La reproduction d’objets est une discipline très en vogue chez les concepteurs 3D. Ces dernières années, cette thématique fait de plus en plus les devants de la scène, notamment pour la reproduction de pièces de rechange en plastique qui ne sont plus fournies par les constructeurs d’électroménager, de meubles, d’outils, etc… D’autres pièces sont même reproduites dans le but d’être améliorées. Je pense particulièrement au monde de la production vidéo où la demande en adaptateurs pour perches, micros et caméras sur-mesure reste constamment à satisfaire. Pour reproduire des objets du quotidien, plusieurs méthodes peuvent être utilisées et certaines sont complémentaires. Voyons ensemble 5 façons différentes pour reproduire une pièce en 3D.

Le report de mesures

Il s’agit là de la méthode la plus terre-à-terre, la plus simple à mettre en oeuvre. L’objectif ici est de reporter l’ensemble des côtes de l’objet à reproduire pendant la conception 3D. Cette technique peut être appliquée depuis un projet vierge dans le but de recréer entièrement un objet. Mais cette technique est également complémentaire aux techniques de scan et de photoreprographie, notamment pour la mise à l’échelle et la correction des dimensions de l’objet en question.

Pour de petits objets, l’outil de prédilection restera à jamais le pied à coulisse. Aujourd’hui, les pieds à coulisse numériques garantissent une précision pouvant aller jusqu’à ±0,02 mm. C’est l’idéal pour obtenir des mesures de longueurs, de diamètres et de profondeurs. Ainsi, en créant des formes et en les ajustant aux dimensions de la pièce à reproduire, vous arriverez petit à petit à reproduire l’objet souhaité. Attention tout de même à ce que l’objet en question ne soit pas trop complexe à reproduire. Si ce dernier possède de nombreux détails (comme une figurine par exemple), seules les mesures principales d’envergures (longueur, largeur et hauteur) sont à prendre en compte.

Reproduire une pièce en 3D à l’aide de photographies

Il s’agit de la méthode la plus accessible et la plus simple à mettre en oeuvre pour reproduire une pièce en 3D. Dans un premier temps, il convient de prendre la pièce à reproduire en photo afin de pouvoir importer directement les photos dans son logiciel de conception 3D. Il suffit ensuite de réaliser une mise à l’échelle de la photo afin de faire correspondre les dimensions de l’objet sur la photo avec les dimensions de l’environnement de conception. Il ne reste plus qu’à « redessiner » la pièce en « décalquant » simplement la photo grâce aux outils de conception 3D.

Attention tout de même, ce procédé n’est pas exempt de pièges à éviter. Tout d’abord, il faudra prendre en compte des déformations de la focale de l’appareil photo qui peuvent facilement induire en erreur sur les proportions de la pièce à reproduire. Ensuite, gare aux ombres lors de la prise en photo ! Ces dernières peuvent fortement induire en erreur lors du « décalquage » de la pièce sur le logiciel de conception. Et pour terminer, il faudra porter une attention particulière aux différents angles que possède la pièce. Plus l’objet sera complexe et possèdera de faces, plus il faudra prendre des photos afin d’atteindre la reproduction parfaite. Afin de gagner du temps lors de la conception tout en restant précis, il est intéressant de coupler cette technique de reproduction avec la technique de report de mesure au pied à coulisse (voir chapitre précédent). Ce sont les 2 techniques que j’utilise le plus lors de la reproduction d’objets en 3D sur mon logiciel de prédilection : Autodesk Fusion 360.

La photogrammétrie pour reproduire une pièce en 3D

La photogrammétrie, c’est l’art de créer un modèle 3D à partir d’une multitude de photos, afin qu’un algorithme puisse traiter toutes les informations de l’objet pour le transformer en maillage 3D. Pour se faire, les photos doivent couvrir la pièce et la photographier sous tous les angles.

Heureusement pour nous, certaines sociétés se sont investies sur le sujet et nous proposent des applications qui nous permettent de tirer profit de la puissance de nos smartphones afin de scanner nos pièces en 3D. Les applications les plus performantes en la matière utiliseront un repère 2D à imprimer. Ce repère permet au scanner de corriger l’effet de perspective, de dimensionner correctement le modèle et d’obtenir les informations de profondeur.

