Cas d études de numérisation 3D pour la recherche Grotte El-Castillo, Bunker du Parc Royal et Hôtel de Ville de Bruxelles 8 Mai 2017 Rudy Ercek
LISA : Ingénierie Laboratories of Image, Signal processing and Acoustics Image : 2D/3D : Biomed (analyse d images de cellules cancereuses, ) 3D : image de synthèse et réalité virtuelle, scans 3D (archéologie, ), caméra 3D (Mpeg), Signals & Acoustics Rudy Ercek : Ir. - scans 3D, encadrement, gestion projets, informatique, Arnaud Schenkel : Dr. Ir thèse sur le traitement de scans Olivier Debeir : Professeur et responsable Image 2
Plateforme de numérisation 3D PANORAMA - Plateforme d Acquisition et de Numérisation d Objets et de Relevés d Archéologie, de Monuments et d Architecture LISA (Ingénierie) CReA-Patrimoine (Archéologie) AlIce (Architecture) 3
Scanners Polhemus Fastcan : scanner à main sans texture acheté en 2000 Source : http://www-cdr.stanford.edu/~jota/quals/ 4
Scanners Nextengine s Desktop 3D Scanner pour petits objets sur table tournante (achat 2007) Source : http://www.aniwaa.com/product/3d-scanners/nextengine-3d-scanner-hd/ 5
Scanners Riegl LMS Z360i : scanner temps de vol pour sites/bâtiments (2006 ) à longue portée (Distance : 1m à ~200m) 6
Scanners Depuis 2014, location scanner Focus Faro 3D LMS-Z360i Faro Focus 3D Distance min 1m 0.6m Distance max 200m 120m Taux de mesure (max) 12000 pts/sec 976000 pts/sec Précision >=6mm 2mm @ 25m Couleur Appareil photo externe APN intégré Pas angulaire min ( ) 0.01 (0.12 en pratique) 0.009 Durée pour 1 position de scan ~30min pour ~2M pts ~15min pour ~40M pts Zone du scan Cylindrique Sphérique Poids 13kg + matériel (trépieds, ) 5,2kg Dimensions (cmxcmxcm) 49x21x21 24x20x10 Durées de vie batteries (h) 3 4,5 Stockage des données Ordinateur auxiliaire Carte SD Interface Homme/Machine Ordinateur auxiliaire Interface embarquée Marquage de terrain Réflecteurs requis Optionnel 7
Contraintes de la numérisation 3D Scanner ne «voit» pas à travers les objets Plusieurs positions de scans nécessaires Différents points de vue Couverture inférieure à 100% Trade-off entre complétion et temps d acquisition (nombre de scans) Complétion (%) 100 Contraintes sur l éclairage et météorologiques Nombre de scans Grande densité de points visualisation/manipulation des données peu aisée Bonne planification 8
Scan 3D d El-Castillo Grotte El Castillo (Espagne - Cantabrie) avec Riegl en 2007/2008 collaboration avec le CreA-Patrimoine (Pr. Marc Groenen) : 2 missions avec 177 positions de scan (~17j au total) Objectif : obtenir un modèle 3D (visite virtuelle, ) ~170m Plan de la grotte Nuage de points 3D avec positions des scans 9
Difficultés rencontrées : Scan 3D d El-Castillo Zones inaccessibles pour le matériel (couloir étroit et bas, ) Endroit très humide (buée sur l objectif de l appareil photo, ) Visites de touristes temps d arrêt nécessaire / obstacles Faible éclairage utilisation de flash Recalage des scans entre les 2 missions : pas de réflecteurs Post-traitement final pour modèle : ~350 millions de points, variation des couleurs de points, bcp de points erronés,.. Post-traitement ~10 scans en 2010 par infographiste pendant 1 mois! Soigner l éclairage 10
Scan 3D du Bunker En 2011, scan du Bunker situé sous le Parc de Bruxelles (~80 positions de scans en ~6 jours) Objectif : relevé précis de la géométrie Difficultés rencontrées : Etroitesse des couloirs Raccord final Choix du scanner (champ de vue) 11
Scan 3D du Bunker Maquette 3D Validation de plans 12
Scan 3D de l Hôtel de Ville Numérisation 3D de l Hôtel de Ville (HdV), objectifs : Pour la ville de Bruxelles : meilleure connaissance du bâtiment (toits, façades, ) plans précis, Pour le LISA : avoir des données p/ex thèse d A.S. 2 Missions : 1 : Mai 2014 : 1 jour, mission de test : une partie des toits, de la façade avant et de la cours 2 : Mai 2015 : 2 jours mais scanner en défaut, objectif : compléter les scans de la mission 1 2 bis : Octobre 2015 : 2,5 jours (idem mission 2) Effectuée par 2 personnes avec bonne planification préalable 13
Scan 3D de l Hôtel de Ville Difficultés rencontrées Accessibilité de certains endroits Points de vue Autorisation pour accès Scanner en défaut Vérification complète du matériel, et exploitation des données sur site 14
Scan 3D de l Hôtel de Ville Missi on Durée Scans coloriés haute-résolution 1 1 j 21 (~200 millions points) 2 2,5 j 77 (~1,3 milliards points) Total: 3,5 j 98 (~1,5 milliards points) Scans N/B 22 2 24 15
Post-traitements 3D Défauts dans les scans 3D, travail terminé en janvier 2017 : Variation de la couleur des points Traînées de points Points fantômes Algorithmes basés sur la normal (au point) Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/file:surface_normal_illustration.svg 16
Correction de la couleur 17
Correction des traînées 18
Correction des points fantômes 19
Résultats 20
Exploitation des nuages de points Permettre l exploitation des scans de l HdV (1,5 milliards de pts) Logiciel LisaCAD : Simplification du modèle en des plans avec profondeur Extraction de primitives vectorielles Exportation vers AutoCAD Différents plans verticaux (élévation) en rouge 21
LisaCAD : captures d écran LisaCAD : Logiciel développé pour la Ville de Bruxelles 22
max Angle Profondeurs entre la normale aux points Absolue de Laser Normal Amplitude Couleur aux points et celle au plan 23 min
LisaCAD : façades 24
LisaCAD : Résultats obtenus Ville de Bruxelles (Urbanisme - Architecture), dessins Patrick Moureau 25
LisaCAD : Résultats obtenus Ville de Bruxelles (Urbanisme - Architecture), dessins Patrick Moureau 26
Plateforme de numérisation 3D Service de la plateforme Fouille avec scans 3D Analyse historique Photogrammétrie Interprétation Traitements numériques Développement d outils Web : http://lisa.ulb.ac.be Contacts : R.E. : rercek@ulb.ac.be A.S. : aschenke@ulb.ac.be O.D. : odebeir@ulb.ac.be 27
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