durant cette étude, j ai essentiellement travaillé sur des chantiers industriels, à savir ntamment la mdélisatin de bacs de stckage d hydrcarbures, mais aussi des prtins de tuyauterie. Dans ce dmaine, il faut retenir que la majeure partie des bjets existants (tubes, cudes, brides, réducteurs, ) peuvent se mdéliser à partir d une décmpsitin en primitives simples, ntamment (Annexe 2): v Ligne, v Plan, v Cercle, v Sphère, v Cylindre, v Cône, v Tre. Cmme évqué dans la première partie cncernant l état de l art, les scanners laser 3D à différence de phase fnt apparaître un bruit plus imprtant en raisn de la prise de mesures en cntinue. On retruve ce cas lrsqu n passe d un bjet à un premier plan à un bjet au plan suivant (Figure.13). Cette illustratin ne cncerne pas la tuyauterie. Figure.13 : Exemple de bruit entre deux plans Le but de la segmentatin cnsiste à isler les parties du nuage nécessaires à la recnnaissance de frmes par la suite. De ce fait, il est également cnseillé d éliminer le bruit aberrant, cmme n peut le cnstater sur la figure ci-dessus. De cette manière, n purra ensuite traiter les éléments à mdéliser avec une meilleure qualité. Deux types de segmentatin peuvent facilement être mis en œuvre : Segmentatin manuelle, Segmentatin semi-autmatique par mdèle CAO préalable. Dans le premier cas, il suffit de supprimer les pints inutiles en créant un plygne à partir d une vue. Ce dernier est éditable sur sa nrmale pur le délimiter en haut et en bas afin de supprimer les pints dans un slide. Pur la deuxième slutin, il cnvient de créer un mdèle CAO au préalable, qui sit assez prche du mdèle réel. Une fis btenu, il suffit d utiliser la cmmande «Séparer avec Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 17

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins un bjet» de 3DReshaper, et de spécifier une distance de tlérance du mdèle. Les pints cmpris dans cette tlérance, u au cntraire ceux qui dépassent peuvent être supprimés. Vici le résultat sur un tuyau avec un écart maximal de 3cm (Figure.14) : Figure.14 : Segmentatin par un mdèle CAO II.3 Les algrithmes de recnnaissance de frmes II.3.1 Chix de la primitive Dans un premier temps, le prcessus de mdélisatin passe par le chix de la primitive dans la majeure partie des cas. Bien que certains algrithmes demeurent capables de recnnaître la frme gémétrique du nuage (erreurs pssibles), la plupart des lgiciels de mdélisatin CAO nt besin de cnnaître la base du traitement. Dans mn étude, je m attacherais en grande partie sur le cylindre, travaillant essentiellement sur la tuyauterie, u même les défrmatins de bacs d hydrcarbure. Cnsidérns un tube représentant une prtin rectiligne de tuyauterie. La mdélisatin peut s effectuer à partir de mindres carrés implicites u bien de plusieurs algrithmes : v Prise en cmpte d un premier pint aléatirement, étude sur le visinage (3DReshaper, de Techndigit), v Utilisatin de deux pints, en utilisant leurs nrmales (PintClud, de Kubit). II.3.2 En sélectinnant 1 pint, par étude du visinage (A.BEY, 2011) II.3.2.1 Tirage du premier pint Le but de ce paragraphe cnsiste à déterminer le premier pint du nuage servant à représenter le cylindre. Ce dernier est chisi aléatirement. Un prblème persiste cependant dans cette partie : il faut ntamment vérifier que ce pint ne fasse pas partie du bruit. En effet, pur la suite du traitement ce pint sera cnsidéré cmme appartenant au cylindre, il est dnc nécessaire que ce dernier sit bien sélectinné. (A.BEY, 2011) apprte une méthde d échantillnnage repsant sur un test de rejet, par le calcul de la distance du premier pint au mdèle a priri recherché. Le principe est simple : si cette distance est acceptée, le pint est validé, sinn il est rejeté. Cmme (A.BEY, 2011) nus le dit, dans le Page 18 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins cas ù tus les pints testés snt rejetés, le temps de calcul deviendrait trp lng, apprtant un pint nir à cette méthde. Il paraît dnc très utile d ajuter un nmbre maximal de tests. De ce fait, le pint retenu sera le plus prche du cylindre estimé au préalable. II.3.2.2 Tirage des autres pints Figure.15 : exemple d un mauvais tirage du premier pint Cette partie du traitement a pur but de déterminer un certain nmbre de pints qui sernt utilisés dans le cadre de la réalisatin du mdèle CAO (un cylindre dans ntre exemple). Il faut pur cela psséder un bn pint de départ, celui vu au paragraphe précédent, issu du tirage. Ce dernier cnstituera la base pur la créatin du mdèle. Il est dnc indispensable, dans la première partie de l algrithme, de sélectinner le pint le plus prche de la surface a priri. Pur la suite de cette méthde, nus cnsidérerns que ce pint se situe sur la surface à définir, cmme l évque (A.BEY, 2011). On cherche ensuite quels visins sernt utilisés pur la détectin de la frme. On retruve deux types de visinage : v Visinage cylindrique, v Visinage sphérique. Ces deux visinages se ressemblent, bien que le secnd sit plus simple. En effet, n fixe un seul rayn, alrs que le cylindre nécessite un rayn de la base circulaire et la hauteur. Aucun des deux n est meilleur que l autre, mais la sphère étant plus simple à apprcher que le cylindre, il est préférable de l utiliser. À ce niveau, un prblème très récurrent cncerne la taille de la sphère en questin. Deux dégradatins pssibles nt été mises en évidence dans les travaux de (T.CHAPERON, 2002) et (A.BEY, 2011) : Dans le cas ù le rayn de la sphère est trp petit, la présence de bruit sur une petite surface perturbera cnsidérablement la précisin de la mdélisatin (prenant en cmpte ces pints en questin). De même, trp peu d infrmatins purrnt être utilisées, empêchant ainsi une mdélisatin crrecte. Dans le cas ù le rayn est trp grand, il faut faire attentin à la quantité d utliers (pints faux, aberrants) puvant se situer dans ce rayn et qui seraient pris en cmpte. Dans le cas d une tuyauterie par exemple, en prenant un visinage trp grand du tuyau, il devient alrs pssible de sélectinner des pints appartenant à un autre bjet prche (tuyau, gaine, ). Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 19

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Le prblème du rayn de la sphère, utilisée cmme critère de sélectin des plus prches visins, reste à prendre en cnsidératin pur éviter d btenir un mdèle inchérent. II.3.2.3 Créatin du cylindre Une fis le premier pint et ses visins sélectinnés, il faut maintenant créer le mdèle CAO le plus adapté au nuage de pints (et dnc à l échantillnnage effectué dans le paragraphe précédent). Afin de résudre plus aisément le prblème, (A.BEY, 2011) effectue la prjectin des pints sur un plan. Ce dernier apprxime au mieux les nrmales des pints du cylindre, en passant par la base du nuage. L idée alrs ressrtie cnsiste à truver le cercle idéal, passant par le premier pint (appartenant au cylindre en thérie), et étant adapté au mieux à l ensemble du nuage prjeté. L algrithme utilisé est MSAC u MLESAC (Maximum Likelihd Estimatr SAmple Cnsensus), expliqué dans (P.H.S.TORR, 2000). Il est pssible cependant d utiliser l algrithme RANSAC, mais frtement décnseillé en raisn du principe de la méthde (R.SCHNABEL, 2007). En effet, cette technique prend en cmpte un nmbre de candidats très faible. La présence d utliers fausserait nettement la génératin du cercle idéal. Cette raisn mntre dnc le chix de l algrithme MSAC. Une fis les paramètres du cercle cnnus avec exactitude, il suffit de créer le cylindre de base similaire au cercle calculé, en adaptant la hauteur au nuage. Il est également pssible de faire une améliratin sur l ensemble du nuage par mindres carrés par la frmule issue de (A.BEY, 2011) : Ici, Cm représente le cylindre candidat et d(c w,q j) désigne la distance des pints au mdèle créé. Il s agit d une étape dite d ajustement du mdèle sur le nuage de pints u estimatin du mdèle. II.3.2.4 Cas de plusieurs cylindres dans un nuage En industrie ntamment, il arrive régulièrement qu il y ait un certain nmbre de tubes suivants la même directin dans l espace. Pur cette raisn, il est pssible de rassembler les cylindres en questin suivant une directin. Pur ce faire, il suffit d appliquer un algrithme de «clustering» (regrupement). Plusieurs méthdes peuvent être utilisées, présentées dans (A.VEDALDI, 2008). On retiendra néanmins l algrithme Medid Shift, qui lui est applicable dans un espace nn euclidien (cmme c est le cas ici), avec une bnne rapidité. Les directins des cylindres sernt alrs représentées par des pints sur la sphère (avec un pint de base au centre). Un cylindre ayant une directin mais deux sens, il cnvient de travailler sur un hémisphère pur éviter les dublns. Afin de travailler dans des mdèles assez prches, n va chercher, dans chaque grupe de résultats btenus, l ensemble des pints de srte que la nrmale sit perpendiculaire à une des directins cntenues dans le grupe (A.BEY, 2011). Ce principe est très utilisé pur tutes les pératins d extractin à partir d un pint, ntamment 3DReshaper. Cette méthde reste très efficace car elle apprte un résultat fiable dans la majeure partie des cas, par la sélectin d un unique pint. En revanche, le chix d un mauvais pint, u bien d un pint dnt les visins n appartiennent pas tus au mdèle (exemple de deux tuyaux très prches) peut être à l rigine d une mauvaise Figure.16 : Exemple d un pint avec un visinage inchérent Page 20 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins mdélisatin. Un cas cncret a été réalisé dans la trisième partie, ntamment lrs de l extractin simplifiée d un cylindre sur un nuage de pints issu d un bac de stckage d hydrcarbures. II.3.3 Utilisatin des mindres carrés implicites La méthde précédente est assez efficace mais s avère relativement lente pur le traitement, ntamment lrsqu une quantité trp imprtante de pints cmpse la surface à mdéliser. Elle m a cependant aidé à truver une slutin prenant en cmpte l ensemble des pints du nuage. Il devient dnc indispensable d avir au préalable une très bnne segmentatin. Dans un premier temps, il faut créer un plan dnt sa nrmale est clinéaire avec le vecteur directeur de la base du futur mdèle. Ensuite, en plaquant l ensemble du nuage sur ce plan, n btiendra un nuage apprximant un cercle. Le traitement fnctinne avec les crdnnées de l ensemble des pints, à partir de calculs avec dérivées partielles (les équatins de calcul de distance n étant pas linéaires). La frmule de calcul des mindres carrés implicites prend la frme suivante (S.DURAND, 2012): X étant le vecteur des valeurs apprchées des paramètres et L le vecteur des bservatins réalisées. Cnnaissant les crdnnées des pints du nuage sur un plan (en effectuant un changement de repère si besin), il est pssible, à partir d une cnnaissance apprchée du rayn du cercle et des crdnnées du centre de celui-ci, de déterminer ses caractéristiques exactes. Cette méthde prend dnc en cmpte l ensemble des pints dnt n suhaite btenir un mdèle CAO. Cntrairement à celle vu précédemment, n ne s attache pas ici à une prtin de pints (pint chisi aléatirement + ses visins). Dans le cas d un bac, l ensemble des pints pris en cmpte cntiendra les znes défrmées. II.3.4 Recnnaissance de frmes par 2 pints et leur nrmale Cette méthde, bien que légèrement différente des autres, pssède plusieurs parties d algrithme assez similaires. En effet, l idée de la recnnaissance d un cylindre à partir de deux pints et de leur nrmale passe par la prjectin sur un plan. Vyns les différentes étapes de ce traitement : Segmentatin, étape similaire aux cas précédents, Chix des pints, Créatin d un plan dnt la nrmale est presque clinéaire à l axe du cylindre, Prjectin des pints chisis et de leur nrmale sur le plan, Déterminatin du centre du cercle de base, ainsi que du rayn, Mise en place du mdèle suivant le vecteur directeur. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 21

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins II.3.4.1 Chix des pints Cette étape cnsiste au chix de deux pints le lng du tube. Ces deux pints déterminernt un certain nmbre de visins permettant d apprximer au mieux la nrmale. Il est préférable de prendre deux pints assez élignés pur utiliser plus de pints visins. Ensuite il est bn de prendre les pints qui ne snt pas sur une même ligne du cylindre, sinn les deux nrmales sernt prches, et l estimatin du centre du cercle par la suite sera mins bien déterminée. II.3.4.2 Créatin d un plan ù la nrmale est presque clinéaire à l axe du cylindre Ici, le principe ressemble frtement à la méthde d extractin expsée à partir d un pint et de sn visinage. Le but est de créer un plan dnt ses deux vecteurs directeurs crrespndent au vecteur nrmal de chaque pint chisi. Il est dnc indispensable de les sélectinner dans des znes les mins bruitées pssibles, afin que leur nrmale sit fiable. II.3.4.3 Mise en place du mdèle CAO Cette partie du traitement cnsiste à prjeter les pints rthgnalement sur le plan créé au préalable, ainsi que leur nrmale et visins. De cette manière, il est pssible de déterminer le centre du cercle par intersectin des nrmales des pints ainsi qu un rayn apprché par mindres carrés, qui servirnt de base pur le mdèle CAO à cnstruire. Le cylindre mdélisé est ensuite créé avec ajustement de la lngueur. Certains algrithmes permettent le recalage du mdèle afin que ce dernier sit le plus adapté pssible au nuage de pints, avec la distance des pints au mdèle CAO. II.3.5 Cnclusin Figure.17 : Mise en place du mdèle CAO Nus avns vu précédemment plusieurs slutins de recnnaissance de cylindre. Ces méthdes s appliquent également pur les autres frmes, en particulier la méthde d extractin que l n retruve sur le lgiciel 3DReshaper (cylindre et plan), u bien la méthde par deux pints (PintSense Plant). De nmbreux lgiciels explitent ce type de traitement, mais en s attachant sur des mdèles simples. Kubit en revanche permet d appliquer une quantité de mdèles plus imprtante au nuage de pints, à travers l utilisatin de tus types de raccrds de tuyauteries, y cmpris à l avenir dans une zne ù le mdèle sera décalé par rapprt au nuage de pints. II.4 La recnnaissance de frme sur Kubit II.4.1 Qu est-ce que Kubit? Kubit apparaît aujurd hui cmme une sciété internatinale pssédant une grande variété de chix de lgiciels, dnt le but est de simplifier la déterminatin et la mesure des situatins réelles ainsi que l'acquisitin des dnnées dans l'envirnnement d'autcad (surce http://www.kubit- Page 22 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins france.cm/index.php ). On le retruve sur divers dmaines : lever industriel, plan de façade, archélgie, patrimine, Kubit prpse des lgiciels utiles pur la tpgraphie, la lasergrammétrie, la cartgraphie u encre la phtgrammétrie (Annexe 3): TachyCAD, PhTPlan, PintClud, Pintsense Plant, VirtuSurv, MnuMap, DistTPlan, HylasFM. II.4.2 Sn utilité La sciété LECHÊNE & assciés en pssède quelques-uns, ntamment PintSense Plant, PintClud et VirtuSurv. Rappelns d abrd l utilité de la lasergrammétrie au sein du cabinet. En ce qui nus cncerne, le scanner laser 3D demeure principalement utilisé en industrie, à savir pur l étude de défrmatins de bacs ainsi que le levé de tuyauteries. On retruve également une utilisatin efficace pur les missins de mesurage intérieur et extérieur de cnstructins de grande ampleur (par exemple, un bureau de pste à Lille, 900 pièces, 1100 statins). Dans ce cas (chantier éligné), le scanner est utile pur limiter le temps de mesurage sur place et dnc les frais qui en déculent (carburant le weekend, hôtel sur semaine, repas sur place, ). II.4.3 Les lgiciels utilisés Bien que pssédant un nmbre d avantages cnséquent, il est à nter que la mdélisatin de cylindre n est pas tujurs aisée manuellement. De même la réalisatin d un plan en 2D à partir d un tel nuage de pints nécessite un traitement extrêmement cûteux en termes de temps et dnc d argent. Il est dnc nécessaire d btenir un myen efficace pur ce genre de travail. Après recherche de diverses slutins, Kubit se révèle cmme la slutin idéale pur répndre aux besins de l entreprise. Tris lgiciels demeurent très appréciés pur les tâches à réaliser : PintSense Plant, PintClud, VirtuSurv. Cmme présenté dans l annexe 3, ces tris lgiciels apprtent une meilleure facilité de traitement. Dans un premier temps, n retruve un nuage améliré visuellement, permettant ainsi de mins se fatiguer à essayer de distinguer certains éléments parmi des millins de pints. Cmmençns par VirtuSurv. Ce lgiciel permet de travailler à partir d une vue virtuelle. Cette vue est créée à partir de la densificatin (sur-échantillnnage) du nuage de pints pris au scanner laser 3D. Le rendu demeure cependant très réaliste (à l exceptin de défauts en zne de recuvrement), ntamment en utilisant la représentatin par niveaux de gris. Un rendu clrimétrique à partir de la réflectance est également dispnible. Cela permet de distinguer la quantité de lumière réfléchie. On peut dnc différencier des surfaces smbres de surfaces claires, mais surtut des différences entre des znes brillantes et mates. Cela peut se révéler utile pur détecter un certain nmbre d utliers (pints aberrants) dans une pièce dnnée. VirtuSurv crée un lien entre cette vue virtuelle et Autcad, et même avec d autres lgiciels, tels que ceux permettant la CAO u même un tableur Excel. L utilisatin de macrs (petits prgrammes pur traiter sur la vue virtuelle) facilite amplement la réalisatin du dessin. Cela peut être un cas tut simple. Il peut s agir d un mini prgramme permettant de s accrcher sur un Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 23

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins pint 3D du nuage à partir de la vue virtuelle. Il s agit d une cmmande qui apparaît très utile pur la rapidité du traitement. Par exemple, pur le dessin d une plaque il devient facile de créer un cercle passant par tris pints sur Autcad, en les chisissant sur la vue virtuelle. Figure.18 : principe d utilisatin de VirtuSurv Ici, chaque pint sélectinné sur la vue virtuelle de la pièce (à drite) cnstituera un smmet de la plyligne qui se dessine au fur et à mesure sur Autcad (à gauche). De même, n retruve cet exemple pur ce qui cncerne les fenêtres, prtes, marches, Bien que n entrant pas directement dans le cadre du TFE, cette partie me semble nécessaire pur aider à saisir l utilité du lgiciel qui va suivre. Étudins à présent PintClud. Ce lgiciel, tut cmme 3DReshaper, permet la mdélisatin de frmes simples, ntamment plylignes, plans u encre des cylindres. Prenns le cas d un tuyau à mdéliser au niveau d une pièce à usage de chaufferie. Il est pssible de mdéliser une canalisatin à partir de deux pints, et ce aussi bien sur le nuage brut (faire attentin à ne pas prendre un pint situé derrière sur une autre partie du nuage : pur cela il est recmmandé d isler la tuyauterie en questin) que sur la vue virtuelle grâce au lgiciel précédent. Là encre, n retruve une utilisatin du macr «Pint 3D». Une fis le mdèle réalisé, il reste cependant éditable, ntamment pur mdifier le rayn du cylindre et renseigner celui d rigine, pur effectuer des mesures de défrmatins entre le mdèle TQC (Tel Que Cnstruit) et TQS (Tel Que Saisi). Ces deux lgiciels de Kubit pssèdent dnc une certaine utilité, mais nécessite l apprt de PintSense Plant pur une mdélisatin cmplète et réaliste. Bien qu apprtant un rendu visuel plus agréable pur le traitement du nuage de pints, PintSense Plant permet de plus la pssibilité d utiliser un grand nmbre de raccrds de tuyauteries (cudes, tés, réducteurs, gaines, ). Pur du lever industriel, il s agit d un élément indispensable pur un travail rapide et fiable. Cependant, il faut vérifier les mdèles btenus. Je pense ntamment, en disant cela, à l extrémité d un tube, représentant le début du cude. Si le pint de tangence du cude ne se situe pas au niveau de la fin réelle du tube, le cude sera légèrement défrmé. II.4.4 Liaisns entre tubes À la base, PintClud, de Kubit cnstituait un lgiciel classique de mdélisatin de frmes simples, à savir les plylignes, les plans et les cylindres. Récemment, la créatin de PintSense Plant, spécialement pur le traitement des nuages de pints en industrie, permet de relier les cylindres entre eux. Différents mdèles snt pssibles (Annexe 4). Page 24 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins On retruve : v Les cudes : il s agit de prtins de tres (cercle effectuant une rtatin dnt l axe se situe dans le même plan). v Les tés : raccrdements entre tuyauteries, suvent perpendiculaires. v Les réducteurs : pièce industrielle permettant de passer d un tube à un autre, avec un diamètre différent. Il s agit d une primitive simple, le cône. v Les brides : cylindres permettant de relier des tubes entre eux. Dans les deux premiers cas, il faut au préalable avir des cylindres dits «sécants et de rayn fixé». Cela signifie que l axe des deux cylindres, pssédant le même rayn, s intersectent en un pint (Figure.19). Figure.19 : Cylindres sécants et de rayn fixé Il devient très facile de réaliser un tre entre deux cylindres. Il suffit de décaler l axe d un cylindre dans la directin du secnd, avec un rayn R, appelé le grand rayn du tre. En effectuant la même pératin avec l autre cylindre, n btient alrs le centre du cercle de curbure. Le petit rayn du tre, nté r, crrespnd quant à lui au rayn du tube auquel il est relié : On retruve tris types de tres : Figure.20 : Principe du tre Figure.21 : tre crisé, à cllier nul et uvert servant pur l industrie, surce Wikipédia Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 25