Parmi ces applications, on retrouve Qlone qui ne cesse de s’améliorer au fil des versions. Il est possible de tester le scan 3D par photogrammétrie gratuitement à l’aide de cette application. Bien qu’ayant des débuts difficiles, il y a quelques années, Qlone a su s’améliorer et reste toujours disponible sur IOS et Android. Qlone permet de scanner de petits et moyens objets avec une finition plutôt bonne, si la scène est correctement éclairée. Bien entendu, comme très souvent sur ce genre de solution, l’export du maillage en fichier .OBJ ou .STL n’est possible qu’en version payante. Cette application peut être une bonne base pour vous aider à reproduire une pièce en 3D grâce à une imprimante 3D.

Mise à jour février 2021 :

• Qlone est désormais traduit en français.
• Ajout : Qlone n’est compatible qu’à partir d’Android v7

Les scanners 3D pour modéliser un objet en 3D

Le domaine des scanners 3D est en pleine expansion technologique. Entre les scanners lasers, à ultrasons, infrarouges ou à lumière pulsée, on peut dire que les technologies sont nombreuses. Et certains scanners embarquent même un module photo pour coupler leur technologie à de la photogrammétrie. Cela permet au logiciel de récupérer les informations de couleurs et de texture des surfaces numérisées.

Bon, on ne va pas se mentir… Un bon scanner 3D coûte cher. Bien que les prix soient revus à la baisse un peu plus chaque année, comptez tout de même entre 700 et 2500€ pour obtenir un scanner de qualité pour de petits objets. Dans cette gamme de prix, on retrouvera le décrié MFS1V2 de Matter & Form ou le EinScan-SP de Shining 3D.

Côté professionnel, on s’orientera plutôt vers la société Artec, leader dans le marché des scanners 3D avec son fleuron : le Artec Eva. Comptez plus de 13 000 € pour ce scanner portable rapide, polyvalent et précis. Depuis peu, Artec propose également le Eva Lite à moitié prix qui pourra évoluer en Eva plus tard, en y mettant la différence de prix. De plus, des licences pour leur puissant logiciel Artec Studio sont incluses à l’achat. Il n’y a pas mieux sur le marché des scanners 3D à destination des professionnels.

La création de modèles 3D à grande échelle

Reproduire une pièce en 3D grâce aux scans 3D de pièces ou de petits objets en 3D, c’est bien. Mais qu’en est-il des scans 3D à grande échelle ? Les scans à taille humaine ou le scan de lieux architecturaux… Ou même la miniaturisation de paysages via les données satellites. Voyons ça tout de suite !

Photogrammétrie à taille humaine

L’avantage de la photogrammétrie, c’est qu’elle n’est pas limitée par la taille des objets, des lieux ou des personnes que l’on souhaite scanner. Plus l’objet scanné sera grand, plus le projet demandera un nombre important de photos, et donc une procédure de calculs des vecteurs plus longue pour la création du modèle 3D. Pour les fans de la marque à la pomme, Apple, la société Occipital a développé le Structure Sensor adapté à l’iPad. Ce capteur vient se greffer sur l’iPad et agit comme un capteur photo et laser. Ainsi, le Structure Sensor est capable de numériser des biens immobiliers aussi bien que des personnes. Tout dépendra de l’application que vous utiliserez. Le Structure Sensor sur iPad est compatible avec itSeez3D, Canvas et 3DSizeME. Depuis peu on le retrouve dans sa seconde version, encore plus précise, le Structure Sensor Mark II.

Ces 3 applications ont chacun leur spécialité. itSeez3D est l’application de référence pour le scan d’objets et de personnes, ce qui en fait l’application la plus polyvalente. Canvas est l’appli experte en numérisation d’architecture, d’espaces immobiliers et permet de créer des plans 2D et 3D depuis la numérisation d’un appartement ou d’une maison. Enfin 3DSizeME est spécialisé dans la numérisation du corps humain. Elle s’adresse aux professionnels de la prothésie et du domaine médical.

Pour s’offrir le Structure Sensor, comptez entre 600 et 700€. Vous le trouverez sur les plateformes tel que Amazon.uk ou depuis les plateformes de livraison US.

Dans le même style, on retrouve également la gamme Intel RealSense, moins onéreuse et compatible avec plus de plateformes (PC, MacOS, Linux…). Comptez un peu moins de 200€ pour l’Intel RealSense D415 et 400€ pour le haut-de-gamme Intel RealSense L515 qui a le mérite de proposer de la capture de plus haute résolution. Après, la qualité dépendra surtout du traitement des données dans le logiciel de numérisation que vous utiliserez.

