Prendre un objet réel et le numériser est le processus inverse de la fabrication numérique… mais parfois, c’est juste un autre point de départ pour fabriquer de nouveaux objets.
La Numérisation 3D (Scan 3D), c’est quoi ?
Avant d’entrer dans les techniques (des outils et des limitations spécifiques), définissons un peu la numérisation 3D : c’est le fait de stocker numériquement des informations sur la forme d’un objet réel. Le résultat de la numérisation est généralement la mémorisation du positionnement dans l’espace (« coordonnées ») d’un ensemble de points (« un nuage de points » ou « point cloud« ) et, n’est pas directement utilisable pour de la fabrication numérique (il faut relier ces points pour créer des surfaces voir des volumes).

Tous les objets peuvent être numérisés car il existe une multitude de technologie pour y parvenir. Si la surface extérieure d’un objet est la plus souvent numérisée, il est aussi possible de numériser ses composants internes (c’est ce qui est réalisé en imagerie médicale avec le Scanner-X par exemple). Cependant toutes les techniques ne se valent pas et certains objets seront mieux numérisés par l’une ou par une autre. Des objets de toutes les tailles peuvent être numérisés, d’organismes microscopiques à un paysage entier, mais les technologies (et les algorithmes) utilisés diffèrent fortement.
Plusieurs algorithmes géométriques permettent de déterminer les coordonnées spatiales d’un point selon un référentiel, et le plus commun est la « triangulation » (voir l’article sur Wikipédia). De même, plusieurs outils (voir l’article sur Wikipédia) permettent d’effectuer les mesures nécessaires à ces calculs, que ce soit avec un « double capteur passif » (comme nos yeux, qui nous permettent une vision en relief – voir l’article Wikipédia sur la Stéréoscopie) ou un « seul capteur actif » (comme pour les télémètres laser – voir l’article Wikipédia sur les LIDAR).
Pour quoi faire ?

Ces scans 3D ont de nombreuses utilités, que ce soit pour conserver virtuellement des objets uniques (comme le propose l’initiative « Scan the World » que l’on retrouve sur le site de MyMiniFactory– image d’illustration) où simplement comme prélude à la fabrication numérique en série d’un modèle conçu par des méthodes non-numériques (même si cela tend à se raréfier dans l’industrie – voir l’article de 4Legend sur Bugatti), sans oublier les applications topographiques ou plus ludique (pour de la réalité virtuelle ou pour avoir son « propre » personnage). Une des raisons de trouver un scanner 3D dans un FabLab, c’est la possibilité de reproduire une pièce (généralement plastique) endommagée qui n’est plus produite, en vue de réparer un objet (et pour l’occasion de discuter des notions de « propriété intellectuelle », de « contrefaçon » et « d’obsolescence » avec les élèves), sans pour autant avoir de bonnes connaissances en CAO3D.
Et avec mes élèves ?
Si le fait d’avoir un modèle 3D de sa personne est tendance (voir une vidéo), cela reste une application très « gadget » de la numérisation 3D et assez difficile à réaliser sans un matériel spécifique. Par contre, sans équipement particulier (autre qu’un appareil photo numérique ou un smartphone), il est possible de numériser de nombreux objets, notamment ses propres créations en pâte à modeler ou des objets de notre entourage (statue, peluche, chaise, etc).

Comment faire ?
Prendre les photos
Pour réussir une acquisition en photogrammétrie, il faut réunir différentes conditions sans quoi les logiciels ne parviendrons pas à effectuer la reconstruction. Il n’est pas nécessaire d’avoir un matériel de haute précision et un simple smartphone convient parfaitement. Inutile également de mitrailler l’objet, une quarantaine de photos est généralement largement suffisant (comptez généralement une photo tous les 30° d’angle environ).
Les éléments les plus sensibles sont : une lumière homogène (ciel nuageux par exemple et surtout pas d’ombre), des photos nettes (l’utilisation d’un pied peut donc être nécessaire).
Exécuter le logiciel de photogrammétrie
Il existe de nombreux logiciels de photogrammétrie. Parmi les meilleures, il y a le logiciel libre MeshRoom. Malheureusement ce logiciel (comme la plupart des autres) nécessite une carte graphique nVidia, absente des ordinateurs pédagogiques. Heureusement, il existe une solution, avec des logiciels libres plus anciens comme VisualSFM (installé au SEM Lab) ou MicMac.
Et après ?
Les logiciels de photogrammétrie génèrent habituellement un « nuage de points » (point cloud). Parfois, la reconstruction est incomplète et il faut en mener d’autres. Dans les deux cas, il sera donc nécessaire d’utiliser un autre logiciel pour créer un véritable « objet 3D » (basé sur un maillage de polygones / mesh) comme p. ex. le logiciel libre Meshlab (installé au SEM Lab).
Maintenant que vous détenez votre objet 3D, vous pouvez l’imprimer (sur les imprimantes du SEM Lab), le modifier (avec un logiciel de CAO3D) ou encore l’utiliser dans un film d’animation ou une simulation en réalité virtuelle.

Et si cela ne fonctionne pas ?
Parfois, il n’est pas possible de numériser l’objet par photogrammétrie. C’est le cas par exemple avec les objets transparents ou réfléchissant trop la lumière. Il faut alors recourir à d’autres méthodes. Notre partenaire, le SDG, dispose d’un scanner de bureau à lumière texturée (ce qui ne marchera toujours pas sur les objets transparents…).
De même, scanner une personne (et tout ce qui est mobile) donne de très mauvais résultat en photogrammétrie, à moins de pouvoir prendre toutes les photos au même moment (avec de très nombreux appareils photos – voir un tutoriel). Cela n’empêche pas les makers de détourner les différents appareils « grand public » pour se scanner (vidéo ci-dessous).
Ressources supplémentaires :
Tutoriel vidéo sous MeshRoom : https://www.youtube.com/watch?v=1D0EhSi-vvc
Et son équivalent en français par les Frères Poulain : https://www.youtube.com/watch?v=F7MMPufw7ng
Tutoriel en français pour VisualSFM et Meshlab : http://combiencaporte.blogspot.com/2012/07/la-photogrammetrie-visualsfm-et-meshlab.html