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins II.4.5 Exemple Afin d expliquer avec plus d aisance les capacités de Kubit, je vais à présent effectuer un traitement sur un exemple cncret. Il s agit de divers scans effectués au sein du bâtiment de pste de Lille, situé rue des Mulins de Garance. Dans un premier temps, j ai appliqué l algrithme de recnnaissance de frmes vu précédemment à partir de la cmmande de créatin de cylindres par 2 pints. Dans le but de faciliter l aspect visuel et d être certain d utiliser des pints valides, je travaille sur la vue virtuelle (depuis le scanner) à partir de VirtuSurv. De cette manière, n visualise mieux le début de curbure des cylindres, c est-à-dire la jnctin entre cylindres et tres (Figure.22). Figure.22 : Mdélisatin de cylindres par 2 pints avec PintSense Plant et VirtuSurv Sur cette illustratin, n retruve un prblème de la psitin de la fin des tubes (rectilignes), qui ne crrespndent pas tujurs au pint de départ du cude. Figure.23 : Ajustement de l extrémité des cylindres sur Autcad On passe ensuite au raccrd. PintSense Plant permet d utiliser des raccrds de type «tre». Il crrespndra à des cudes reliant deux tubes similaires. Pur cette étape, il est indispensable d avir ajusté l extrémité rectiligne du tube (Figure.23 ci-dessus) afin que le cude ne sit pas défrmé. En effet, un tre peut se représenter par une successin de plusieurs cylindres de faibles hauteurs. Dans le cas ù un cude n aurait pas un bn pint de départ, n purra cnstater des erreurs par rapprt à la réalité (cf partie 3 : mdélisatin de défrmatins). La figure.24 suivante représente les mdèles pur raccrder deux tubes entre eux. On peut cnstater des erreurs au niveau de la jnctin entre les tubes et les tres. Cela est dû au fait que les cylindres initiaux ne pssèdent pas le même rayn. De ce fait, le petit rayn du cude sera myenné et n peut vir apparaître des écarts (ellipses ruges). Page 26 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Figure.24 : Raccrds cudés entre cylindres A cntrari, n cnstate qu une bnne mdélisatin des cylindres au départ permet la créatin de raccrds idéalement jints (ellipses en vert). Pur cette raisn, si l n peut cnnaître le rayn réel du cylindre (autrement que par le nuage de pints), il est imprtant de la renseigner, le mdèle s ajuste ensuite sur le nuage. De cette manière, nus btenns un résultat qui demeure chérent dans sn ensemble. PintSense Plant permet également de raccrder des cylindres sur un cylindre principal. À partir de cylindres initiaux mdélisés crrectement par la sélectin de deux pints, il est alrs pssible de réaliser des raccrds plus cmplexes (Figure.25) Sur le mdèle CAO, nus puvns cnstater que la représentatin demeure très prche de la réalité. Figure.25 : Raccrd entre plusieurs cylindres La sciété Kubit, avec ses lgiciels d aide à la réalisatin de plans tpgraphiques, prpse l avenir du traitement de mesures effectuées à l aide du scanner laser 3D. De cette manière, il apprte un aspect appréciable de mdélisatin que l n ne pssède pas frcément sans util d explitatin adapté. En effet, l achat d un scanner laser 3D peut freiner un grand nmbre de gémètres, en raisn de la difficulté de traitement ainsi que le cût de l appareil et des divers lgiciels. Kubit prpse dnc de bnnes slutins pur les utilisateurs de lasergrammétrie qui suhaitent puvir réaliser des levés sur le terrain. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 27

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins II.4.6 Remarques sur des prblèmes rencntrés avec le scanner Durant la réalisatin de plans à partir de nuages de pints, plusieurs prblèmes snt apparus, dnt la présence ne semble pas liée à des prblèmes sur le terrain. Deux principaux défauts snt apparus dans le nuage de pints assemblé : v Apparitin d une frme cnique (prbablement due à un défaut du scanner) sur les pints du sl les plus prches de la statin, v Défaut de linéarité sur un ensemble de pints dnt l angle vertical est prche du zénith. Dans le premier cas, n retruve des pints qui demeurent plus élevés que le sl au fur et à mesure de leur prximité avec la statin, avec un écart entre 1cm et 10 cm par rapprt au sl (Figure.26). Figure.26 : Erreur cnique à prximité de la statin Sur l illustratin ci-dessus, j ai d abrd effectué une cupe verticale au niveau d une statin, recuverte par un secnd nuage. À partir de ce dernier, j ai dessiné une ligne représentant le sl myen, dnc la tendance demeure lgiquement à l hrizntale. En ne cnservant qu un certain nmbre de pints sur une petite bande du nuage, n cnstate aisément la tendance du nuage à s élever, en se rapprchant de la statin (située à drite sur l illustratin). Ce prblème est ntamment survenu pur chaque statin effectuée, malgré une variatin de la valeur de l erreur sur les différentes statins (1cm à 10cm au niveau de l angle minimum de scan). Bien que ne cnstituant pas l essentiel de cette étude, il serait appréciable de déterminer la surce de cette erreur. Plusieurs idées nt été pssibles : Buée sur le mirir (puvant être due à la neige sur place), Présence de pussière sur le mirir, Dégradatin de la synchrnisatin entre la mesure d angles et la mesure de distance. Plusieurs tests nt été réalisés afin de vérifier les causes les plus prbables. Dans un premier temps, une cmparaisn entre un levé intérieur et extérieur s est avérée nécessaire afin de vérifier le premier cas. Ce défaut se reprduisant pur tutes les statins (intérieures et extérieures), la cause métérlgique (buée) a ntamment été éliminée. La dernière prpsitin évquée ici n a pas nécessité une mise en place difficile. En effet un levé au scanner à partir d une seule statin m a paru réalisable. Le prtcle mis a en place a été le suivant. Dans le cas d un levé ù le scanner effectue un tur cmplet, le balayage laser s effectue de manière circulaire sur la verticale avec un déplacement régulier sur l angle hrizntal. Le scanner turne dnc sur 180, avec néanmins une zne de recuvrement. Cette dernière se révèle nécessaire pur ce test. En effet, l idée a été de séparer les deux parties de nuages, de les différencier par des culeurs de calques différentes afin de puvir facilement les cmparer. Ce test s est révélé relativement utile, dans le sens ù il nus a permis de cnstater un défaut de l appareil. En effet, si l n cnserve une fine bande du nuage (avec les deux culeurs), ntamment la zne de recuvrement, n peut cnstater que cette erreur apparaît très minime au tut début du scan (sur les deux znes diamétralement ppsées par le scanner). En revanche sur la fin du mesurage, elle devient alrs à sn maximum. La mauvaise synchrnisatin entre la cadence de Page 28 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins mesures de distance et la cadence de mesures d angles purrait dnc cnstituer la surce de cette erreur, bien que nécessitant plusieurs tests cmplémentaires pur s assurer de la prpsitin effectuée. En effet, dans le cas de lectures hrizntales, la distance (scanner-pint) étant très prche sur un pint du mur que sur un autre pint situé à quelques centimètres audessus, cette erreur ne semble pas frcément visible ailleurs. Pur l erreur évquée dans le secnd cas, j ai d abrd cherché à évaluer l impact de cette prpsitin. Cette dernière cnsiste en un défaut de linéarité du nuage de pints sur des visées en hauteur. En effet, dans le cas ù le scanner est psitinné face à un mur élevé, n cnstate des vagues qui remplacent les arêtes de cnstructin censées être drites. Bien que n apparaissant pas sur VirtuSurv, n retruve facilement ces défrmatins sur Autcad, dnt l rdre de grandeur ne dépasse pas 2cm. Figure.27 : Défaut de linéarité sur des lignes hrizntales en hauteur Sur la figure.27 ci-dessus, l arête réelle est représentée ici en ruge, les défrmatins en jaune. Dans ce cas, une désynchrnisatin cmme vue précédemment me paraît mal apprpriée. En effet, ce type d erreur devrait s avérer crissant dans sa valeur, alrs qu ici elle prend bien la frme de vagues sur un même scan. D autres pssibilités nt alrs été évquées, ntamment : La présence de pussières u de saletés sur le mirir, La mauvaise précisin de la distance. Les deux pssibilités restent à entrevir. Dans le secnd cas, l erreur purrait être due à la frme du pint laser sur le mur, prche de l ellipse avec l inclinaisn (dégradant ainsi la distance). II.5 Cnclusin Aujurd hui, Kubit pssède une quantité impressinnante de slutins d aide à la réalisatin de plans en 2 u 3 dimensins. La simplicité et la rapidité apprtées deviennent telles que cette sciété parvient à attirer de nmbreux utilisateurs dans le mnde de la tpgraphie. Plus spécifiquement, dans la mdélisatin 3D, une bnne adaptatin des mdèles CAO sur des nuages de pints permet d btenir un résultat chérent par rapprt à la réalité. Le fait de puvir éditer certains paramètres de ces mdèles s avère utile pur s apprcher au plus près du mdèle TQC (Tel Que Cnstruit). Ces résultats cnstituent une base fiable de représentatin de défrmatins à partir de l applicatin d un nuage de pints sur le mdèle CAO. Je vais maintenant m rienter sur cette partie tut aussi intéressante qu utile pur le métier de gémètre, en particulier en industrie. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 29

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins III Mdélisatin de défrmatins III.1 Préambule Cette étude sera précédée d un préambule sur les utils existants, dnt le but est de mdéliser les défrmatins. Cmmençns par les diverses méthdes qui peuvent être utilisées, en particulier en industrie. On retruve l utilisatin de la règle des 2 mètres pur l étude de la planéité d une dalle, évqué dans (J.VESSELLA, 2010). En ce qui cncerne la vérificatin d éventuelles fissures sur un sl, une technique simple et peu cûteuse existe. En effet, il suffit de verser de l eau savnneuse sur la dalle u élément similaire, pser une plaque transparente sur le sl et vir en appuyant dessus les znes ù s échappent les bulles. On retruve cependant un aspect négatif, ntamment l accumulatin d eau savnneuse dans les fissures, puvant dégrader le sl en questin avec le temps. Néanmins, il reste préférable d utiliser l interventin d un gémètre puvant effectuer les mesures de défrmatins diverses Planéité d une dalle, Cntrôle de verticalité d un bac en plusieurs génératrices, c est-à-dire effectuer des mesures régulières sur une verticale (tus les mètres et/u à la sudure entre deux virles) pur ressrtir des écarts (Annexe 5), Défrmatins d un même bac à partir d une cupe à un certain niveau, pur vir les défrmatins d un cercle du bac de stckage à des altitudes différentes, (Annexe 6) Pur résumer, cela cnsiste à réaliser une grille régulière de défrmatins sur un cylindre, à partir d un nmbre de pints limités. Aujurd hui, le scanner laser 3D permet d btenir un nuage de pints très dense, assurant ainsi une lcalisatin nettement plus précise des défrmatins (attentin à la précisin garantie cnstructeur, qui n est actuellement pas meilleure que celle des tachémètres). À cela s ajute l aspect rapidité de la prise de mesures. Cependant, afin de puvir btenir un résultat défrmé à partir d un mdèle, il nécessite l utilisatin d autres lgiciels que les lgiciels de dessin classique (par exemple Autcad). On en retruve un certain nmbre, déjà passé en revue par (J.VESSELLA, 2010) : v Plywrks Surveyr (Innvmetric), v I-Site Studi (Maptek), v Tunnel Measurement System (Amberg technlgies), v Realwrks (Trimble et Mensi), v Gemagic Qualify (Raindrp) v XOVerifier (Rapidfrm) Tus ces lgiciels demeurent assez prches dans leurs fnctins. Néanmins, ils ne pssèdent pas une interface aussi intuitive que 3DReshaper (Techndigit), lgiciel de traitement de nuages de pints 3D. Ce dernier reste le lgiciel le plus facile d utilisatin, seln mi, tut en pssédant une quantité de fnctinnalités assez étendue. Page 30 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Pur l ensemble des travaux effectués, je privilégierai l utilisatin du lgiciel 3DReshaper, de la sciété Techndigit. Bien que nécessitant l achat d une licence, cntrairement à CludCmpare par exemple, ce lgiciel reste néanmins très cmplet de par la diversité de ses fnctins : Tus les travaux nécessaires pur le traitement des nuages de pints : v Alignement (assemblage) de plusieurs nuages de pints, v Nettyage de nuages, v Maillage, v Applicatins de crrectins, Applicatin de texture par la sélectin de pints cmmuns entre un nuage u maillage et une image, Cmparaisn et auscultatin, Digitalisatin de plylignes, de pints, exprtables en plusieurs frmats, Pssibilité de détectin d arêtes par plusieurs méthdes. Dans un premier temps j ai cmmencé les travaux sur les études de défrmatins à partir de mdèles CAO simples prpsés par 3DReshaper. III.2 Défrmatins à partir de mdèles CAO simples Cmmençns par l étude de défrmatins d une surface par rapprt à un plan. Ce type de mdélisatin peut s avérer utile dans plusieurs situatins : v Affaissement d un plafnd, v Mesure du fruit d un mur par rapprt à un plan vertical, v La planéité d une dalle u d un autre type de sl, III.2.1 Étude de l affaissement d un plafnd : cas du plan Pur réaliser cette étude, j ai chisi d utiliser une partie de plafnd d une pièce d un bâtiment de pste (LILLE), surface en affaissement vers le milieu de la pièce, pas frcément visible ni à l œil nu, ni sur des phts (Figure.28). Figure.28 : Exemple d un plafnd en affaissement Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 31

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins III.2.1.1 Chix du plan La première questin qui s est psée cncerne la mdélisatin du plan. Après avir islé la partie du nuage qui m intéressait, j ai pu effectuer divers tests sur la créatin du mdèle CAO de référence. Dans un premier temps, j ai tenté d utiliser l util d extractin de frmes (simplifiées). Cette fnctin crée un plan à partir de la sélectin d un pint, en utilisant les pints visins. Il est pssible, une fis le plan créé, de frcer la nrmale ainsi que le pint de ce plan. De cette manière, sélectinnant un cin de la pièce, censé être à bnne altitude, ainsi que la verticale cmme nrmale du plan, nus arrivns à un plan de référence de bnne qualité. Cette méthde de calcul demeure assez intéressante, ntamment grâce à sa simplicité d exécutin. En revanche, le temps de calcul pur la réalisatin du plan, dépendant du nmbre de pints, peut s avérer assez lng pur les nuages imprtants. D autres pssibilités s ffrent à nus, ntamment la créatin d un plan dit «meilleure frme», nécessitant simplement un pint à fixer ainsi que la nrmale à chisir. Il s agit d une méthde à la fis rapide et assez précise, mais il faut être rigureux quant au chix du pint de référence. Une trisième méthde reste pssible pur créer un plan, la cmmande Créatin Plan. Ici, deux suspssibilités snt envisageables, sit en fixant le centre, le deuxième axe et la nrmale, sit en sélectinnant tris pints sur le nuage (tris cins pur plus d exactitude). Afin de limiter la taille du plan il est également pssible de fixer la lngueur et la largeur du plan de référence. D autres utils permettent de mdifier le plan de manière libre, ntamment Placement libre dans l nglet Déplacer- Aligner. Il permet d effectuer des rtatins seln les tris dimensins, ainsi que de puvir déplacer le plan librement. III.2.1.2 Inspectin Une fis le plan réalisé, il suffit de réaliser une inspectin u cmparaisn à partir de 3DReshaper. Le résultat apparaît par un dégradé de culeurs, paramétrable à vlnté. Il est pssible de : Changer le nmbre de teintes, Mdifier la culeur, Mdifier la valeur limite (de décalage) entre deux teintes, Afficher le purcentage de pints cmpris dans les intervalles, Clrier par un dégradé de culeurs régulier. Cependant, une fis l inspectin effectuée, un prblème est apparu ntamment dans le signe des valeurs de défrmatins. Le tit est, en effet, plngeant vers le milieu, malgré que les valeurs de défrmatins affichées sient psitives. J ai dnc cherché par la suite une slutin pur afficher ces valeurs avec le signe adapté. Pur ce faire, plusieurs manipulatins nt été nécessaires pur cmprendre le fnctinnement des valeurs appliquées. Dans un premier temps, je suis parti sur l idée d un principe assez simple : l rientatin du plan. À partir de la fnctin Placement libre, évqué précédemment, j ai dnc cherché à effectuer des rtatins de 180 dans tus les sens, afin de vir l évlutin des inspectins. Après plusieurs enchaînements de rtatins, je me suis rendu cmpte que les résultats ne crrespndaient pas à mes attentes. Sur le même util de transfrmatin du plan, j ai effectué plusieurs essais en mdifiant les signes de la nrmale pur rienter le plan dans l autre sens, sans effet. La première inspectin a été réussie, avec des signes adaptés, lrs de la créatin d un plan en fixant la nrmale en [0,0,-1]. Pur essayer de mieux cmprendre le fnctinnement, j ai analysé le rapprt (facultatif) que l n peut btenir lrs de l inspectin (au frmat csv). Page 32 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Figure.29 : Mdèle de rapprt issu d une inspectin Lrs de l analyse du rapprt de cmparaisn (pur les deux plans réalisés), j ai pu cnstater que les écarts-types en Z étaient bien négatifs, chse que l n suhaite btenir, alrs que l écart-type tridimensinnel demeurait du signe psitif partut. J en suis rapidement venu à la cnclusin que ce dernier est btenu par racine carrée des tris écartstypes présents, seln chaque axe, à partir de la frmule suivante : Pur le plan dnt la nrmale a été fixée à [0,0,-1], j ai btenu les résultats Dev.=Dev.Z (Figure.30) Figure.30 : Résultat en fixant la nrmale Il apparaît dnc que lrs de l inspectin, si deux variables de la nrmale snt fixées à 0, l écart-type général sera identique à celui du trisième axe. Si deux u tris écarts-types différents de zér snt présents, 3DReshaper calculera l écart-type tridimensinnel avec la racine carrée précédente (signe psitif). On btient dnc le résultat de l inspectin (Figure.31) Il s agit là d un premier résultat assez satisfaisant. Dans le but d btenir un résultat plus cmpréhensible pur un client ne maîtrisant pas facilement la 3D, plusieurs idées nt été échangées entre M.POUX et mi-même. Figure.31 : Résultat de l inspectin de l effndrement du plafnd III.2.1.3 Améliratins pur un usage simplifié pur les clients On peut ntamment citer les éléments suivants : L applicatin de ce résultat cmme texture sur le nuage de pints maillé, dnt le but est de puvir btenir des cupes avec les culeurs assciées, La créatin d un util de repérage sur le mdèle btenu pur lcaliser plus aisément les principales znes sensibles. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 33