Photogrammétrie par drone

Que ce soit pour de la topographie, de la cubature, de l’architecture, dans un but patrimonial ou archéologique… les domaines d’application de la photogrammétrie sont nombreux et les drones professionnels sont les mieux placés pour répondre aux exigences de ces activités.

Ce domaine s’est énormément développé chez les géomètres et les archéologues ces dernières années. De plus en plus de drones professionnels sont accompagnés d’une suite logicielle permettant de réaliser un mapping 3D de l’environnement scanné. Ce mapping peut ensuite être exporté dans le but d’être analysé, miniaturisé et parfois maquetté. C’est dans ce cadre où l’impression 3D joue un véritable rôle de représentation des données en vue d’une représentation publique.

Je peux vous citer en exemple, une représentation complète de la cité de Pompéï entièrement numérisée à l’aide de la photogrammétrie par drone. Ce projet a été mené en collaboration entre Iconem, société spécialisée en imagerie 3D et Microsoft qui a fourni les algorithmes et les serveurs nécessaires pour recréer toute la cité en 3D à partir de plus de 30.000 photographies.

Je vous invite à suivre le travail de la société Iconem sur leur chaîne YouTube, où l’on peut voir d’incroyables reconstitutions 3D du Mont-Saint-Michel, des pyramides d’Égypte, et de plein d’autres lieux iconiques !

Si vous êtes intéressé par les drones adaptés à la photogrammétrie, rendez-vous dans les magasins spécialisés drones et appareils photo comme studioSPORT.

Utilisation des données satellites

Vous ne souhaitez pas investir dans un drone pour miniaturiser vos massifs favoris ? Pas de panique ! Une solution très simple est à disposition de tous ! Il s’agit de Google Earth pour le terrain. En effet, Earth contient les données altimétriques de la quasi-totalité de la planète. Vous pouvez donc vous amusez à exporter ses données directement en maillage 3D .STL ou .OBJ ! Ainsi vous pourrez même imprimer votre massif préféré en 3D !

Alors, comment faire ? Cela tombe bien, un outil en ligne permet de faire ça. J’ai nommé Terrain2STL.

Rendez-vous sur Terrain2STL. Positionnez la carte sur l’endroit que vous souhaitez capturer. Cliquez sur « Center to view » dans « Location » pour positionner la zone de capture. Dans l’onglet « Model Details« , ajustez la taille de la boîte. L’option « Vertical Scaling » définit les proportions verticales. Pour des proportions originales, laissez ce paramètre à 1. Pour accentuer le dénivelé de votre massif, vous pouvez augmenter cette valeur. Ensuite dans « Water and Base Settings » vous pouvez définir l’offset d’altitude depuis le niveau de la mer (Z=0). Il y a un offset pour l’eau « Water Drop » qui permet de faire ressortir les courants d’eau (fonctionne principalement avec les fleuves) et « Base Height » qui permet de « monter » le terrain de quelques millimètres par rapport au niveau de la mer.

Ensuite, cliquez sur « Generate Model« , puis « Download » ! Vous pouvez ensuite importer le fichier .STL dans n’importe quel slicer pour l’imprimer en 3D !

Cet outil est vraiment intéressant pour les massifs et pour faire ressortir les grands dénivelés. Pour ce qui est les modèles 3D de villes, rendez-vous sur ce site.

Conclusion

Si vous souhaitez commencer à recréer des pièces en 3D sans trop d’investissement, un appareil photo et un pied à coulisse seront vos plus proches alliés. C’est l’idéal pour commencer et très souvent, c’est largement suffisant. Et pour ce qui est de la topographie, des outils gratuits comme Terrain2STL ou Maps2STL permettent de générer des modèles 3D à partir des données topographiques de Google Earth.

Si vous souhaitez vous professionnaliser dans le milieu de la conception et de l’impression 3D et que votre secteur requiert des technologies de scans 3D fiables, je ne peux que vous recommander de vous tourner vers les solutions proposées par la société Artec, leader sur le marché des scanners 3D portables et des scanners de qualité métrologiques à destination de la joaillerie et de la micro-mécanique.

Si tu souhaites apprendre rapidement à recréer des objets en 3D sur Autodesk Fusion 360, nous proposons actuellement la formation en ligne « Créer ses propres objets en 3D de A à Z » où un module complet est destiné à reproduire, modéliser et améliorer des pièces en 3D.

Benoît Jellimann.