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Dans un premier temps, nus allns tester l applicatin du résultat sur un maillage. Il faut d abrd cmmencer par exprter le résultat btenu sus la frme d une image, avec un frmat de bnne qualité (éviter une cmpressin JPEG). 3DReshaper pssède un util de plaquage de texture(s) sur un mdèle maillé. Bien entendu, il cnvient d avir au préalable un mdèle crrect après les pératins suivantes : Nettyage des pints inutiles ne figurant pas sur ntre inspectin, Maillage du résultat btenu en utilisant la fnctin Maillage en 2 étapes de la cmmande Maillage 3D, Opératins de base pur amélirer le résultat, ntamment le buchage des trus. Ensuite, il suffit d utiliser l util Plaquage de textures, d identifier des pints cmmuns entre le mdèle et l image. S agissant d une inspectin, représentant uniquement des culeurs de défrmatins, cette pératin se cmplique cnsidérablement. Afin de puvir remédier à ce prblème, il est frtement cnseillé de créer des pints de repère au préalable, u même d en créer une plyligne passant par ces pints (une plyligne étant exprtable, puis réimprtable ensuite au frmat DXF). Il devient alrs aisé de recaler l image sur le mdèle maillé. Ce maillage texturé peut ensuite être intégré au nuage de pints brut, permettant d btenir le résultat suivant (Figure.32): Il devient intéressant de truver un myen pur btenir ce résultat sur Autcad, lgiciel de dessin très utilisé par de nmbreux prfessinnels. Plusieurs rientatins nt été envisagées afin de parvenir à ce résultat, chacune pssédant ses avantages et ses incnvénients. Tris frmats permettent l exprtatin de maillages texturés sur 3DReshaper : OBJ VRML WRL Figure.32 : Plaquage du résultat de l inspectin sur le maillage Une première slutin cnsiste à installer un plugin sur Autcad afin de puvir imprter des fichiers OBJ issus de 3DReshaper. Malheureusement, les plugins ne snt pas encre cmpatibles avec la versin 2013 d Autcad. De plus, l installatin de ces plugins nécessite un certain cût. En revanche ils restent facilement téléchargeables sur le site Sycde à l adresse suivante : http://www.sycde.cm/prducts/autcad/index.htm. Une autre slutin cnsiste en l utilisatin d Autcad 3DStudi MAX pur imprter le fichier OBJ (avec perte de culeur) puis d enregistrer le résultat sus frme de maillage sus Autcad classique (en dwg). L util matériau permet ensuite de texturer l élément en questin, mais reste assez Page 34 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins empirique (prgressin à tâtns). On peut fixer les dimensins du nuage de pints cncerné, l angle pur l rientatin, u encre une translatin. Le prblème, c est que l n ne peut pas travailler directement à partir des pints du maillage (pur les déplacements u les rtatins). Par la suite, j ai cherché à insérer un util de repérage pur mieux puvir expliter le résultat btenu. Dans un premier temps, le lgiciel Meshlab, assez cmplet dans les recnstructins, lissages et autres filtres, pssède un util cnstituant une bîte graduée. Étant un util gratuit, tut le mnde peut l utiliser pur lcaliser les défrmatins et ainsi évaluer leur taille. On peut bserver le résultat sur l exemple ci-dessus (Figure.33): Figure.33 : Indicatin du psitinnement par rapprt à la statin d rigine Ici, n peut cnstater que les crdnnées ne snt pas celles du repère lcal du scanner, ce dernier étant situé quasiment en dessus. En revanche, il renseigne les crdnnées des quelques nuages assciés dans un même repère, en prenant une statin cmme rigine (ici quelques étages plus bas). Une autre ptin pssible reste l utilisatin d Autcad. En effet, il apparaît cmme un util très efficace en termes de dessin. Il est dnc facilement pssible de créer 3 axes, et ajuter les crdnnées régulièrement le lng de chaque axe. III.2.2 Étude des défrmatins d un bac : cas du cylindre III.2.2.1 Chix du cylindre Pur le chix du cylindre, j ai effectué les calculs à partir d un nuage de pints mesuré de l intérieur d un bac de stckage d hydrcarbures vide, puis d une prtin de l extérieur d un bac. Il s agit là de créer un mdèle CAO ayant la frme d un cylindre. De même que pur le plan, la difficulté cnsiste à chisir le cylindre le plus adapté pssible. Les industries pssèdent, pur certaines, les dimensins des bacs et permet déjà de générer un cylindre tel que cnstruit (TQC), laissant pur seul suci sa lcalisatin par rapprt au nuage de pints. Cependant, tus ces bacs ne snt pas frcément cnnus. Il cnvient dans ce cas d établir un mdèle le plus adapté pssible. D après les cnseils des respnsables en usine, la meilleure slutin est de partir d un cercle à la base du bac. Il Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 35

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins paraît en effet très lgique que cette zne sit la mins défrmée. On va essayer dans un premier temps de créer ce cercle. Le nuage de pints ayant une certaine épaisseur de par les diverses erreurs et imprécisins, il cnvient de chisir un cercle adapté à l ensemble des pints. Une fis créé, n peut facilement truver les crdnnées du centre ainsi que le rayn. La hauteur, quant à elle, reste aisément mesurable, ainsi que la directin du cylindre qui crrespnd à l axe OZ du repère, le bac étant vertical. D autres slutins restent également pssible pur créer un cylindre. En réalisant un cylindre à partir de pints du nuage existant, le principe semble risqué, en cas de prise en cmpte de pints faux. Le cylindre tiendra cmpte de ces pints et purra dnc être inadapté dans sa directin u même dans ses dimensins. Pur le cylindre «meilleure frme» (terminlgie 3DReshaper), n part du même principe que pur le premier cas, c est-à-dire qu il faut rentrer les paramètres de rayn u diamètre, les crdnnées du centre de la base, mais aussi frcer la nrmale du cylindre. Le lgiciel tracera dnc le mdèle CAO en prenant également en cmpte la frme du nuage de pints. Autre cas pssible pur la créatin du mdèle, l extractin de frme. On peut faire l essai avec l extractin d un cylindre simplifié sur le pied du cylindre. Dans ce cas, cmme pur le plan, le lgiciel va se servir des pints à prximité pur dessiner un cylindre en fnctin de la nrmale de la surface. Si n le prend trp bas, il s adaptera sur les pints de base et furnira un résultat cmplètement aberrant (Figure.34) : Figure.34 : Cas du chix d un mauvais pint Pur le bac d hydrcarbures scanné de l intérieur il est recmmandé d utiliser ses paramètres (cnnus u nn) pur le créer, se basant sur l ensemble des pints (fiables sur le pied du bac). A cntrari, pur un seul scan sur l extérieur du bac, le nuage ne cntient qu une prtin de bac. Or, la déterminatin d un cercle par 3 pints nécessite que ces derniers sient assez élignés les uns des autres pur déterminer au mieux le cercle. Ayant effectué un scan avec une seule statin, la prtin du cercle est assez faible. Par cnséquent, en prenant des pints élignés les uns des autres pur amélirer la précisin du cercle, n arrive sur des mesures effectuées «en sifflet», dites visées rasantes. Ces visées perdent hélas en précisin et empêchent au final d btenir un bn cercle. Une dernière slutin a été pssible, à partir de la créatin d un prgramme incluant l utilisatin de mindres carrés implicites, nécessitant les valeurs apprchées du cercle de base et les crdnnées des pints du nuage. Les détails figurernt dans la suite de cette partie. Page 36 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Dans le cas présent, ne cnnaissant pas le mdèle, j estime préférable d utiliser l extractin d une frme, sur le pint du nuage (du bac) le plus prche du scanner (Figure.35) u l utilisatin du prgramme créé. BILAN : le chix du mdèle CAO à attribuer cnstitue dnc l essentiel pur un cntrôle d inspectin, qu il s agisse d un simple plan cmme d un cylindre u encre des cônes, sphères, lignes, cercles, Il nécessite suvent un certain temps de réflexin dans le but d analyser lequel serait le plus adapté en fnctin du nuage prpsé. Aucune méthde n est dnc frcément meilleure que les autres, chacune d elle paraît spécifique pur divers cas. Cette décisin demeure dnc imprtante pur la qualité du résultat demandé. III.2.2.2 Inspectin du bac d hydrcarbures Figure.35 : Exemple d un chix judicieux d extractin de cylindre sur un nuage Ensuite vient l inspectin du bac entre le nuage de pints et le mdèle CAO cylindrique chisi. Pur la suite du rapprt, je me cncentrerais en particulier sur l intérieur du bac, mesuré cmplètement. Nus en arrivns à btenir le résultat suivant, en prenant un cylindre dnt le cercle du bas semble très prche du pied du bac mesuré (Figure.36) : Figure.36 : Résultat de l inspectin d un bac de stckage d hydrcarbures Ici, nus puvns analyser les défrmatins à partir de l échelle assciée. Cette dernière mntre à la fis les écarts crrespndants à une teinte, ainsi que la prprtin de pints se situant dans l intervalle dnné. La qualité de ce traitement demeure assez représentative des défrmatins en fnctin des culeurs. En effet, n cmprend rapidement que le bac prend une frme ellipsïdale vers le haut. En revanche, n peut se sucier d un prblème de repérage sur le cylindre. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 37

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins III.2.2.3 Améliratins pur un usage simplifié pur un client Bien que le résultat pssède une apparence agréable visuellement, il n en est pas mins une impssibilité d expliter les résultats en raisn du manque de lcalisatin, d rientatin, de dimensins, Il va dnc être nécessaire de truver des slutins pur parer à ces prblèmes. Deux chix s ffrent à nus, pur deux rendus différents, mais efficaces et surtut explitables : Placer des axes verticaux, indiquant les pints cardinaux du bac, tels qu ils seraient vus si l n était situé au centre du bac, Déruler le cylindre sur un lgiciel de dessin, avec une grille lcalisant les défrmatins, afin que la majeure partie de la clientèle puisse l expliter sur un frmat très utilisé. Orientatin du bac Pur mettre en œuvre cette méthde, j ai décidé de cmbiner les pssibilités ffertes par Autcad et de 3DReshaper, dans le but de simplifier les pératins et d btenir un résultat fiable. En partant d Autcad, j ai tut d abrd créé un cercle paramétré seln les résultats btenus (le même que pur réaliser le cylindre). J ai ensuite cnsidéré que l axe OY cnstituait l axe sud-nrd. J ai dnc tracé deux plylignes perpendiculaires rientées suivant les axes nrd-sud et est-uest, OY et OX le cas présent. Bien entendu, si le nrd n est pas rienté cmme l axe OY, il faut penser à mdifier le SCU. Afin de puvir cntinuer il est impératif de cpier ces plylignes pur les avir à deux altitudes différentes au-dessus et en-dessus du bac (afin de puvir créer des plans qui intersectent cmplètement le cylindre). Après exprt en dxf, j ai pu ainsi tracer deux plans perpendiculaires sur 3DReshaper, suivants les axes nrd-sud et est-uest. Il suffit par la suite d effectuer une intersectin entre le cylindre inspecté et les plans pur btenir les pints cardinaux par rapprt à l axe du bac. Ce dernier peut également être défini par l intersectin des deux plans évqués précédemment. Pur cmpléter ce résultat, il est cnseillé d ajuter des étiquettes sur ces 4 pints afin de n avir aucune ambiguïté d rientatin par la suite (Annexe 7). Même si les clients ne pssèdent pas de lgiciel permettant la lecture de mdèles en tris dimensins, il est pssible d exprter un certain nmbre d images pur dnner un aperçu visuel de la lcalisatin des défrmatins sur le bac (Figure.37). Figure.37 : Améliratin de l inspectin pur mieux se repérer Page 38 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Afin de puvir amélirer encre un peu la lcalisatin des défrmatins, il est pssible d imprter une grille créée à partir du lgiciel Autcad. En prenant un pas régulier (par exemple 1m dans ntre cas), il devient plus simple de se repérer sur le mdèle issu de l inspectin. Dérulement du cylindre Le but de cette partie cnsiste à btenir un résultat de l inspectin sur un plan. Ce principe a déjà été évqué dans les travaux de (J.VESSELLA, 2010) au sein de l entreprise TPLM3D. Cette entreprise pssède sa prpre applicatin pur le traitement des mdélisatins de défrmatins : CludSurfer. En ce qui me cncerne, je me suis vite aperçu de ce manque au lgiciel 3DReshaper, prévu dans une versin future du lgiciel. En attendant, nus allns chercher à établir un prgramme sur Ascdes (lgiciel SIG et tpgraphie utilisé au sein du cabinet, avec des prcédures adaptées seln le type de travaux) dans le but de subvenir à ce besin. Ascdes est un util puissant dans divers dmaines, y cmpris en tpgraphie. Il permet en effet de réaliser un certain nmbre de travaux imprtants (surce jsinf) : Saisie de dnnées (manuelle, calculs tpmétriques, numérisatin ), Cartgraphie, Cnstructins gémétriques de base et avancées, Remembrement technique et administratif (traitements liés), Gestin des surfaces (prfils et cubatures, perspectives )... Travail préalable Le nuage de pints btenu directement par le scanner pssède une certaine épaisseur, cmptetenu des diverses imprécisins de l appareil u encre de l assemblage des nuages de pints. En effet, un seul nuage ne suffit pas en raisn de nmbreux masques présents sur la scène. De plus, le nuage est d envirn 2,7 millins de pints (après un sus-échantillnnage divisant le nmbre de pints par 25, 5 sur la visée verticale, 5 sur la visée hrizntale), restant encre très lurd à gérer sur un lgiciel nnadapté. Pur ces deux raisns, j ai cherché un myen de réduire ce nuage. Après discussin avec M. POUX, il nus est apparu qu un sus-échantillnnage puvait se faire en créant un maillage. Une pssibilité résulte de cette fnctin. Il est pssible d effectuer dans un premier temps un maillage le plus prche pssible du bac, réduisant ainsi le nmbre de smmets, avant d extraire les pints issus de ce maillage. De cette manière, n btiendra un nuage de pints cnstitué des smmets du maillage. Figure.38 : Principe de sus-échantillnnage du maillage sus 3DReshaper En utilisant cette méthde n arrive ainsi à un nuage cmpsé de 35 000 pints, plus facilement traitable sur Ascdes (Figure.38). Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 39

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Chix et principe du prgramme Deux idées snt ressrties pur la réalisatin de ce prgramme. Dans un premier temps, une méthde empirique cnsiste à extraire un nuage de pints du mdèle CAO utilisé, de digitaliser manuellement les plylignes ù l n retruve une limite entre deux culeurs différentes (crrespndant au dépassement d un seuil renseigné). À partir du nuage de pints et des plylignes btenues, il est pssible d extraire un fichier au frmat XYZ, sus frme d un tableau. On applique ensuite la transfrmatin de la matrice des crdnnées à partir du schéma suivant (Figure.39) : v La clnne des Z reste identique, puisqu n applique la transfrmatin sur le plan OYZ. v Pur les X, n a la même valeur que X O c. Sur le schéma, les X sernt égaux à zér après la transfrmatin. v Pur les Y, il s agit de truver la bnne frmule. Sur le schéma, il faut déruler l arc PO c sur l axe OY. Il faut dnc cnnaître la Figure.39 : Principe gémétrique du lngueur de l arc. On peut pur cela utiliser la dérulement du cylindre frmule L=RxOc, Oc étant l angle du triangle OcPO c, en radians. Cnnaissant R ainsi que la distance de la crde D (à partir des crdnnées), nus puvns utiliser la frmule d Al Kashi : On btient dnc la lngueur de l arc du cylindre entre un pint à transfrmer et le pint O c, distance à reprter sur l axe OY en partant de O c. Une fis la matrice des pints et des plylignes transfrmée, n a juste à imprter le nuveau fichier XYZ sur Autcad, puis retracer les plylignes et hachurer en fnctin des culeurs qui cnviennent, le hachurage étant bien entendu impssible en dehrs d un plan (dans un plygne en tris dimensins). La digitalisatin manuelle cnstituant une méthde empirique, nus avns privilégié une secnde ptin (détaillée dans la suite de ce chapitre). La première étape de ce traitement a été de déterminer un cercle hrizntal à partir de 3 pints, le centre et le diamètre devant être apprchés dans le but de puvir appliquer les mindres carrés implicites. Ces valeurs snt enregistrées dans un fichier au frmat.txt, tut cmme les crdnnées des pints du nuage. Travaillant par la suite avec le lgiciel Excel, je cnseille frtement de suséchantillnner le nuage à 1500 pints maximum, le lgiciel puvant rencntrer quelques difficultés si le traitement devient trp lurd. Ces deux fichiers cnstituent les éléments servant de base pur que le prgramme créé par la suite fnctinne. Dans un secnd temps, j ai réalisé un prgramme qui se divise en deux étapes (Annexe 8): La déterminatin du cercle apprximant au mieux tut u partie du nuage de pints en X et Y (un bac de stckage étant vertical les X,Y sur un plan snt les mêmes que les X,Y en 3D), La déterminatin des écarts des pints au mdèle btenu. Page 40 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Pur la première partie du prgramme, j ai utilisé les mindres carrés implicites, le but étant de déterminer le meilleur mdèle à partir du nuage de pints et des incnnues dnt les valeurs nt été apprximées dans le fichier.txt vu précédemment. Après avir imprté au préalable les crdnnées des pints du nuage sur excel, en utilisant le langage VBA (langage de prgrammatin utilisé pur l ensemble des macrs créés sur Excel), le but a été de déterminer le nmbre de pints. En ajutant un cmpteur déterminant le nmbre de lignes et en l ajutant cmme une variable, nus smmes en mesure de travailler par la suite avec des nuages de taille différente. Par la suite, j ai réalisé des calculs de mindres carrés implicites à partir de la fnctin de distance suivante : Dans ce cas, n applique la frmule suivante afin de déterminer le meilleur cercle issu de ntre nuage :, des dérivées partielles de f en fnctin des incnnues (Xc, Yc, D),, des dérivées partielles de f en fnctin des bservatins (Xi et Yi, i étant le nmbre de pints),, la fnctin f en utilisant les valeurs apprchées des incnnues (S.DURAND, 2012). Ces matrices dépendant du nmbre de pints appartenant au fichier.txt, la macr permettant le calcul du nmbre de lignes à l étape précédente devient dnc indispensable. Une fis les résultats btenus, j ai utilisé la frmule suivante pur déterminer une première valeur de X (S.DURAND, 2012) : A étant la matrice transpsée de A, X la valeur apprchée des incnnues, Xest la valeur estimée des incnnues et M la matrice : avec P la matrice de pndératin. Le pids étant le même pur chaque pint du nuage, la matrice M devient alrs une matrice identité. On btient dnc facilement la valeur des Xest. Afin d btenir un résultat fiable, il est nécessaire de prcéder par itératins (bucle DO WHILE LOOP), sit avec un cmpteur (limitant le nmbre d itératins) sit en fixant un critère de cnvergence. Une fis le résultat final btenu, n peut aisément déterminer les écarts entre les pints du nuage et le mdèle btenu (cylindre dnt la base est le meilleur cercle déterminé précédemment). Ces écarts snt situés sur les mêmes lignes Excel que les crdnnées des pints. Ils snt déterminés en utilisant le multiplicateur de Lagrange (S.DURAND, 2012) : P étant une matrice identité, le prduit matriciel D.inv(P).D cnstitue alrs une matrice identité.on btient les écarts V en chaque pint par la frmule suivante : Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 41

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins De cette manière, n btient l écart en chaque pint cnstituant un attribut du pint cnnu en crdnnées. En appliquant la frmule d Al-kashi vue à la page précédente, nus btenns dnc le cylindre dérulé à partir des crdnnées du nuage de pints. De cette manière n peut représenter une autre dimensin à partir des écarts. On btient dnc un mdèle numérique tridimensinnel. Cette partie du prgramme (dévelppement du cylindre) peut être réalisée à partir du lgiciel Ascdes. Afin d btenir des résultats plus fiables, je cnseille d utiliser ce prgramme avec des pints situés en pied de bac, zne ù les défrmatins de la rbe snt les plus faibles, afin de réduire la quantité d utliers (les pints ayant ici subis des défrmatins plus u mins imprtantes). En effet, le bas de la rbe est directement fixé aux fndatins, ce qui permet de cnserver une certaine immbilité. Pur le dévelppement du cylindre sus Ascdes, l idéal est de prcéder par blcs de pints. Il faut alrs raisnner par bucles (exemples pur chaque mètre en vertical et pur un certain angle ensuite). III.3 Utilisatin d un mdèle issu du lgiciel PintSense Plant III.3.1 Étude de défauts d un tuyau cudé Je vais à présent pursuivre cette étude sur un cas simple de mdèle btenu à partir du lgiciel PintSense Plant. Pur ce faire, j ai utilisé une prtin de tuyau cntenant un cude (tre), dnt le mdèle a été btenu suite à une recnnaissance de frmes (plus de détails dans la partie 2). On a dnc deux cylindres extraits d un nuage de pints, reliés entre eux par un cude issu de Pintsense. Afin de puvir travailler avec 3DReshaper, il a fallu exprter : v Le nuage de pints à partir du lgiciel Scene au frmat XYZ v Le mdèle CAO asscié à partir d Autcad au frmat IGES En les assciant sur 3DReshaper n btient le résultat suivant (Figure.40) : Figure.40 : Nuage et mdèles de base pur l inspectin À partir de là, il suffit de réaliser une simple inspectin, de la même manière que pur le plan u encre le cylindre vus précédemment. Il faut néanmins rappeler que la cmparaisn entre un nuage et un mdèle ne s effectue que sur un unique mdèle. Or, dans ntre cas, lrs de l imprt du fichier IGES, n a plusieurs mdèles de petites tailles. Pur remédier à ce prblème, j ai chisi Page 42 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins d utiliser la fnctin Réunir les brds cmmuns de 3DReshaper On peut analyser le résultat de l inspectin suivante (Figure.41) : Figure.41 : Inspectin des tubes et du cude Sur cette illustratin, n retruve une quantité impsante de pints dnt la teinte se situe entre le vert et le cyan. En effet, près de 88% des pints pssèdent un écart inférieur à 4mm par rapprt au mdèle CAO btenu à partir de PintSense Plant. Ce résultat permet de cnclure dans un premier temps sur la qualité des mdèles btenus par recnnaissance de frmes avec Kubit. En revanche, n retruve jusqu à 1cm d écart au niveau de l intérieur du cude. En regardant de plus près, n cnstate qu il y a eu malfrmatin de ce dernier, cmme renseigné sur l illustratin ci-cntre (Figure.42). Après réflexin sur la questin, plusieurs slutins me semblent envisageables pur résudre ce prblème. On peut les regruper par rdre de qualité décrissante : Figure.42 : Erreur du mdèle cudé Améliratin au préalable sur PintSense Plant, Lissage de la partie cudée, Déplacement des pints manuellement. III.3.2 Améliratin au préalable sur PintSense Plant Cmme n peut facilement le cnstater sur l illustratin ci-dessus, le principal prblème est lcalisé au niveau de l intérieur du cude, et semble dû à une mauvaise interplatin de la curbure. Dans ntre cas, ce défaut est causé par le mauvais ajustement en lngueur du cylindre. En effet, n remarque ici que le cude, au niveau du mdèle, ne prend pas la frme de tre, cntrairement à ce que laisse apparaître le nuage de pints. Mdéliser un cylindre facilement ne suffit pas à btenir un bn résultat. Il cnvient également de veiller à bien dimensinner le tube. Ici, le mdèle CAO cmmence la curbure bien avant le nuage de pints, entraînant dnc un manque de régularité sur la partie intérieure ntamment. Des précautins snt dnc à prendre sur la psitin de l extrémité du cylindre. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 43

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins III.3.3 Lissage de la partie cudée Dans cette partie, bien que mins efficace que le traitement vu au paragraphe précédent, n peut tenter d effectuer une pératin de lissage sur le mdèle CAO. Plusieurs pssibilités s ffrent à nus, avec ntamment Meshlab et 3DReshaper. On retruve un certain nmbre de cmmandes puvant être utilisées à partir de Meshlab, ntamment dans l nglet Smthing, Fairing and Defrmatin. Sur 3DReshaper, n peut essayer d utiliser l util de Lissage u encre la Défrmatin Lcale, cette dernière restant très empirique cependant. Cntrairement à l améliratin prpsée au paragraphe précédent, je décnseille frtement cette méthde. En effet, le lissage n est pas tujurs réussi sur la zne suhaitée. Il y a de frtes prbabilités de dégrader le reste du cylindre. L illustratin ci-cntre (Figure.43) argumente bien ces prps sur les dégradatins prvquées. Figure.43 : Dégradatin due à une tentative de lissage sur Meshlab III.3.4 Déplacement des pints manuellement (très empirique) Une trisième méthde est pssible avec 3DReshaper. Cependant je la décnseille frtement car elle reste à la fis cûteuse en temps et très hasardeuse dans le déplacement. Il suffit tut simplement d extraire un nuage de pints du mdèle CAO, et d effectuer des transfrmatins des divers cercles du cude pur amélirer le résultat. Un nuveau maillage par la suite demeure nécessaire pur btenir le résultat. Je ne m attarderais pas plus lngtemps sur cette méthde qui me semble peu acceptable : en mdifiant tut à la main, l utilisatin du scanner ne servirait à rien. III.3.5 Cnclusins sur ces résultats Dans ces derniers paragraphes, nus avns pu cnstater que les inspectins issues du lgiciel 3DReshaper ne cncernent pas seulement les mdèles CAO simples, mais utilisent aussi les fichiers STEP u IGES (frmats de mdèles CAO utilisés par de nmbreux lgiciels). En plus de cntrôles de mdèles, il est pssible d effectuer une cmparaisn entre deux maillages, u même entre un nuage et un mdèle thérique cmpsé de plusieurs petits mdèles jints. Au niveau de la tuyauterie, il paraît lgique que la plupart des défrmatins se lcalisent au niveau des cudes, d ù un intérêt nn négligeable d avir un mdèle fiable. Il est dnc indispensable que les travaux effectués au préalable sur les lgiciels de Kubit sient validés, ntamment pur le début et la fin d un cylindre (tangence du tre). Un mauvais emplacement purrait être à l rigine d une erreur dans la mdélisatin des défrmatins, cmme n l a remarqué au niveau du cude sur ntre cas pratique. Page 44 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Cnclusin, avenir et bénéfices Cnclusin Durant tute la durée de cette étude, nus avns pu vir la qualité des innvatins technlgiques au niveau de la lasergrammétrie terrestre. Bien qu un certain nmbre de travaux thériques existent à l heure actuelle, peu d utils permettent d btenir un résultat chérent asscié à une rapidité d exécutin, et dnt l utilisatin pssède une certaine simplicité. En ce qui cncerne la mdélisatin de défrmatins, plusieurs lgiciels cmmerciaux u nn snt mis à dispsitin du public. Cependant, leur utilisatin reste plus u mins agréable en raisn de la qualité des fnctins et leurs cmmandes raccurcies. À ce niveau, 3DReshaper me semble plus adapté dans le dmaine. En effet, ses raccurcis et cmmandes diverses pssèdent une lgique appréciable. Bien que l aspect visuel n atteigne pas un niveau extrême, il reste relativement captivant en raisn de la variété de niveaux de gris du nuage. S agissant d un prduit destiné essentiellement à la mdélisatin en tris dimensins d un nuage de pints sus frme de maillage et de texture, il pssède également des utils très simples cnstituant des bases efficaces pur un utilisateur sachant bien manipuler ce lgiciel. Cmme exemple cncret, n peut citer la créatin d un plan en sélectinnant un pint du nuage (avec la prise en cmpte des visins). Les arêtes deviennent facilement détectables par intersectins de plans. L exprt en DXF permet de puvir par la suite travailler sur Autcad. En revanche, il nécessite un temps de traitement trp imprtant pur ce qui tuche à la recnnaissance de frmes. Kubit apprte sa science de la mdélisatin afin de permettre de travailler sur ce type de relevé. Au niveau de la recnnaissance de frmes, la sciété Kubit pssède de nmbreuses fnctinnalités puvant s avérer d une utilité cnséquente chez les utilisateurs de lasergrammétrie. En effet, il s agit là d un grand pas en termes de mdélisatin semi-autmatique à partir du nuage de pints, réduisant cnsidérablement la perte de temps pur le traitement d un nuage de taille très élevée. Sa simplicité d utilisatin et sa qualité prche du traitement manuel permettent de travailler avec beaucup plus de rentabilité, avec également un ajustement sur le mdèle très chérent par rapprt au nuage de pints présent. Tus les lgiciels créés dans le but d amélirer le traitement à partir du lgiciel Autcad permettent dnc un cnfrt très attrayant pur les chantiers de très grande ampleur, nécessitant une quantité de détails parfis impressinnante. Ce mémire témigne d une avancée technlgique étendue, suvent peu u pas cnnue dans le métier de gémètre. Il présente la situatin actuelle de l évlutin, entre les années du dessin directement à partir du nuage de pints, et l avenir ù la mdélisatin tendra vers une apprche autmatisée. Des cnnaissances dans le dmaine du scanner laser 3D et de la mdélisatin cnstituent un réel pint psitif pur ces missins. Ces utils de traitement de nuages de pints se dévelppant à une vitesse élevée, il devient imprtant de se maintenir à jur dans ce dmaine, afin de rester à la pinte de l actualité. De nmbreux tests se dévelppent ces jurs-ci dans le but de révlutinner la technique du relevé 3D. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 45

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Perspectives d avenir Bien qu étant un util très appréciable pur dessiner un plan tpgraphique de vlume impsant aux détails cnséquents, Kubit pssède encre quelques lacunes légères qui ne devraient pas s ppser à une autmatisatin de plus en plus apprfndie au fur et à mesure des années. Prenns l exemple du dessin des murs d une pièce en cas de relevé d intérieur. Le dessin se réalise à partir d une plyligne suivant les pints chisis sur le nuage de pints, en utilisant des mindres carrés pur adapter sa psitin au mieux par rapprt au réel. Il reste cependant nécessaire de prcéder à des prlngements et ajustements sur Autcad pur btenir les bns résultats au niveau des cins. Néanmins, la présence de ces pssibilités laisse penser à de très bnnes perspectives d évlutin pur l avenir. En effet, en suppsant l apprt de l extractin par un pint à l aide de visinage, il paraît réalisable à l avenir de créer des plans qui s intersectent entre eux, permettant ainsi d btenir le cin des pièces. Une cupe à une hauteur dnnée furnirait un plan 2D adapté au résultat à furnir. Une bnne évlutin (vitesse et qualité) des algrithmes d extractins de frmes simplifiées permettrait dnc un dessin à la fis rapide et précis. La capacité du traitement, au niveau du tirage des pints et de l ajustement du mdèle CAO, influe cnsidérablement sur la rapidité de dessin sur Autcad à partir du nuage de pints. Autre aspect imprtant à l échelle industrielle, au mment de la rédactin de ce mémire, Kubit prpse un cncept de mdélisatin de défrmatins de bacs industriels. Bien que n étant pas encre dispnible à ce jur, cette fnctinnalité sera dispnible en tant que mise à jur sur PintSense Plant. Il reprend en effet certaines tentatives de ce mémire, puisqu il applique un mdèle CAO (cylindre) au nuage de pints, étudie les défrmatins et dérule le cylindre pur btenir un résultat facilement explitable. En effet n btient un mdèle numérique dnt le Z d un pint est psitinné de telle srte qu il crrespnd à la valeur de la défrmatin. Ajuté à la culeur, n btient un résultat très agréable visuellement. De plus, pur gagner en efficacité, une grille régulière se plaque directement sur le mdèle de défrmatins, avec une ctatin de l écart nuagemdèle pur chaque pint de celle-ci (Figure.44). Figure.44 : Dérulement de l inspectin d un bac avec Kubit Plus généralement, la technique de relevé 3D s émancipe de plus en plus. Bien que la lasergrammétrie pssède d excellents avantages, ntamment au niveau qualitatif, la phtgrammétrie évlue en parallèle. En effet, cette technique asscie la stéréscpie classique avec la technlgie mderne. De cette manière, il devient aujurd hui pssible d effectuer des relevés 3D (btentin d un nuage de pints) à partir d une vidé à dubles capteurs. Le lgiciel Scene de Far utilise les prpriétés de la Kinect (matériel pur PC u Xbx) pur ce genre de travaux. La Kinect effectue une recnnaissance de frmes et de muvements par blc, ce qui signifie que la précisin sur des pints détails (nn mentinnée) semble a priri inadaptée pur un plan tpgraphique. En revanche, n peut espérer que cette technique utilisera les prpriétés de la Leap Mtin (appareil de recnnaissance de frmes de haute précisin pur PC), dnt la srtie est prévue le 22 juillet 2013, afin d btenir un nuage de pints d une précisin similaire au scanner laser 3D à partir d une simple vidé 3D, avec cependant une prtée assez curte. Page 46 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Bénéfices persnnels Ce Travail de Fin d Études m a apprté de nmbreuses cnclusins. En effet, au terme de ces 20 semaines au sein de la SARL LECHÊNE & Assciés, j ai acquis de nmbreuses expériences dans le dmaine du relevé 3D, ntamment par l utilisatin de lasergrammétrie terrestre. Étant cnsidérée cmme une technique en plein dévelppement, prps que je sutiens également, cette étude m a permis de décuvrir les nuveaux utils relatifs au traitement de nuages de pints. Évluant en permanence, tut cmme l utilisatin de la stéréscpie, ce TFE m invite à rester à la pinte de l actualité dans les relevés tridimensinnels. Au niveau prfessinnel, ce Travail ffre un apprt cnsidérable en ce qui cncerne les diverses techniques de mesurage. Il prpse dnc des apprts écnmiques nn négligeables, de par la pssibilité de décrcher certains marchés nécessitant ce type de matériel. En effet, suite aux diverses crises nus affectant récemment, un cabinet travaillant dans des dmaines variés sera mins affecté par les sucis écnmiques. Les évlutins prpsées par la sciété Kubit, dnt les lgiciels demeurent déjà très appréciables en tant que gémètre-tpgraphe, suscitent un intérêt grandissant dans les perspectives d avenir pur les prchaines années. Bien que cnsidérant l aspect fncier du métier de gémètre cmme très attrayant, ce Travail de Fin d Études m a permis de me dévelpper cnsidérablement dans le dmaine de la tpgraphie. De même, la prgrammatin, cmpétence que je jugeais peu utile au préalable, prend à présent une place imprtante, au vu des pssibilités qui en résultent par la suite (augmentatin des pssibilités et de la rapidité de traitement). Tus ces aspects m apprtent dnc une expérience cnsidérable, suhaitant la vir évluer au fur et à mesure des avancées technlgiques. «La gémétrie n'est pas faite pur être apprise, elle est faite pur être utilisée.», Seymur Papert. Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 47

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Bibligraphie / Webgraphie - BEY Aurélien, CHAINE Raphaëlle, MARC Raphaël, THIBAULT Guillaume, Détectin de cylindres dans les nuages de pints de scènes industrielles basée sur l utilisatin de mdèles 3D a priri, Revue Électrnique Francphne d Infrmatin Graphique, [en ligne], 2011, vlume 5, numér 1. Dispnible sur : < http://liris.cnrs.fr/dcuments/liris-5106.pdf >. (cnsulté le 15/05/2013). - CHAPERON Thmas, Segmentatin de nuage de pints 3D pur la mdélisatin autmatique d envirnnements industriels numérisés, thèse de dctrat spécialité «Infrmatique temps réel, Rbtique et Autmatique, sutenu à l Écle des Mines de Paris, 2002, 250 p, [en ligne]. Dispnible sur : < http://tel.archives-uvertes.fr/dcs/00/04/80/96/pdf/tel-00009385.pdf >. (cnsulté le 15/05/2013). - DURAND Stéphane, Mindres carrés implicites, curs Tpmétrie de Précisin ES3, ESGT 2012-2013, 46 diapsitives. - LARSON Christelle, VAREA Sébastien, MINCHIN Sébastien, La fabuleuse histire de la Tête de Mari de Ruen et sa numérisatin, XYZ, 2011, numér 127, p. 29-32. - NICOLAS-DUROY Jëlle, Le Laser : Physique, acquisitin et risques, curs relevés 3D ESGT 2011-2012, 69 diapsitives. - SCHNABEL Ruwen, WAHL Rland, KLEIN Reinhard, Efficient RANSAC fr Pint-Clud Shape Detectin, Cmputer Graphics Frum, 2007. - TORR P.H.S., ZISSERMAN A., MLESAC : A new rbust estimatr with applicatin t estimating image gemetry, Cmputer Visn and Image Understanding, 2000. - VEDALDI Andrea, SOATTO Stefan : Quick Shift and Kernel Methds fr Mde Seeking, University f Califrnia, Ls Angeles, 2008 - VESSELLA Julien, Analyse de défrmatins et auscultatin de surfaces artificielles par méthde laser scanner, Mémire d ingénieur ESGT, sutenu à l ESGT, LE MANS, 2010, 50 p + annexes - THE CYPRUS INSTITUTE. Meshlab dcumentatin, [en ligne]. Dispnible sur : < http://www.cyi.ac.cy/system/files/meshlab%20dcumentatin1.pdf >. (cnsulté le 15/05/2013) - JSINFO. Ascdes, [en ligne]. Dispnible sur : <http://www.jsinf.fr/?rub=2&sus_rub=8&actualites= >. (cnsulté le 15/05/2013) - KUBIT. De la réalité au numérique, [en ligne]. Dispnible sur : < http://www.kubitfrance.cm/ >. (cnsulté le 15/05/2013) Page 48 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Table des figures Figure.1 Principe physique du laser (Dury, 2012).8 Figure.2 Principe du scanner à triangulatin (Dury, 2012)...9 Figure.3 Le scanner laser Far.....9 Figure.4 Cibles sphériques (Far)...11 Figure.5 Cible circulaire (2 cercles de diamètre et culeur différents)..12 Figure.6 Cible circulaire en damier...12 Figure.7 Mini-cible circulaire 12 Figure.8 Nuage de pints «Tuyau» sus 3DReshaper.13 Figure.9 Maillage du nuage de pints «Tuyau» sus 3DReshaper..13 Figure.10 Maillage brut du nuage «Tuyau» sus Meshlab..14 Figure.11 Maillage améliré sus Meshlab...15 Figure.12 Phases de traitement de la mdélisatin 16 Figure.13 Exemple de bruit entre deux plans 17 Figure.14 Segmentatin par un mdèle CAO 18 Figure.15 Erreur due à l échec du tirage 19 Figure.16 Exemple d un pint avec un visinage inchérent 20 Figure.17 Mise en place du mdèle CAO.. 22 Figure.18 Principe d utilisatin de VirtuSurv 24 Figure.19 Cylindres sécants de rayn fixé.25 Figure.20 Gémétrie du tre..25 Figure.21 Différents types de tre.25 Figure.22 Mdélisatin de tubes par 2 pints 26 Figure.23 Ajustement des dimensins des tubes...26 Figure.24 Raccrds triques des tubes et évaluatin.27 Figure.25 Raccrd de plusieurs tubes (sur VirtuSurv et Autcad) 27 Figure.26 Erreur du nuage à prximité de la statin..28 Figure.27 Défaut de linéarité sur des lignes hrizntales en hauteur 29 Figure.28 Vue légèrement au-dessus du plafnd en affaissement.31 Figure.29 Tableau d inspectin sur 3DReshaper...33 Figure.30 Tableau d aide au principe du sens de la défrmatin..33 Figure.31 Inspectin du plafnd en affaissement..33 Figure.32 Plaquage du résultat de l inspectin sur le maillage.34 Figure.33 Indicatin du psitinnement par rapprt à la statin d rigine 35 Figure.34 Exemple d une mauvaise extractin d un cylindre...36 Figure.35 Exemple d un chix judicieux d extractin de mdèle sur un nuage...37 Figure.36 Résultat d inspectin d un bac de stckage d hydrcarbures (3DReshaper) 37 Figure.37 Améliratin de l inspectin pur mieux se repérer.38 Figure.38 Principe du sus échantillnnage du nuage de pints sus 3DReshaper..39 Figure.39 Principe gémétrique du dérulement du cylindre 40 Figure.40 Nuage et mdèles de base pur l inspectin.42 Figure.41 Inspectin sus 3DReshaper des tubes et du cude..43 Figure.42 Erreur du mdèle cudé à cause d un mauvais ajustement des tubes...43 Figure.43 Dégradatin due à une tentative de lissage sur Meshlab...44 Figure.44 Exemple du dérulement de l inspectin du bac sur Kubit (à l avenir) 46 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013 Page 49

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Table des annexes Annexe 1 Guide synthétique des cmmandes de Meshlab Annexe 2 Primitives simples utilisées pur la recnnaissance de frmes Annexe 3 Présentatin des lgiciels de Kubit Annexe 4 Le langage industriel en lien avec l étude Annexe 5 Exemple de verticalité d un bac au tachémètre Annexe 6 Exemple de défrmatins d un bac au tachémètre sur une cupe hrizntale Annexe 7 Rapprt de défrmatins en certains pints (cardinaux) Annexe 8 Tutriel pur l utilisatin du prgramme : exemple pur 1000 pints Annexe 9 Tableau synthétique des avantages et incnvénients des lgiciels utilisés Page 50 Matthieu DUJARDIN - Mémire ESGT - Juin 2013

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins TFE réalisé et présenté par Matthieu DUJARDIN Membres du jury : A.GALLAIS (président du jury), L.POUX (maître de stage), G.FERRÉ (prfesseur référent). Intrductin Aujurd hui, la lasergrammétrie, technique de mesure tridimensinnelle à cadence très élevée, se truve en pleine expansin. En effet, à l heure actuelle, nus nus truvns dans une péride puvant être qualifiée de transitire, entre un traitement purement manuel sur un nuage brut et une mdélisatin quasi-autmatisée par rdinateur. Ce Travail de Fin d Études permet de mettre en évidence les utils existants en termes de recnnaissance de frmes. De cette manière, une grande diversité d inspectins devient pssible, principalement en milieu industriel. Les bases de la lasergrammétrie Cmme évqué précédemment, la lasergrammétrie cnsiste en la mesure d une quantité de pints élevée à une vitesse très imprtante. De cette manière, avec un pas suffisamment fin, cette technlgie permet de faire un état des lieux très cmplet d une scène à un mment dnné. Le fnctinnement est très simple. Le psitinnement des pints est déterminé par rapprt au scanner laser 3D, à partir de mesures d angles hrizntaux, verticaux et de distances. En scannant des cibles, sphères, damiers, cnnues précisément en tris dimensins, il devient pssible de géréférencer l ensemble des nuages de pints, u même simplement les relier entre eux dans un système lcal. Actuellement, de nmbreux lgiciels existent et snt cnnus sur la partie assemblage des nuages de pints, nettyage, maillage, améliratins (buchage de trus, lissage, ). En revanche, très peu permettent un traitement rapide (pur du dessin), avec un résultat chérent au nuage. Un certain nmbre de travaux de recnnaissance de frmes existent, mais restent très peu utilisés en pratique par les tpgraphes. Cette étude a dnc pur but de faire décuvrir des pssibilités très appréciables pur le traitement de nuages de pints très lurds. Les pssibilités de ces résultats sernt ensuite explitables dans le dmaine de l inspectin entre un mdèle TQC (Tel Que Cnstruit) et TQS (Tel Que Saisi). La recnnaissance de frmes En ce qui cncerne la tpgraphie, et plus particulièrement le dessin à partir d un nuage de pints (plan d intérieur u industriel par exemple), la recnnaissance de frmes jue un rôle majeur. Ces algrithmes permettent d ajuter un mdèle CAO adapté au nuage de pints btenu par lasergrammétrie. À partir de la sélectin d une primitive simple (cercle, cylindre, plan, sphère, cône, tre, ) ainsi que le chix d un u de plusieurs pints, si besin est, l algrithme permettra de créer le mdèle aux dimensins qui crrespndent à celles du nuage, et de l ajuster au mieux à partir de l utilisatin des mindres carrés. Différents types d algrithmes permettent aujurd hui la génératin de frmes à partir d un nuage de pints en tris dimensins. Afin de simplifier le principe, nus nus attacherns en particulier au cas du cylindre, le principe étant plus u mins Page 1

similaire dans les autres cas. On retruve la recnnaissance de cylindres à partir : D un pint, méthde d extractin, De deux pints, avec les nrmales, De l utilisatin de mindres carrés implicites. a) A partir d un pint Cette méthde de recnnaissance de frmes cnstitue le principe de l extractin simplifiée. À partir de la sélectin d un pint, l algrithme calcule, à l aide de ses pints visins, un mdèle CAO a priri, ce dernier servant de base pur le reste de l algrithme. L étape suivante cncerne le chix du pint de base, cnsidéré cmme appartenant au cylindre par la suite. Il est dnc nécessaire qu il sit le plus prche pssible du mdèle a priri. Une recherche de ce pint est alrs effectuée, avec l utilisatin d un algrithme de rejet, lrsque la distance-pint mdèle dépasse un certain seuil. Une fis le pint truvé, l algrithme de traitement utilise ses prches visins à l aide d une sphère. Par la suite, il prjette ces pints sur un plan, cplanaire à la base du cylindre. A partir du résultat btenu, l algrithme va déterminer le meilleur cercle sur ce plan, c està-dire celui qui est le plus adapté à l ensemble des pints prjetés. Ce dernier cnstitue dnc la base du mdèle CAO à btenir, le traitement abrde ensuite l ajustement de la lngueur du cylindre par rapprt au nuage de pints. Cet algrithme tient dnc essentiellement cmpte du visinage du pint sélectinné, d ù l intérêt de centrer la zne d étude sur une surface crrecte (à éviter à prximité d un cône réducteur u d un cude). b) A partir de deux pints Cet algrithme se base sur le chix, de l utilisateur, de deux pints du mdèle à créer (ici le cylindre). Une fis ces deux pints chisis, l algrithme de traitement les prjette rthgnalement sur un plan dnt la nrmale est prche du vecteur directeur du cylindre. En prjetant également leurs nrmales, l algrithme est en mesure de calculer les dimensins de la base du mdèle CAO final. Un ajustement par mindres carrés est ensuite effectué sur le nuage de pints afin de recaler de la meilleure façn le mdèle numérique sur le résultat furni par le scanner laser 3D. c) Utilisatin des mindres carrés implicites Pur cette méthde, l ensemble des calculs s effectue à partir de fichiers de crdnnées de pints cnnus (issues du nuage), ainsi que des valeurs apprchées du résultat que l n suhaite btenir (exemple pur une sphère : rayn et crdnnées du centre). Il s agit d une méthde itérative permettant d btenir les éléments cnstitutifs du mdèle à partir de valeurs apprchées. Recnnaissance avec Kubit Kubit demeure aujurd hui une sciété dnt le travail est très appréciable chez l utilisateur du scanner laser 3D. Bien que peu cnnus, ses lgiciels PintClud, PintSense Plant et VirtuSurv apprtent des slutins appréciables pur le traitement de nuages de pints sus Autcad. VirtuSurv, pur sa part, cnstitue un lgiciel attrayant sachant qu il permet de dessiner sur Autcad à partir d une vue virtuelle depuis la psitin du scanner. L utilisatin de macrs (mini-prgrammes) permet la simplificatin du traitement lrs du dessin. PintClud et PintSense Plant, quant à eux, s attachent à la recnnaissance de frmes telle que vue précédemment. Ces lgiciels permettent de créer des frmes simples à partir de nuages de pints (cylindres par exemple). Des utils permettant d éditer les frmes btenues snt également dispnibles. De même, afin de pursuivre leur but, qui est de simplifier au maximum le travail des clients dans le respect des précisins suhaitées, Kubit furnit une biblithèque de raccrds (cudes, tés, ) afin de relier les mdèles déjà créés en les sélectinnant d un simple clic. Un util très efficace de PintSense Plant cncerne la fnctin Walk the Run : elle permet d ajuter les frmes ajustées au nuage au fur et à mesure de l avancement le lng de la tuyauterie. Page 2

Mdélisatin de défrmatins Plusieurs types d étude de défrmatins snt pssibles sur 3DReshaper : nuage / nuage, maillage / maillage, nuage / maillage, nuage / CAO, maillage / CAO, plyligne / plyligne. Le chix du type d inspectin varie en fnctin du besin. Dans le cas ù la cmparaisn se fait entre deux nuages de pints à des instants différents, il est préférable d utiliser le plaquage d un nuage u d un maillage sur un autre maillage. En effet, l inspectin d un pint se fait perpendiculairement à une face, permettant ainsi d avir la distance entre une surface et un pint à un instant différent. L utilisatin de l inspectin nuage / nuage est néanmins pssible mais frtement décnseillée. Cet algrithme calcule la distance entre deux pints directement. De ce fait, suppsant que les pints du nuage sient très espacés, la distance entre deux pints sera beaucup plus grande que celle rthgnale entre un pint et une maille. Dans le cas d une inspectin par rapprt à un mdèle TQC, n privilégie les inspectins à partir de la créatin d un mdèle CAO (dnt les dimensins snt cnnues u nn, avec la pssibilité de paramétrer le mdèle issu de la recnnaissance de frmes). L aspect «recnnaissance de frmes» à partir d un nuage de pints brut pssède dnc des apprts avantageux pur la mdélisatin de défrmatins. Il permet d aider à cmprendre cmment les lgiciels travaillent afin de mdéliser une frme à partir d un nuage de pints, et ce avec le chix d un minimum de pints sur ce dernier. L utilisatin de Kubit ffre la pssibilité d étudier des défrmatins sur des mdèles numériques plus cmplexes, tels que cnstruits. Bien que 3DReshaper reste un très bn lgiciel pur les traitements de base de nuages de pints, la pssibilité de créer des mdèles adaptés à un nuage reste très simplifié (sphère, cône, plan, ligne, cylindre, cercle). Sn utilisatin en revanche peut s avérer appréciable pur certains cas industriels, cmme pur vérifier l état d un bac de stckage d hydrcarbures. Bien qu ffrant un résultat très parlant, en raisn des pssibilités étendues des teintes en fnctin des écarts, certaines cntraintes de lecture des résultats peuvent survenir. En effet devant ce genre de résultat, il est aisément pssible de cmprendre les difficultés des clients à lcaliser les défrmatins. Cette étude prpse certaines slutins afin de lutter cntre ces prblèmes : pints cardinaux, plaquage de l inspectin sur le maillage, grille de distances, Cnclusin et avenir Ces derniers temps, la recnnaissance de frmes a très évlué dans le dmaine industriel principalement. L idée cnsiste à accrître le rendement, tut en préservant la qualité des travaux effectués. Le scanner laser 3D, aujurd hui abrdé avec un certain recul chez les gémètres, prend une place grandissante dans le dmaine de la tpgraphie, bien que nécessitant encre un cût relativement élevé. Les travaux réalisés par Kubit permettent de plus en plus de facilités de traitement, et ce en parallèle de lgiciels de dessin, à savir ntamment Autcad. Bien qu ffrant déjà une variété impressinnante d utils d aide à la réalisatin de dessin sur Autcad, elle cntinue de se dévelpper en suivant les besins des utilisateurs. Il est prévu, dans un avenir très prche, le dérulement des cylindres (bacs) inspectés avec l applicatin d une grille d écarts et de psitinnement sur le résultat. Page 3

ANNEXE 1

Guide synthétique des cmmandes de Meshlab File (fichier) Permet de : Créer, enregistrer, sauvegarder u fermer un prjet, Imprter, exprter u recharger des nuages des pints, Imprter des rasters et effectuer des captures d écran. Edit (éditin) Align : permet d effectuer la jnctin entre deux nuages de pints. Arc 3D imprter : imprter des fichiers v3d : il s agit d un frmat issu de Visual3D, ce lgiciel permet de créer des images pur tut ce qui tuche au 3D (jeux vidé, architecture, etc ). Fill Hle : permet de bucher les trus du mdèle maillé un par un. Plusieurs pssibilités de remplissage s ffrent à nus (illustratin 1 ci-cntre). Il cnvient cependant de sélectinner les trus à bucher manuellement suivant tris critères : Numér du tru, Nmbre de côtés, Périmètre du tru. Manipulatr tls : autre manière de déplacement sur le nuage. Ici il faut d abrd appuyer sur T pur une translatin, sur R pur une rtatin u sur S pur le facteur d échelle. Après cela, en restant appuyé sur le butn gauche de la suris, il est pssible d effectuer la transfrmatin suhaitée. Measuring tl : effectue des mesures de distance entre deux pints (en mètres). Nte : il demeure préférable d avir des pints d une taille myenne pur être sûr de sélectinner le bn pint (raccurci Alt + mlette). Z-painting : permet de peindre une partie du mdèle. Cette cmmande reste pssible sur n imprte quel rendu visuel (pints, filaires, ). Pickpints : permet de créer des pints, de les éditer, Select vertex clusters : sélectin de smmets (cmmande parfis très lente puvant générer un bug du lgiciel). Select vertex in a plane : sélectin de smmets dans un plan (cmmande parfis très lente puvant générer un bug du lgiciel). Quality mapper : le filtre (illustratin 2 ci-jinte) cartgraphie les niveaux de qualité dans les culeurs en utilisant une bande de culeur cnstruite à partir d une fnctin de transfert (peut être chargé à partir d'un fichier externe) et clre les smmets du maillage. Les valeurs de qualité minimum, myenne et maximum peuvent être réglées par l'utilisateur pur btenir une plage de mesures de qualité pur la cartgraphie. I

Select vertexes : sélectin de smmets dans un rectangle (cmmande parfis très lente puvant générer un bug du lgiciel). Select faces in a regular regin : sélectin de faces dans un rectangle (cmmande parfis très lente puvant générer un bug du lgiciel). Select cnnected cmpnents in a regin : sélectin des cmpsants cnnectés à la régin chisie. Il dit y avir un cntact entre les maillages pur que la sélectin s effectue crrectement. Texture parametrizatin tl : util de paramétrage de la texture. Get inf : renseigne le numér de la face, les numérs des tris smmets assciés ainsi que leurs crdnnées. Filters (filtres) Apply filter select all : applicatin du filtre : sélectin de l ensemble des pints du nuage. Shw current filter script : mntre les derniers filtres appliqués au nuage. Selectin (sélectin): Cnditinal face selectin : sélectin des faces maillées à partir d une cnditin cnstituée d une fnctin bléenne ( (,),=,<,and,r). Cnditinal vertex selectin : sélectin des smmets à partir d une cnditin cnstituée d une fnctin bléenne ( (,),=,<,and,r). Delete selected faces : supprime les faces sélectinnées. Delete selected faces and vertices : supprime les faces et smmets sélectinnés. Si tut est sélectinné, le nuage entier va disparaître. Delete selected vertices : supprime les smmets sélectinnés. En supprimant un smmet, une face triangulaire qui s y accrche sera supprimée également. Dilate selectin : étendre la sélectin avec d autres faces. Erde selectin : réduire la sélectin. Select : All : tut (smmets, faces,...). Brder : sélectin des faces et smmets lcalisés en brdure de nuage. Faces by clr : sélectin des faces par culeur (illustratin 3 ci-dessus), en utilisant des variatins de culeurs u teinte, luminance et saturatin. Faces by face quality (si la qualité des triangles est évaluée). Faces by vertex quality (si la qualité des smmets est évaluée). Faces by view angle : sélectin en fnctin de l angle entre la nrmale et la directin de la vue. Plusieurs paramètres peuvent être ajustés pur la psitin du pint de vue, du pint de la caméra, ainsi que l angle de vue. Faces frm vertices : sélectin des faces des smmets sélectinnés. Faces with edges lnger than : sélectin des faces avec une lngueur de brd du triangle supérieure à une distance à renseigner par l utilisateur. Nne : désélectinne tut. Reduntant faces : Sélectin des faces redndantes entre deux nuages de pints. Self intersecting faces : sélectin autmatique des faces qui s intersectent. Vertex texture seams : sélectinne les jintures entre les textures. Vertices frm faces : sélectin des smmets des faces sélectinnées. Visible pints : sélectinne les pints visibles dans un nuage de pints, cmme vus à partir d un pint dnné. Il utilise la biblithèque Qhull. II

L'algrithme utilisé détermine la visibilité sans recnstruire une surface ni estimer les nrmales. Un pint est cnsidéré cmme visible si sn pint transfrmé se truve sur l'envelppe cnvexe d'un nuage de pints transfrmés à partir des pints du maillage d'rigine. Nn manifld edges : brds nn multiples. Nn manifld vertices : smmets nn multiples (sélectin des smmets cnstituant le seul pint de cntact entre deux faces). Small cmpnent selectin : petits cmpsants. Cleaning and repairing (nettyage et réparatin): Cmpact faces : cmpacter les faces qui nt été supprimées (permet de gagner de la place et dnc de la fluidité du traitement suivant). Cmpact vertices : cmpacter les smmets qui nt été supprimés (permet de gagner de la place et dnc de la fluidité du traitement suivant). Merge clse vertices : fusin des smmets prches. De cette manière, le lgiciel va évaluer les pints qui lui semblent être similaires. Remve duplicate face : supprime les dublns (faces). Remve dupliated vertex : supprime les dublns (smmets). Remve faces frm nn manifld edges : supprime les faces dnt les brds ne snt pas multiples. Remve islated flded faces by edge flip : supprime tutes les faces pliées simples. Une face est cnsidérée pliée si sa nrmale pssède un sens ppsé à l'ensemble des nrmales des faces adjacentes. Le pli se crrige en la returnant cntre la face adjacente f le lng de l'arête e de telle srte que le smmet ppsé à l arête e tmbe à l intérieur de la face f. Remve islated pieces : supprime les parties de nuages islées sit par la taille de ces blcs sit par la quantité de triangles du maillage. Remve T-vertice by edge cllapse : supprime les smmets T de la maille en rabattant la plus curte des arêtes incidentes (fermeture du lgiciel à chaque essai). Remve T-vertice by edge flip : supprime les smmets T en returnant le brd ppsé de la face dégénérée si la qualité de la triangulatin s amélire (fermeture du lgiciel à chaque essai). Remve unreferenced vertex : supprime les smmets nn référencés. Remve vertices wrt quality : supprime les smmets dnt la qualité est inférieure à une valeur u un purcentage. Create new mesh layer (créatin d une nuvelle cuche de maillage): permet de créer des nuages de pints dans une autre cuche, sit par une primitive simple (cône, sphère, ) sit à l aide d une fnctin permettant de définir un slide (exemple de la sphère unité : x²+y²+z²-1). Remeshing, simplificatin and recnstructin (remaillage, simplificatin et recnstructin): Alpha Cmplex/Shape : la frme alpha (alpha shape) cnstitue la limite du cmplexe alpha (alpha cmplex) qui est un sus-cmplexe de la triangulatin de Delaunay (descriptin smmaire de cette triangulatin à la page suivante). CSG peratin (cnstructive slid gemetry) : recnstruit un maillage à partir d autres maillages en fnctin de l intersectin, l unin u la différence. Clse hles : buche tus les trus dnt la taille est inférieure au nmbre renseigné dans la case prévue à cet effet. Clustering decimatin : réduit cnsidérablement (test sur un nuage de pints : 200 000 à 100 pints) les smmets en créant une grille en tris dimensins envelppant le maillage et les numérise sur la base des cellules de cette grille. Cnvex hull : ce filtre calcule l'envelppe cnvexe de la maille actuelle. L'envelppe cnvexe d'un ensemble de pints est la limite de l'ensemble cnvexe minimal III

cntenant l'ensemble fini nn vide dnné de pints. Le filtre prend les smmets du maillage et cnstruit un nuveau maillage qui cntient l'envelppe cnvexe. Ici, c'est la dcumentatin de la biblithèque Qhull du prgramme qui calcule l'envelppe cnvexe d'un ensemble de pints. Il est pssible de rérienter tutes les faces de manière chérente. Crease Marking with nnfaux edges : nn testé. Curvature flipping ptimizatin : ptimisatin du maillage au brd de returnement, afin d'amélirer la curbure lcale du maillage. Cut mesh alng crease edges : cupe le maillage le lng des brds de pli, dupliquant les smmets si nécessaire. Les arêtes de pliage snt définies en fnctin de la variatin de la nrmale des faces adjacentes. Delaunay triangulatin (illustratin 4 ci-dessus) : la triangulatin de Delaunay d'un ensemble P de pints du plan est une triangulatin DT(P) telle qu'aucun pint de P n'est à l'intérieur du cercle circnscrit d'un des triangles de DT(P). (surce wikipédia). Is parametrizatin : ( ) Le filtre cnstruit une isparamétrisatin abstraite d'un maillage triangulaire multiple de 2. Un dmaine abstrait chisi de manière adaptative de la paramétrisatin est cnstruit. Build Atlased mesh : le filtre cnstruit un nuveau maillage avec une texture atlas standart par cin. L'atlas se fait simplement en divisant chaque triangle du dmaine abstrait. Lad abstract Dmain : charge l isparamétrisatin à partir d un maillage abstrait enregistré au préalable. Remeshing : remaillage basé sur une isparamétrisatin abstraite, chaque triangle du dmaine est subdivisé récursivement. Save abstract dmain : enregistre l isparamétrisatin sur un maillage abstrait. Transfer between meshes : transfère l isparamétrisatin entre deux maillages, les deux maillages divent être raisnnablement semblables et bien alignés. Il est utile de transférer de nuveau un isparam sur le maillage d'rigine après avir calculé sur un mannequin, mdèle prpre. Marching cubes (APSS u RIMLS) : extrait l'is-surface (en maillage) d'une surface MLS (Mving Least Squared) définie par l ensemble de pints curant (u maillage) en utilisant l'algrithme de marching cubes. Les extractins grssières snt suivies d'une étape de prjectin précise sur la MLS, et une prcédure de retrait supplémentaire. Mesh aging and chipping simulatin : calcule les effets vieillissants des chcs reçus ainsi que de l écaillage. Planar flipping ptimizatin : ptimisatin du maillage au brd de returnement, dans le but d amélirer lcalement la qualité des triangles. Pints clud mvement : simule le muvement d un nuage de pints sur un maillage. Quadric edge cllapse decimatin (avec u sans texture) : effectue un suséchantillnnage des éléments existants (attentin si pas de texture existante, chisir sans texture, sinn le lgiciel risque de se planter). IV

Refine user-defined : affine le maillage curant à partir de paramètres définis par l utilisateur (par exemple (q0>=0 and q1>=0) et x=(x0+x1)/2, idem y et z). Plus le nmbre de smmets présents est imprtant, plus l pératin sera lngue. Si l rdinateur n a pas une puissance suffisante, il peut prvquer un bug nécessitant le redémarrage du PC. Simplificatin : MC edge cllapse : il s agit d un algrithme de nettyage adapté permettant la simplificatin (parfis très brutale) du nuage de pints (dans ntre cas, passage 211 187 de pints à 8 970 pints). Subdivisin surfaces : utils permettant d effectuer des subdivisins de faces (un suréchantillnage du nuage de pints) : Butterfly subdivisin : méthde d interplatin, définie sur des maillages triangulaires arbitraires. Catmull-clark : méthde d interplatin linéaire des smmets. En cas de maillage triangulaire, n btiendra un maillage quadrangulaire. (illustratin 5 ci-jinte, wikipédia). LS3 Lp : Least Squared Lp : applique un algrithme de subdivisin de surface par mindres carrés. Cette méthde de subdivisin permet de prendre en cmpte les nrmales. Lp : méthde de subdivisin apprximative permettant de diviser un triangle en 4 nuvelles faces (fnctinne pur tus les triangles) efficace. Midpint : méthde de subdivisin ù chaque arête est décupée en sn milieu. Surface recnstructin : Ball pivting : effectue la recnstructin du maillage à partir d un algrithme de balle pivtante. L algrithme fait pivter la balle autur d un brd (tut en restant en cntact avec les smmets de ce brd, illustratin 6 ci-dessus) jusqu à ce qu elle tuche un nuveau pint, frmant ainsi un nuveau triangle. The pièta prject, http://www.research.ibm.cm Pissn (Surface Recnstructin frm Pint Sets, par Pierre Alliez, Laurent Sabret, Gaël Guennebaud, Cmputatinal Gemetry Algrithms Library) : l'algrithme de recnstructin de pissn fnctinne en deux étapes. Dans un premier temps, il résut une fnctin d indicateur apprximatif du slide déduit. La fnctin scalaire de srtie est ensuite is-prfilée en utilisant un algrithme de «Marching Cubes». VCG (Visualizatin and Cmputer Graphics): il cnsiste en une apprche vlumétrique avec certains systèmes de pndératin d'rigine, une règle de dilatatin différente, et une autre apprche de l'rifice de remplissage grâce à la dilatatin du vlume / relaxatins. Le filtre est appliqué à l'ensemble des cuches visibles. En pratique, tutes les mailles / nuages de pints qui snt actuellement visibles snt utilisées pur cnstruire le champ de distance vlumétrique. V

Tri t quad by : 4-8 subdivisin : subdivisin permettant de cnvertir un maillage triangulaire en un maillage quadrangulaire en appliquant un schéma de subdivisin 4-8 (illustratin 7 ci-dessus). Il intrduit mins de ressurces que les surfaces lisses Subdivisin de Catmull-clark (il ne fait qu'ajuter un seul smmet de chaque triangle au lieu de quatre). issu du site : http://www.flylib.cm smart triangle pairing : cnvertit un maillage triangulaire en un maillage quadrangulaire en assciant les triangles. Turn int quad-dminant mesh : cnvertit un maillage triangulaire en un maillage quadrangulaire en assciant les triangles apprpriés. a pure triangular mesh : cnvertit en un maillage triangulaire par fractinnement. Unifrm mesh resampling : crée un nuveau maillage qui est une versin rééchantillnnée de l'actuel. Le ré-échantillnnage est effectué par la cnstructin d'une représentatin unifrme vlumétrique ù chaque vxel cntient la distance signée de la surface riginale. La surface ré-échantillnnée est recnstruite en utilisant l'algrithme de Marching cube sur ce vlume (illustratin 8 ci-dessus, wikipédia). Vertex attribute seam : ajute une cnnectivité indépendante à tus les attributs du u des smmet(s) sélectinné(s) : les smmets snt dupliqués chaque fis que deux u plusieurs cins snt sélectinnés u que les attributs des faces ne crrespndent pas. Vrni Filtering : l'algrithme calcule une triangulatin du nuage de pints initial sans nécessiter les nrmales des smmets. Il utilise un sus-ensemble des smmets de Vrnï pur enlever les triangles de la triangulatin de Delaunay. Après avir calculé le diagramme de Vrnï (illustratin 9 ci-cntre), pur chaque pint de l'échantilln, il chisit les deux smmets de Vrnï ppsés les plus élignés. Puis il calcule une triangulatin de Delaunay des VI

pints d'échantillnnage et des smmets de Vrnï sélectinnés, pur ne garder que les triangles dans lesquels les tris smmets snt des pints d'échantillnnage. L illustratin précédente représente le diagramme de Vrnï, Cécilia Damn et Francisc Sánchez Dec. 2004, La triangulatin de Delaunay: applicatin au prblème de la superréslutin, ENST Vrni vertex clustering : applique un algrithme de classificatin qui s'appuie sur des cellules de Vrni sur la maille de départ à partir de pints aléatires, replie chaque cellule de Vrnï d'un seul smmet, et cnstruit la triangulatin seln les grupes de relatins d'adjacence. Zippering : fusinne deux maillages triangulaires en un seul sans supprimer la redndance. Plygnal and quad mesh (plygnale et maillage quadrangulaire): Subdivisin surfaces : Catmull-clark : méthde d interplatin linéaire des smmets (illustratin 10 ci-dessus). En cas de maillage triangulaire, n btiendra un maillage quadrangulaire. Tri t quad by 4-8 subdivisin : subdivisin permettant de cnvertir un maillage triangulaire en un maillage quadrangulaire en appliquant un schéma de subdivisin 4-8 (illustratin 11 ci-dessus). Il intrduit mins de ressurces que les surfaces lisses Subdivisin de Catmull-clark (il ne fait qu'ajuter un seul smmet de chaque triangle au lieu de quatre). Tri t quad by smart triangle pairing : cnvertit un maillage triangulaire en un maillage quadrangulaire en assciant les triangles. VII

Turn int quad dminant mesh : cnvertit un maillage triangulaire en un maillage quadrangulaire en assciant les triangles apprpriés (résultat sur l illustratin 13 cidessus). Turn int a pure triangular mesh : cnvertit en un maillage triangulaire par fractinnement. Clr creatin and prcessing (créatin et traitement des culeurs): Ambient cclusin - per face : permet de calculer les valeurs ambiantes des cclusins, il prend un nmbre u une directin de vue bien répartie et pur le pint de la surface, il calcule cmbien de temps il est visible de cette directin. Ce numér est enregistré dans la qualité et autmatiquement mis en crrespndance avec une nuance de gris. Ambient cclusin - per vertex : idem mais par smmet. Clr nise : ajute la culeur en fnctin de la quantité de bruit. Clrize by brder distance (illustratin 14 ci-cntre) : ajute la culeur aux pints en fnctin de l élignement du brd du maillage. L avantage ressrtant le plus de ce filtre cnsiste en une détectin visuelle des trus du maillage plus aisée. Clrize by distance frm a given pint : ajute la culeur à partir de la distance avec un pint dnné en XYZ. Clrize by face quality : ajute la culeur en fnctin de la qualité des mailles. Clrize by vertex quality : ajute la culeur en fnctin de la qualité des smmets. Clrize curvature (APSS u RIMLS) : clrie les smmets d'un ensemble de mailles u de pints en utilisant la curbure de la surface sus-jacente. Depth cmplexity : calcule la cmplexité de prfndeur de la maille, qui est le nmbre maximum de cuches qui peuvent frapper un rayn tut en traversant la maille. (cmmande nn fnctinnelle durant les tests). Discrete curvatures : clrie en fnctin de diverses curbures discrètes. Disk vertex clring : étant dnné un maillage M et un ensemble de pints P, le filtre prjecte chaque smmet de P sur M, et clrie M seln la distance euclidienne entre les pints prjetés. La prjectin ainsi que la clratin snt effectuées sur une base par smmet. VIII

Equalize vertex clr : le filtre égalise l'histgramme de culeurs. Il est une srte de régulatin autmatique du cntraste, l'histgramme des culeurs est étendu pur s'adapter à tute la gamme des culeurs (nn fnctinnel lrs des tests). Per face clr functin : permet de définir une fnctin pur chaque culeur RGB. Per face quality accrding t triangle shape and aspect rati : calcule la qualité et clrie les faces en fnctin de la qualité du triangle. Six cas snt pssibles : Par zne en fnctin du côté de lngueur maximale, Par rayn du cercle inscrit / circnscrit, Par rati myen, Par surface, Par distrsin de l angle de texture, Par distrsin de la surface de texture. Ci-jint un exemple par qualité de surface (illustratin 15). Il est tut à fait lgique que les surfaces en vert sient de mins bnne qualité en raisn de la visée rasante du scanner sur ces pints. Per vertex clr functin : même principe que pur per face clr functin. Per mesh clr scattering : attribue une culeur aléatire pur chaque maillage. Si un seul nuage est uvert, une seule culeur figurera sur l écran. Perlin clr : peint le maillage en utilisant la fnctin Perlinclr. La culeur assignée aux smmets dépend de leur psitin dans l'espace, cela veut dire que les smmets prches sernt peints avec des culeurs similaires. Prject active rasters clr t current mesh : nn testé. Prject current raster clr t current mesh : nn testé. Randm cmpnent clr : clrie chaque cmpsant cnnecté au hasard. Randm face clr : clrie les faces au hasard. Si les brds internes snt présents, ils snt utilisés. Utile pur les quads (quadrangulaires). Select faces by clr : sélectinne les faces par culeur en rentrant les RGB (u luminance teinte saturatin). Shape diameter functin : calcule la fnctin de diamètre de frme sur la grille, nus puvns visualiser le résultat de clrisatin du maillage. La SDF est une fnctin scalaire sur la surface du maillage et représente le diamètre de visinage de l'bjet à chaque pint. Étant dnné un pint sur la surface de maillage, plusieurs rayns snt envyés à l'intérieur d'un cône, centré autur du pint de l'intérieur de la nrmale, de l'autre côté de la maille. Le résultat est une smme pndérée de tutes les lngueurs des rayns. Smth : Laplacian face clr : clrie les faces après avir appliqué un algrithme de lissage. Smth : Laplacian vertex clr : idem mais pur les smmets. Texture t vertex clr (between 2 meshes) : génère des valeurs de culeurs de smmets en les prélevant sur la texture d un autre maillage. Transfer clr : Face t vertex : transfert des culeurs des mailles vers les smmets. Transfer clr : Texture t vertex : transfert des culeurs de la texturatin vers les smmets. Transfer clr : Vertex t face : transfert des culeurs des smmets vers les mailles. UnSharp mask clr : masque flu qui filtre la culeur (en nir et blanc apparaissent principalement les znes arrndies u circulaires, cmme la tuyauterie par exemple). Vertex clr brightness cntrast gamma : permet de changer la culeur des smmets en ajustant le cntraste, la luminsité et le cefficient gamma. IX

Vertex clr clurisatin : permet de clrier les smmets en tenant cmpte de la teinte, luminance, saturatin et intensité. Cette culeur se mélange à celle du maillage existant. Vertex clr desaturatin : le filtre désature les culeurs de la maille. Cela furnir un myen simple de cnvertir un maillage en niveaux de gris. L'utilisateur peut chisir la méthde à appliquer pur la désaturatin, ils snt basés sur : la légèreté, la luminsité et la myenne. Vertex clr filling : change la culeur des smmets du maillage avec une culeur chisie par l'utilisateur. Vertex clr invert : inverse les culeurs des smmets du maillage. Vertex clr levels adjustement : filtre permettant de régler les niveaux de culeurs. Vertex clr nise : permet d ajuter aléatirement une petite quantité d'une culeur de base chisie à la maille. Vertex clr threshlding : permet de réduire la culeur des smmets de la maille à deux culeurs seln un seuil. Vertex clr white balance : le filtre furnit une transfrmatin équilibre standart blanche. On fait crriger les canaux RGB avec un facteur de telle srte que, la culeur plus vive dans les mailles, qui est censé être blanche, devienne réellement blanche. Vlumetric bscurance : calcule les cefficients d bscurcissement du maillage. Vrni Vertex clring : étant dnné un maillage M et un ensemble de pints P, le filtre prjette chaque smmet de P sur M et clrie M seln la distance gédésique de ces pints prjetés. La prjectin et la clrisatin snt effectuées sur une base de dnnées. Smthing, fairing and defrmatin (lissage, carénage et défrmatin): Craters generatin : génère des cratères sur un maillage en utilisant des fnctins radiales. Il dit y avir au mins deux cuches uvertes ce filtre: la cuche qui cntient le maillage cible (nus suppsns que ce maillage est suffisamment affiné), ainsi que la cuche qui cntient les échantillns qui représentent les pints centraux des cratères. Il y a tris fnctins radiales dispnibles pur générer des cratères, dnt deux snt des gaussiennes et multiquadriques, et la trisième est une variante de la fnctin multiquadrique. Les fnctins de mélange snt également prévues pur mélanger l'élévatin du cratère vers la surface du maillage. Depth smth : un lissage laplacien qui est cntraint de se déplacer seulement le lng des smmets de la directin de la vue. Directinal gem. Preserv. : stcke et mélange la gémétrie actuelle avec le résultat d'une autre étape de traitement de lissage précédente. Fractal Displacement : génère une perturbatin fractale du terrain avec cinq différents algrithmes : fbm (fractal Brwnian Mtin), Standard multifractal, Hetergeneus multifractal, Hybrid multifractal, Ridged multifractal. Gemetric cylindrical unwrapping : dérule la gémétrie du maillage curant le lng d'une prjectin cylindrique équatriale. L'axe de prjectin cylindrique est centré sur l'rigine et dirigé le lng de l'axe vertical Y. Gemetric functin : applique une fnctin gémétrique sur la frme du maillage : par exemple, en entrant x²+y², le nuage entier prendra la frme d une parable. HC Laplacian smth : il s agit d une extensin du lissage laplacien. Laplacian smth : lissage laplacien ; pur chaque smmet, il calcule la psitin myenne avec le plus prche smmet. Laplacian smth (surface preserve) : lissage laplacien sans mdificatin de surface. X

(illustratin 16, lissage Laplacien sur Meshlab) MLS prjectin (APSS et RIMLS) : prjette un maillage (u un ensemble de pints) sur une surface MLS (Mving Least Square) définie par lui-même u par un autre ensemble de pints. Randm vertex displacement : déplace les smmets du maillage d'une quantité aléatire. Le déplacement maximal des smmets reste néanmins paramétrable pur éviter les abus. ScaleDependent laplacian smth : échelle dépendant du lissage laplacien, la versin étendue de lissage Laplacien. Smth face nrmals : lissage des nrmales des faces, sans tucher à la psitin des smmets. Smth vertex quality : lissage laplacien en fnctin des valeurs de qualité des smmets. Taubin smth : effectue deux étapes de lissage, avant et arrière, pur chaque itératin. TwStep smth : deux étapes de lissage : une fnctin de préservatin / améliratin de carénage-filtre. Elle est basée sur une étape de lissage nrmal ù les nrmales similaires snt myennées ensemble. les smmets snt mntés sur les nuvelles nrmales. Unsharp mask clr : masque flu du filtrage de la culeur, mettant en évidence les variatins de culeurs des brds. Unsharp mask gemetry : masque flu du filtrage de frme gémétrique, mettant en évidence les variatins des arêtes et des vallées. Unsharp mask nrmals : masque flu du filtrage des nrmales, mettant en évidence les variatins des nrmales. Unsharp mask quality : masque flu du filtrage de la qualité. Vertex linear mrphing : transfrme le maillage curant vers une cible avec le même nmbre de smmets. Le filtre suppse que les deux mailles aient également le même rdre des smmets Quality measure and cmputatin (qualité, mesure et calcul): Clamp vertex quality : fixe les valeurs de qualité des smmets pur une plage dnnée en fnctin des valeurs spécifiques u du purcentage. Clrize by brder distance : ajute la culeur aux pints en fnctin de l élignement du brd du maillage. Clrize by distance frm a given pint : ajute la culeur à partir de la distance par un pint dnné en XYZ. Cmpute planar sectin : calcule la plyligne représentant une sectin plane d'une maille. Si la plyligne résultante est fermée, le résultat est rempli et un maillage triangulaire représentant la sectin est enregistré : risque de bug. Per face quality functin : calcule la qualité des faces par une fnctin. XI

Per face quality accrding t triangle shape and aspect rati : calcule la qualité et clrie les faces en fnctin de la qualité du triangle. Per vertex quality functin : calcule la qualité des smmets par une fnctin. Quality mapper applier : applique la culeur en fnctin de la qualité des mesures. Quality frm raster cverage (face) : calcule une valeur de qualité qui représente le nmbre d'images dans lequel chaque face du maillage actif est visible (intéressant mais bug à chaque tentative). Quality frm raster cverage (vertex) : idem mais pur les smmets. Saturate vertex quality : permet de saturer la qualité des smmets, de srte que pur chaque smmet, la pente de la qualité sit inférieure à la valeur du seuil dnnée (en valeur abslue). La saturatin se fait d'une manière cnservatrice (la qualité est tujurs diminuée et n'augmente jamais). Select faces by face quality : sélectinne les faces par qualité des faces (si n leur en a attribué une). Select faces by vertex quality : idem mais pur les smmets. Cmpute gemetric measures : calcule un ensemble de mesures gémétriques sur un maillage. Il calcule : le vlume et la diagnale de la bîte englbante, la surface, le barycentre et une matrice d'inertie. Le résultat est visible en uvrant la liste des cuches, dans la bîte de dialgues. Cmpute tplgical measures : calculer un ensemble de mesures tplgiques sur un maillage. Cmpute tplgical measures fr quad meshes : calculer un ensemble de mesures tplgiques sur un maillage quadrangulaire. Per face quality histgram : calcule un histgramme de qualité par face. Per face quality stat : calcule des statistiques glbales sur la qualité par face, cmme minimum, maximum, myenne, variance et écart-type. Per vertex quality histgram : idem au-dessus. Per vertex quality stat : idem au-dessus. Nrmals, curvatures and rientatin (nrmales, curbures et rientatin): Cmpute curvature principal directins : calcule les directins principales de curbure avec plusieurs algrithmes Pseudinverse Quadric Fitting Nrmal cycles Principal Cmpnent Analysis Taubin apprximatin Cmpute nrmals fr pint sets : calcule les nrmales des smmets d'un maillage sans expliter la cnnectivité des triangles (utile pur les dnnées sans faces). Cut mesh alng crease edges : cupe le maillage le lng des brds de pli, en dupliquant des smmets cmme nécessaire. Les arêtes de pliage snt définies en fnctin de la variatin de la nrmale des faces adjacentes. Freeze current matrix : gèle la matrice de transfrmatin actuelle dans les crdnnées des smmets du maillage (et définit cette matrice à l'identité). En d'autres termes, elle applique d'une manière définitive la matrice curante pur les crdnnées des smmets. Invert faces rientatin : inverse l'rientatin des faces, en feuilletant les nrmales du maillage. Sur demande, il essaie de deviner la bnne rientatin ; surtut il décide de returner tutes les faces si les smmets minimum / maximum n'nt pas de nrmales pintant vers l'extérieur pur quelques directins. Nrmalize face nrmals : nrmalise les lngueurs des nrmales des faces. Nrmalize vertex nrmals : nrmalise les lngueurs des nrmales des smmets. Per vertex nrmal functin : fnctin nrmale en utilisant Muparser pur générer une nuvelle nrmale pur chaque smmet. Il est pssible d'utiliser les variables par smmet suivantes dans l'expressin: x, y, z, nx, ny, nz (nrmal), r, g, b (culeur), q XII

(qualité), rad, vi (index), VTU, vtv (crdnnées texte) et tus les attributs des smmets persnnalisés déjà définis par l'utilisateur. Re-rient all faces cherentely : rériente de manière chérente tutes les faces de la maille. Recmpute face nrmals : recalcule les nrmales des faces cmme les nrmales des plans des faces. Recmpute per quad face nrmals : recalcule les nrmales des faces cmme la myenne des nrmales des triangles que cnstitue un quadrangle. Utile pur mntrer les maillages quadrangulaires mbragés. Recmpute vertex nrmals : recalcule les nrmales des smmets seln tris régimes différents : en tant que simple myenne des nrmales des faces incidentes, cmme myenne pndérée des nrmales des faces incidentes, cmme une smme pndérée de l'angle des nrmales des faces incidentes. Reset current matrix : définit la matrice de transfrmatin actuelle cmme matrice identité. Smths nrmals n a pint sets : lisser les nrmales des smmets d'un maillage sans expliter la cnnectivité des triangles (utile pur les dnnées sans faces). Transfrm : align t principal axis : génère une matrice de transfrmatin qui fait turner le maillage en l'alignant à sn axe principal d'inertie. Transfrm : flip and/r swap axis : génère une matrice de transfrmatin qui bascule chacun des axes en un cuple d'axes. Les transfrmatins énumérées snt appliquées dans l rdre indiqué. Transfrm : mve, translate, center : déplacement, translatin, et centrage. Transfrm : rtate : rtatin. Transfrm : rtate t fit t a plane : rtatin pur s adapter à un plan. Transfrm : scale : mdifie l échelle. Mesh layer (cuche du u des maillage(s)): Autmatic pair alignement : alignement autmatique apprximative des deux maillages. CSG peratin : filtre d pératin CSG (Cnstructive Slid Gemetry). Ce filtre permet la recnstructin d un maillage à partir d autres maillages en fnctin de l intersectin, l unin u la différence. Change the current layer : change la cuche curante en la sélectinnant par sn nm. Define new per face attribute : ajuter un nuvel attribut par face au maillage curant: il est pssible de spécifier le nm de l attribut et une fnctin pur générer une valeur d'attribut. Define new per vertex attribute : ajuter un nuvel attribut scalaire par smmet au maillage curant et le remplit avec la fnctin définie. Delete current mesh : efface la cuche curante (et dnc sn maillage également). S il n y a qu une seule cuche, tut sera effacé. Duplicate current layer : crée un nuveau calque cntenant le même mdèle que le calque curant. Flatten visible layers : aplatit tutes les cuches u seulement celles visibles dans un nuveau maillage simple. Les transfrmatins snt cnservées. Les cuches existantes peuvent éventuellement être supprimées. Freeze current matrix : gèle la matrice de transfrmatin actuelle dans les crdnnées des smmets du maillage (et définit cette matrice à l'identité). En d'autres termes elle applique d'une manière définitive la matrice curante pur les crdnnées des smmets. Mve selectin n anther layer : transfert les faces sélectinnées dans une nuvelle cuche. Rename current mesh : mdifie explicitement le nm de la cuche du maillage curant. XIII

Reset current matrix : définit la matrice de transfrmatin actuelle cmme matrice identité. Split in cnnected cmpnents : divise la cuche curante en un grand nmbre de cuches, chacune d elle étant cnstituée d un grupe de faces cnnectées entre elles. Il y aura autant de cuches créées que de grupes de mailles séparés. Generate a BNPTS file fr ut-f-cre pissn : génère un fichier BNPTS en utilisant les dnnées de tus les calques. Ce fichier cntient des pints + nrmales. Raster layer (cuche du raster): Delete current raster : efface la cuche raster curante. Rename current raster : renmme la cuche raster curante. Set raster camera : filtre permettant de définir une prise de vue pur le raster actuel. Range map (carte de répartitin): Autmatic pair alignement : alignement autmatique apprximative des deux maillages. Select faces by view angle : sélectinne des faces en fnctin de l'angle entre la nrmale et la directin de la vue. Pint set (ensemble de pints): Clrize curvature (APSS) : clrie les smmets d'un ensemble de mailles u de pints en utilisant la curbure de la surface sus-jacente. Clrize curavture (RIMLS) : clrie les smmets d'un ensemble de mailles u de pints en utilisant la curbure de la surface sus-jacente. Cmpute nrmals fr pint sets : calcule les nrmales des smmets d'un maillage sans expliter la cnnectivité des triangles (utile pur les dnnées sans faces). Estimate radius frm density : estime l'espacement les pints lcaux autur de chaque smmet à l'aide d'une estimatin de base de la densité lcale. MLS prjectin (APSS et RIMLS) : estime l'espacement pint lcal autur de chaque smmet à l'aide d'une estimatin de base de la densité lcale. Marching cubes (APSS u RIMLS) : extrait l'is-surface (en maillage) d'une surface MLS (Mving Least Squared) définie par l ensemble de pints curant (u maillage) en utilisant l'algrithme de marching cubes. Les extractins grssières snt suivies d'une étape de prjectin précise sur la MLS, et une prcédure de retrait supplémentaire. Select visible pints : sélectinne les pints visibles dans un nuage de pints, cmme vus à partir d un pint de vue dnné. Il utilise la biblithèque Qhull. L'algrithme utilisé détermine la visibilité sans recnstruire une surface ni estimer les nrmales. Un pint est cnsidéré cmme visible si sn pint transfrmé se truve sur l'envelppe cnvexe d'un nuage de pints transfrmés à partir des pints du maillage d'rigine. Smth nrmals n a pint sets : lisse les nrmales des smmets d'un maillage sans expliter la cnnectivité des triangles, utile pur les dnnées sans face. Surface recnstructin, pissn (Surface Recnstructin frm Pint Sets, par Pierre Alliez, Laurent Sabret, Gaël Guennebaud, Cmputatinal Gemetry Algrithms Library) : l'algrithme de recnstructin de pissn fnctinne en deux étapes. Dans un premier temps, il résut une fnctin d indicateur apprximatif du slide déduit. La fnctin scalaire de srtie est ensuite is-prfilée en utilisant un algrithme de «Marching Cubes». XIV

Sampling (échantillnnage): Clustered vertex subsampling : crée une nuvelle cuche remplie avec un suséchantillnnage des smmets du maillage curant ; le sus-échantillnnage est cmmandé par une stratégie de cellule ne-per-gridded simple. Plus la valeur renseignée dans le champ prévu à cet effet est faible, plus l échantillnnage réduit le nmbre de pints (illustratin 17 ci-cntre). Disk vertex clring : étant dnné un maillage M et un ensemble de pints P, le filtre prjette chaque smmet de P sur M, et clrie M seln la distance euclidienne entre les pints prjetés. La prjectin ainsi que la clratin snt effectuées sur une base par smmet. Dust accumulatin : simule l'accumulatin de pussière sur le maillage générant un nuage de pints se truvant sur le maillage curant. Attentin, cette cmmande ne peut être utilisée uniquement dans le rendu «Pints». Hausdrff distance : calcule la distance de Hausdrff entre deux maillages, échantillnnant l'un des deux et truvant pur chaque échantilln le pint le plus prche sur l'autre maillage. Mesh element subsampling : crée un nuveau calque rempli avec un pint de prélèvement du maillage actuel. Au plus, un échantilln de chaque élément du maillage est créé. Les échantillns snt pris d'une manière unifrme, un pur chaque élément, tus les éléments ayant la même prbabilité d'être chisi. Mntecarl sampling : crée un nuveau calque rempli avec un pint de prélèvement du maillage actuel. Les échantillns snt générés de façn aléatirement unifrme, u avec une répartitin plarisée par les valeurs de qualité par smmet du maillage. Pissn-disk sampling : crée un nuveau calque rempli avec un pint de prélèvement du maillage actuel. Les échantillns snt générés seln une distributin de Pissndisk. Regular recursive sampling : Il s agit d une autre méthde d échantillnnage (régulier et récursif). Stratified triangle sampling : crée un nuveau calque rempli avec un pint de prélèvement du maillage actuel, pur générer des échantillns multiples à l'intérieur d'un triangle ; chaque triangle est subdivisé en fnctin de différentes stratégies de stratifiés. La distributin est suvent biaisée par la frme de triangle. Cependant il arrive que cette cmmande prvque un bug ttal du PC, nécessitant le redémarrage. Texel sampling : crée un nuveau calque rempli avec un pint de prélèvement du maillage actuel. Un échantilln pur chaque texel (le texel est le plus petit élément d'une texture appliquée à une surface. Texel vient de l'anglais texture element ) du maillage est généré. Variable density disk sampling : une variable de l échantillnnage du disque de Pissn. Vertex attribute transfer : Transfert les attributs chisis par smmet d'un maillage à l'autre. Utile pur transférer des attributs à des représentatins différentes d'un même bjet. Pur chaque smmet de la maille cible, le pint le plus prche (pas le smmet) de la surce de maille calculée, et la demande d attributs interplés à partir de ce pint surce snt cpiées dans le smmet cible. L'algrithme suppse que les deux mailles sient assez semblables et alignées. XV

Vrni Vertex clring : étant dnné un maillage M et un ensemble de pints P, le filtre prjette chaque smmet de P sur M et clrie M seln la distance gédésique de ces pints prjetés. La prjectin et la clrisatin snt effectuées sur une base de dnnées. Texture (texture): Cnvert pervertex UV int perwedge UV : cnvertit les crdnnées des smmets de texture en crdnnées des cins de texture. Il ne cnfnd pas les smmets superflus. Cnvert perwedge UV int pervertex UV : cnvertit les crdnnées des cins de texture en crdnnées des smmets de texture en fractinnant les smmets dnt les crdnnées de cins ne snt pas chérentes. Parametrizatin + texturing frm registered rasters : le maillage est paramétré et texturé en créant des crrectins crrespndant à la prjectin de prtins de surface sur l'ensemble des rasters enregistrés. Parametrizatin frm registered rasters : le maillage est paramétré en créant des crrectifs crrespndant à la prjectin de prtins de surface sur l'ensemble des rasters enregistrés. Parametrizatin : flat plane : cnstruit un paramétrage trivial par un plan plat. Parametrizatin : trivial per-triangle : cnstruit une paramétrisatin triviale par triangle. Deux méthdes snt furnies, la première transfrme tus les triangles en triangles de taille similaire, tandis que le secnd permet d adapter la taille des triangles dans l'espace de la texture à leur taille d'rigine. Parametrizatin : Vrni atlas : cnstruit un paramétrage atlas basé sur une partitin gédésique de Vrnï de la surface et paramétrant chaque régin en utilisant une cartgraphie harmnique. Prject active rasters clr t current mesh, filling the texture : les infrmatins de culeur de tus les rasters en curs snt prjetées prjectivement sur le maillage curant, remplissant la texture, à l'aide de pndératin de base. Select vertex texture seams : sélectin des smmets dnt les brds se situent en limite de maillage. Set texture : définit une texture assciée à un paramétrage du maillage curant. Si la texture furnie existe, elle sera simplement assciée au maillage actuel et une texture factice sera créée et sauvegardée dans le même répertire. Texture t vertex clr (between 2 meshes) : génère des valeurs de culeurs des smmets en prélevant ces culeurs d un autre maillage texturé. Transfert vertex attribute t texture (between 2 meshes) : transfert la culeur de texture, la culeur des smmets u ses nrmales d un maillage à un autre maillage texturé. Ceci est généralement utilisé pur restaurer les détails perdus dans la simplificatin. Vertex clr t texture : remplit la texture spécifiée seln les culeurs des smmets. Camera (caméra): Edit raster camera : permet d'éditer la matrice de la caméra actuelle qui permet d'ajuster les paramètres intrinsèques. Prject active rasters clr t current mesh : l'infrmatin de culeur de tus les rasters actifs est prjetée perspectivement sur le maillage actuel à l'aide de pndératin de base. Prject active rasters clr t current mesh, filling the texture : l'infrmatin de culeur de tus les rasters actifs est prjetée perspectivement sur le maillage actuel, remplissant la texture, à l'aide de pndératin de base. Prject current raster clr t current mesh : l'infrmatin de culeur du raster curant est prjetée perspectivement sur le maillage curant. XVI

Set mesh camera : filtre permettant de définir une prise de vue pur le maillage actuel. Set raster camera : filtre permettant de définir une prise de vue pur le raster actuel. Transfrm the camera extrinsics, r all the cameras f the prject : transfrme les paramètres extinsèques de la caméra, u de tutes les caméras du prjet. Transfrm : rtate camera r set f cameras : fait pivter la caméra, u tutes les caméras du prjet. Le raster chisi est la référence, si la rtatin du pint de vue est sélectinnée. Transfrm : scale camera r set f cameras : l'échelle de la caméra, u tutes les caméras du prjet. Le raster chisi est la référence si l'échelle du pint de vue est sélectinnée. Transfrm : translate camera r set f cameras : translate la caméra, u tutes les caméras du prjet. Vertex quality frm camera : calcule la qualité des smmets en utilisant la définitin de la caméra, seln l'angle u la distance d'bservatin. Image alignment : mutual infrmatin : enregistre une image sur un mdèle 3D à l'aide d'infrmatin mutuelle. Render (rendu) Render mde (mde de rendu): Backface culling : permet d afficher u de supprimer la culeur d arrière-plan des infrmatins en bas de l écran (nmbre de smmets, faces,...). Bunding bx : bîte englbante. Pints : affichage en mde nuage de pints. Wireframe : mde affichage filaire (en cnservant la culeur des pints). Hidden lines : lignes cachés il s agit d un mde filaire (indépendant des culeurs réelles) mais sans l apparitin des triangles cachés derrière d autres mailles. Flat lines : faces remplies, et arêtes représentées également (mélange des affichages flat et wireframe). Flat : affiche les faces remplies. Smth : affiche le mdèle précédent, mais lissé. Texture : affiche le mdèle texturé. Selected face rendering : affichage des faces sélectinnées. Selected vertex rendering : affichage des smmets sélectinnés. Lighting (luminsité): Light n/ff : affichage de la lumière u suppressin de la lumière, effet visuel sur l mbrage ntamment. Duble side lighting : affichage d une lumière de deux côtés, permet de vir les écarts au niveau du maillage sans assmbrir le reste. Fancy lighting : éclairage fantaisiste. Clr (culeur): Nne : aucune culeur, maillage blanc. Per mesh : clrie le mdèle par mailles. Per vertex : clrie le mdèle par smmet. Per face : clrie le mdèle par face. Shaders (Un shader (le mt est issu du verbe anglais «t» shade pris dans le sens de «nuancer») est une suite d'instructins dnnée à un rdinateur, utilisée en image de synthèse, pur paramétrer une partie du prcessus de rendu réalisé par une carte graphique u un XVII

mteur de rendu lgiciel. Ils peuvent permettre de décrire l'absrptin et la diffusin de la lumière, la texture à utiliser, les réflexins et réfractins, l'mbrage, le déplacement de primitives et des effets pst-traitement. Par la cnceptin même du prcessus de rendu, les shaders snt les candidats idéaux pur une exécutin parallèle par le prcesseur graphique d'une carte graphique. Les shaders snt flexibles et efficaces : des surfaces apparemment cmpliquées peuvent être rendues à partir de gémétrie simple. Par exemple, un shader peut être utilisé pur générer un carrelage en céramique à partir de la simple descriptin d'un plan.) : Nne. Ck-Trrance.gdp : représentatin avec les faces perpendiculaires en gris myen et les faces presque parallèles au pint de vue en blanc. Depthmap.gdp : représentatin prenant en cmpte la distance de la vue actuelle. Les éléments prches snt représentés en nir, les plus élignés en blanc, avec un gris variable entre ces deux distances. Dimple.gdp : culeur mutarde, nircie pur les parties les mins visibles. Electrnic micrscpe.gdp : représentatin avec les faces perpendiculaires en nir et les faces presque parallèles au pint de vue en blanc. Envmap.gdp : représentatin utilisant deux culeurs, seln les directins, culeurs qui s inversent de part et d autre des faces (avant/arrière). Glass.gdp : représentatin avec un effet en verre, cnsidérant le pint de vue cmme surce de lumière. Gch.gdp : représentatin jaunâtre, pssibilité de les changer. Hatch.gdp : représentatin prisn, zébrages nirs et blancs. Lattice.gdp Minnaert.gdp : représentatin bleue-nuit (perpendiculaire), nire (parallèle). Nrmalmap.gdp : représentatin multiclre, les faces inverses pssèdent les culeurs cmplémentaires des faces principales respectives. Oren-Nayar.gdp : représentatin blanche. Phng.gdp : représentatin gris clair. Plkadt3d.gdp : représentatin ruge avec disques blancs. Reflexin_lines.gdp : représentatin par intensité de réflexin. Slicingplane.gdp : représentatin blanche (errr). Stripes2.gdp : rayures nires et inclres. Tn.gdp : Représentatin en 3 culeurs seln rientatin des faces par rapprt au pint de vue utilisateur. Xray.gdp : représentatin rayn X, inclre pur vue perpendiculaire, blanche vue presque parallèle. Radiance scaling : tut devient nir. Cartn.rfx : représentatin tute nire. NrmalMapping.rfx : représentatin tute nire également. PhngUntextured.rfx : représentatin gris clair. QualityCntur.rfx : représentatin nire et blanche en fnctin de la qualité du cntur. ZBrush.rfx : peint en fnctin de la culeur suhaitée. Splatting : nécessite radius per vertex attribute. Backgrund grid : affiche une grille en arrière-plan avec des espacements réguliers Shw : Vertex dts : mntre les pints des smmets. Nn-faux edges : mntre les brds du maillage. Bundary edges : mntre les brds du maillage en limite de maillage. Nn manif edges Nn manif vertices : mntre les smmets reliant 2 faces en 1 seul pint. Face Nrmals : mntre les nrmales des faces. Vertex Nrmals : mntre les nrmales des smmets. Vert quality histgram : mntre l histgramme de qualité des smmets. XVIII

Face quality histgram : mntre l histgramme de qualité des faces. Vertex principal curvature directins : mntre les smmets des principales directins de curbes... Bx crners : mntre les cins de la bîte avec les crdnnées. Bx crners (abs) : mntre juste les cins de la bîte englbant le nuage. Axis : mntre les axes du repère. Quted bx : mntre la bîte ctée. Vertex label. Edge label. Face label. Camera. UV Tex Param. Texture seams. Rasters-t-gemetry reprjectin : bug de meshlab. Enable shadw mapping : active u désactive le mappage de l mbre. Enable Screen Space Ambient Occlusin : View (vue) (Illustratin 18, ajut d une mbre avec le pint de vue cmme surce de lumière) Full screen : affiche la fenêtre Meshlab en mde plein écran. Shw layer dialg : affiche la bîte de dialgue et les cuches existantes. Shw current raster mde : affiche le mde raster curant. Trackball : Shw trackball : affiche la balle avec les 3 cercles au centre. Reset trackball : réinitialise la balle à l état initial (vue du nuage du dessus). Inf : Shw inf panel : affiche la barre d infrmatin en bas (nmbre de smmets, de faces, ). Tlbars : Standart : affiche la barre d utils de base (créatin prjet, imprt nuage de pints, sauvegarde du prjet, ). Render : affiche les éléments de rendus (nuage de pints, filaire, ). XIX

Windws (fenêtre) Clse all windws : ferme tutes les fenêtres de nuages des pints. Tile : tuile, affiche la fenêtre avec les fnctins fermer, réduire, niveau inf.. Cascade : idem mais en réduisant la taille de la fenêtre de srte à puvir travailler sur plusieurs nuages en même temps, avec une cascade de fenêtres. Next Split current view : Hrizntally : divise la vue curante en 2 vues hrizntales. Vertically : divise la vue curante en 2 vues verticales. Clse current view : permet de fermer la vue curante (si plusieurs vues snt existantes). Link viewers : lie les deux vues, tut ce qui sera effectué dans la première le sera également dans la deuxième. View frm : Tp : vue du dessus, Bttm : vue d en dessus, Left : vue de gauche, Right : vue de drite, Frnt : vue de devant, Back : vue de derrière. View frm file : affiche la vue par rapprt à un fichier.xml. View frm mesh camera : vue par rapprt à la caméra de maillage. View frm raster camera : vue par rapprt à la caméra du raster. Cpy sht : cpie la psitin de la caméra d un prjet à un autre (u d une fenêtre à une autre). Attentin il cnserve uniquement la psitin de la caméra, le nuage ne sera pas cnservé. Il s agit du cpier. Past sht : il s agit du cller. Il affiche le pint de vue cpié précédemment. Tls (utils) Optins : affiche les paramètres d apparence (culeurs d arrière-plan, luminsité, ), de décratin (taille des pints, ). Help (aide) Abut : aide glbale sur meshlab (infrmatins générales, références, cntacts, auteurs, cpyright). Abut plugins : aide sur les plugins. Online dcumentatin : dcumentatin en ligne sur le site internet http://meshlab.surcefrge.net/wiki/, ne fnctinnant pas à l épque de la rédactin de cette partie. On screen quick help : renseigne des infrmatins sur des cmmandes de manipulatin à partir d une petite fenêtre s affichant dans un cin. Submit bug : envi d un bug aux pérateurs. Check fr updates : vérifie les mises à jur du lgiciel. XX

Exemple cncret d améliratin d un nuage de pints (illustratin 19 ci-dessus) Clse hles : buche tus les trus de taille raisnnablement chisie. Subdivisin surface: midpint : effectue un suréchantillnnage du nuage de pints existant. Laplacian smth : effectue un lissage Laplacien. HC Laplacian smth : permet une extensin du lissage Laplacien. Render mde : smth : rendu lisse du nuage de pints. XXI

ANNEXE 2

Primitives simples utilisées pur la recnnaissance de frmes Drite Il s agit d une ligne définie par deux pints cnnus en 3 dimensins u bien par un pint et un vecteur directeur. La drite peut ntamment être définie par l intersectin de deux plans. Plan Un plan peut être défini par plusieurs manières : Par tris pints cnnus en tris dimensins, Par deux pints 3D ainsi qu un vecteur (autre que celui allant de A à B), Par un pint et deux vecteurs nn clinéaires, Par un pint et le vecteur nrmal (directin perpendiculaire au plan). Il est défini par : Cercle sn centre cnnu en crdnnées, sn rayn, diamètre u un secnd pint se situant sur le cercle R²=(X-Xc)²+(Y-Yc)²

En cas d un cercle 3D, si n cnnait le centre et le rayn/diamètre, il faut rajuter l inclinaisn (angle entre la nrmale et la verticale) ainsi que l angle de rtatin par rapprt à l axe vertical. De même, il peut résulter de l intersectin d un plan avec une sphère (tus les cas), un cylindre (si le vecteur nrmal du plan et le vecteur directeur du cylindre snt clinéaires), un tre (si le vecteur nrmal du plan est rthgnal au grand rayn du tre) u un cône (si le vecteur nrmal du plan est clinéaire au vecteur nrmal de la base du cône). Il peut également être btenu par tris pints. Sphère Une sphère est cnstituée cmme l ensemble des pints en tris dimensins situés à une même distance d un pint, appelé le centre C. Elle est définie par l expressin suivante OM²=R²=(X-Xc)²+(Y-Yc)²+(Z-Zc)² En recnnaissance de frmes, si l n ne cnnait aucun paramètre (rayn, diamètre, centre), elle peut être btenue par 4 pints. Cylindre Il s agit d un vlume ayant pur base un cercle. Le cercle évlue sur une directin clinéaire à sn vecteur nrmal.

Cône Il s agit d un vlume reliant un pint à un cercle. Les éléments permettant de le définir : Sn centre O, Sn rayn, diamètre u autre pint sur le cercle, Sa hauteur, Sn smmet, Sn demi-angle au smmet. Tre Il s agit d un vlume de révlutin représenté par la rtatin d un cercle autur d une drite située dans le même plan à une distance R, r désignant le rayn du cercle. Sur l illustratin si dessus, l axe en questin est celui de la verticale représenté en bleu. On retruve quatre types de tres : La bule u sphère (seln si elle est pleine u creuse) : R = 0 Le tre crisé : R < r Le tre à cllier nul R = r Le tre uvert : R > r Une équatin cartésienne pur un tre symétrique par rapprt à l'axe z est : En éliminant algébriquement la racine carrée, n btient une équatin du 4 e degré : Frmules et dernière illustratin issues de wikipédia

ANNEXE 3

Présentatin des lgiciels de Kubit Kubit a créé un certain nmbre d applicatins, et ce pur divers dmaines. On y retruve dnc des lgiciels cmplémentaires entre eux, ù chacun truve sa place : TachyCAD : à partir d une cnnexin entre le tachémètre et un rdinateur prtable, ce lgiciel permet de prendre les mesures sur place à partir du pinteur de la suris. En effet, en travaillant avec une vue panramique au niveau de la statin, il suffit de cliquer sur les éléments à mesurer sur l image et la mesure est effectuée par le tachémètre. Vidé démnstrative : https://www.yutube.cm/watch?v=h-_p_h7jwni, PhTPlan : n retruve tris versins de PhTPlan : v PhTPlan et PhTPlan Basic : ce lgiciel travail sur de la 2D. A partir d une pht, il est pssible de travailler sur un unique plan. Sur une prise de vue, il apparaît qu un plan (dnt les arêtes snt parallèles en réalité) pssède des pints de fuite. A partir de mesures de références prises sur le terrain, ce lgiciel sera capable de redresser parfaitement la phtgraphie sur un unique plan, permettant ainsi d btenir le reste des mesures gémétriques. Vidé démnstrative : https://www.yutube.cm/watch?v=uhgf9funzti&list=plf92f5407591b2f10, v PhT Plan 3D : sur cette versin, à partir d une restitutin phtgrammétrique de deux images rientées, il est pssible de réaliser le dessin directement sur Autcad, en cliquant sur des pints cmmuns aux deux images. PintClud : permet au lgiciel Autcad de mieux gérer les nuages de pints, ntamment au niveau du zm et le déplacement en rbite. De même il permet de travailler sur des sectins de nuage à définir. De plus il est très utilisé pur la recnnaissance de frmes, ntamment les plylignes, plans et cylindres. Vidé démnstrative : https://www.yutube.cm/watch?v=8_r4-fymiwk&list=pl8b44068c487eb0ef&index=4, PintSense Plant : cet util pssède les mêmes fnctins que PintClud, mais pssède également d autres qualités. En effet, il permet la visualisatin nettement plus agréable du nuage de pints. De plus, il demeure très dévelppé au niveau de la mdélisatin dans le milieu industriel. En plus de PintClud puvant représenter des cylindres, PintSense Plant permet même d intégrer des cudes, des raccrds en «T», des brides, des réducteurs, De même, si un mdèle n est pas cntenu dans la biblithèque, il est pssible d en créer un simême et PintSense Plant l ajutera autmatiquement cmme util de tuyauterie. Vidé démnstrative : http://dwnlad.kubit.de/english/vides/pintsense/pointsense1180x764_2012/pointse NSE1180x764.html, VirtuSurv : lgiciel très utile de Kubit. En effet il crée une vue virtuelle en densifiant le nuage de pints, furnissant un rendu quasi-phtgraphique. Ce lgiciel peut être lié à plusieurs lgiciels de CAO (Autcad principalement). Ce lgiciel permet également d utiliser, d éditer

u même de créer des macrs. De cette manière, il devient facile de dessiner sur Autcad en sélectinnant les pints sur la vue virtuelle. Vidé démnstrative : http://www.kubit-france.cm/cad/prducts/virtusurv/3d_laserscanning.php, MnuMap : principalement utilisé pur l archélgie et l étude de mnuments histriques, ce lgiciel permet de réaliser une cartgraphie des différents types de matériaux relevés sur une zne DistTPlan : il s agit d un lgiciel permettant le transfert des mesures issues du distance-laser sur Autcad directement sur le terrain. Il s agit de l équivalent de PIC (Plan d Intérieur Cmpensé) de chez Tpstatin. HylasFM : en plus de psséder quelques utils de recnnaissance de frmes, ce lgiciel permet de détecter des défectusités dans un plan d intérieur.

ANNEXE 4

Le langage industriel en lien avec l étude Définitins prvenant d un apprt persnnel u de tut u partie des uvrages suivants : Revue XYZ n 129 Les principes fndamentaux de la lasergrammétrie terrestre : acquisitin, traitement des dnnées et applicatins, (Tania LANDES Pierre GRUSSENMEYER Hakim BOULAASSAL), Segmentatin de nuage de pints 3D pur la mdélisatin autmatique d envirnnements industriels numérisés (dctrat de l Ecle des Mines de Paris, Thmas CHAPERON), Cntrôle dimensinnel de bacs de stckage au sein du grupe pétrlier TOTAL E&P (PFE de l INSA de Strasburg, Jean-Baptiste GELDOF). Mdèle «tel que saisi» : il s agit de l bjet d étude que l n btient au mment de l acquisitin des dnnées, c est-à-dire que ce mdèle dépend uniquement du relevé 3D effectué. Mdèle «tel que cnstruit» : ce mdèle crrespnd à l bjet dans sn état initial, tel qu n le verrait à la suite de sa cnstructin. Il est dnc élabré à partir des plans et des cnnaissances que l n pssède de l bjet. Ligne de tuyauterie : il s agit d un ensemble d éléments tels que tubes, raccrdement (cude, té, ), rbinetterie, supprt et autres éléments extérieurs (calrifuge,...), qui permet de véhiculer un fluide d un pint à un autre d une installatin, d un réservir à une pmpe, d une pmpe à un échangeur, etc. Tube : il s agit de cylindres, dnt le diamètre demeure identique du début à la fin, avec une directin invariable. Il s agit dnc d une ligne de tuyauterie drite. Sudure : elle a pur principal but de relier différentes parties de tuyauteries entre elles (tube, cude, ). Cude : util permettant de changer la directin de la ligne de tuyauterie. Mathématiquement parlant, il s agit d une prtin de tre. Réducteur : cette pièce, de frme cnique, a pur but de relier deux tubes de même directin, mais dnt le diamètre est différent. Brides : elles snt suvent utilisées pur raccrder une tuyauterie sur un appareil (en extrémité de ligne) u en assemblage par paire pur faciliter le démntage d un trnçn de tuyauterie (pur la maintenance), u encre en ligne pur inclure du matériel (ex : filtre, cmpteur u mesure, etc.).

Tés : il s agit d un mrceau de tuyauterie servant de jnctin entre un tube principal et un tube secndaire. Jints : ils snt utilisés pur raccrder un bjet entre brides avec une étanchéité assurée par le jint. Bac : un bac cnstitue une structure imprtante, de frme cylindrique, ayant pur but le stckage d hydrcarbures. Rbe : cela cncerne le cntur extérieur du bac de haut en bas. Virle : il s agit d une pièce qui, assciés avec d autres virles, vnt cnstituer la rbe du bac de stckage. Lngrine : c est un élément de structure hrizntal, prenant la frme d une putre, et supprtant le pids du bac. Verticalité : il s agit d une étude afin de mesurer si les paris du bac, sur plusieurs znes snt bien verticales. Hydrcarbure : terme emplyé pur faire référence au pétrle et au gaz.

ANNEXE 5

ANNEXE 6

ANNEXE 7

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ANNEXE 8

Tutriel pur l utilisatin du prgramme : Exemple pur 1000 pints 1. Créer un dssier cntenant la feuille excel avec les macrs nécessaires. 2. Créer un fichier texte cmprenant en première ligne le terme «incnnues», suivi du type d incnnues et de sa valeur apprchée à partir de la réalisatin d un cercle passant par 3 pints chisis par l utilisateur au préalable (X0, Y0, D0 dans l rdre). Utiliser le «/» cmme séparateur entre le type d incnnue et sa valeur apprchée. 3. Sur 3DReshaper, imprter le nuage de pints assemblé. a. Effectuer un maillage 3D en deux étapes. b. Sélectinner le maillage, puis dans l nglet nuage, extraire le nuage en prenant l ptin «Extraire seulement les smmets». c. Sélectinner le nuage, puis «Filtrer/Explser nuage». Ccher l ptin «Garder une certain nmbre de pints». Chisir une valeur maximale de 2000 pints, de préférence inférieure à 1500. Sinn le prgramme risque de ne pas répndre, ne puvant ainsi s exécuter cnvenablement. d. Sélectinner le nuage puis l exprter au frmat.asc. 4. Editer ce fichier avec un éditeur (Ntepad ++ par exemple). Remplacer les espaces par un «/» cmme séparateur pur la suite du traitement. 5. Enregistrer le résultat btenu au frmat.txt. 6. Ouvrir le fichier excel cntenant les macrs créées. Les activer si le lgiciel le demande. 7. Sur excel, dans «Affichage», chisir «Macr» puis «Afficher les macrs». Chisir la macr «traitement» puis «Mdifier». Une fenêtre VBA apparaît avec l ensemble des macrs réalisées. 8. Aux lignes 11 et 12, mdifier le chemin pur chercher les fichiers textes réalisés aux étapes 2 et 5 (fnctin Call suivi du nm de la macr «Imprt» et «Imprt2») 9. Exécuter le prgramme en cliquant sur le butn «Exécuter Sub».

10. Patienter le temps de l exécutin du prgramme. 11. Les dnnées du meilleur cercle et la différence «Résultat final Valeurs apprchées» de la dernière itératin apparaissent en «Feuil1». 12. Les crdnnées des pints X, Y et Z apparaissent accmpagnées des écarts entre les pints (en XY) avec le meilleur cercle btenu (en Feuil4). L ensemble des résultats intermédiaires (par le calcul de mindres carrés implicites) figure sur 4 feuilles, nécessaires pur mieux gérer les transpsées des matrices et augmenter le nmbre maximum de pints.

ANNEXE 9

Tableau synthétique des avantages et incnvénients des lgiciels utilisés Afin de mieux cmprendre les usages des lgiciels ayant cntribués au TFE, une synthèse cmpsée des principaux avantages et défauts figure ci-dessus : Lgiciel utilisé Ses atuts Ses défauts Meshlab Quantité de fnctins prpsées Stabilité du lgiciel Aucune fnctin «précédent» 3DReshaper Diversité des fnctins Dmaines variés Mdélisatin de base, inadaptée pur une tuyauterie cmplexe Autcad classique Qualité du lgiciel de dessin Limité dans ses frmats Simplicité d utilisatin Autcad 3D studi Efficace pur la mdélisatin 3D Inadapté au dessin MAX VirtuSurv PintClud PintSense Plant Micrsft Excel Ascdes Diversité des frmats Qualité de la vue virtuelle Travail simplifié sur la vue virtuelle Permet le traitement de nuages de pints sur Autcad Digitalisatin simple et fiable Permet une mdélisatin industrielle fiable et rapide Utilisatin pssible de raccrds prédéfinis u à créer Calculs matriciels variés Usage simple grâce aux fnctins dispnibles Prgrammatin de macrs en VBA Lgiciel à usages variés : Tpgraphie, SIG, Cmmandes prgrammables Recupement du nuage marqué par un écart Limité à des primitives simples Temps de calcul puvant être lng si trp grandes matrices Risque d arrêt du prgramme et lgiciel si plus de 1500 pints En cnclusin, nus puvns assurer que tus les lgiciels présentés ci-dessus snt cmplémentaires. On remarque cependant un certain atut ntamment pur la sciété Kubit, qui dévelppe de plus en plus de lgiciels facilitant le dessin sur des lgiciels cmme Autcad. De plus en ce qui cncerne le cabinet, ses fnctinnalités adaptées aux travaux industriels et ses facilités de traitement de nuages cnséquents permettent aux lgiciels de truver une place imprtante, qui le deviendra davantage en thérie avec l apparitin dans la prchaine mise à jur de PintSense Plant du dérulement du cylindre avec l applicatin d une grille pur lcaliser aisément les défrmatins d un bac de stckage d hydrcarbures.

Le scanner laser 3D : recnnaissance de frmes et mdélisatin de défrmatins Mémire d'ingénieur ESGT, Le Mans 2013 Résumé A l heure ù la lasergrammétrie apparaît de plus en plus dans le métier de gémètre, des difficultés persistent quant au traitement des dnnées. Afin d btenir un résultat satisfaisant en termes de plans et de cupes, il est indispensable de mdéliser cnvenablement les divers nuages de pints btenus par le scanner laser 3D. Des algrithmes de recnnaissance de frmes peuvent dnc être utilisés, à travers des lgiciels cmme PintClud, u encre PintSense Plant dévelppés par la sciété Kubit. L idée prpsée ici cnsiste à ajuster un mdèle CAO sur le nuage de pints, pur btenir un mdèle chérent sur Autcad. D une efficacité impressinnante dans le dmaine industriel, ntamment en ce qui cncerne la recnnaissance de tuyauteries, ce traitement peut servir de base lrs d une inspectin en tris dimensins d un uvrage (bac de stckage, plafnd en effndrement, tuyaux ayant subis des chcs, ). De cette manière, n peut aisément btenir une cmparaisn entre un mdèle TQC (Tel Que Cnstruit, issu de la recnnaissance de frmes sus Kubit) et un mdèle TQS (Tel Que Saisi), cnstitué du nuage de pints brut (maillé u nn) btenu par le scanner. Mts-clés : lasergrammétrie, scanner laser 3D, nuage de pints, recnnaissance de frmes, inspectin, Kubit, 3DReshaper, mdélisatin, bac de stckage, tuyauterie, extractin, mdèles TQC et TQS, tre, cylindre, plan. Summary When the laser scanning appears mre and mre in surveyr s jb, difficulties persist as fr the prcessing f datas. In rder t btain a satisfying result in terms f plans and prfiles, it s essential t mdel diverse pint cluds btained by the scanner. Recgnitin f frms algrithms can be used, thrugh sftwares like PintClud, r PintSense Plant develped by Kubit cmpany. The prpsed idea cnsists in adjusting a mdel CAD n the pint clud, t btain a cherent mdel n Autcad. With an impressive efficiency in the industrial sectr, particularly as regards the recgnitin f pipes, this might serve as a basis in a three-dimensinal inspectin f a structure (strage tank, ceiling cllapse, pipes have undergne shcks,...). In this way, we can easily btain a cmparisn between TTB mdel (Tel That Built, frm the recgnitin f frms in Kubit) and TTS mdel (Tel That Seized), cnsisting f raw pint clud (mesh r nt) btained by the scanner. Keywrds : laser scanning, 3D laser scanner, pint clud, pattern recgnitin, inspectin, Kubit, 3Dreshaper, mdeling, strage tank, piping, mining, TTB and TTS mdels, trus, cylinder, plane.