CAHIER DES CHARGES
Numérisation 3D par laser scanner

I.    Principes Généraux
Dans le cadre de notre future collaboration, nous allons définir les éléments de langage communs sur les différents termes utilisés pour décrire la numérisation 3D par laser scanner.


    Scanner tridimensionnel : Un scanner 3D mesure généralement le positionnement d'un échantillonnage de points dans un système de coordonnées - un nuage de points - de la surface d'un sujet pour ensuite en extrapoler la forme à partir de leur répartition : ce procédé est appelé une reconstruction 3D. Si la couleur de chacun des points est analysée, alors celle de la surface peut également être reconstituée.
Des analogies existent entre un appareil photo et un scanner 3D. Les deux ont un champ de vision et ne peuvent voir ce qui est masqué, les deux technologies étant optiques. Si le premier capture les couleurs des surfaces dans son champ l'autre mesure son positionnement relatif par rapport à un échantillon de points des surfaces.
L'image produite est basée sur un série de données composées des coordonnées positionnant chacun des points échantillonnés par rapport au scanner 3D. Si un système de coordonnées sphériques est utilisé et que le scanner en est l'origine, chaque point peut alors être identifié par des coordonnées (r, φ, θ). r représente la distance du scanner au point. φ et θ sont les angles formés entre la ligne allant de l'origine au point analysé à deux plans passant par l'origine, l'un horizontal et l'autre vertical. Ces coordonnées sphériques permettent de situer dans l'espace chacun des points par rapport au scanner, travail préalable et nécessaire à la modélisation numérique de l'image en trois dimensions de l'objet.
Généralement, les données (coordonnées des points) recueillies avec une seule passe ne sont pas suffisantes pour modéliser entièrement un sujet. Le travail doit être effectué de nombreuses fois, voir des centaines de fois, à partir de point de vue différents. Toutes les données recueillies doivent être réinterprétées et situées dans un système de coordonnées unique et regroupées. Le processus, utilisant les différentes mesures avant d'être réinterprétées jusqu'à la modélisation est connu sous le nom d’acquisition 3D.


    Scanning ou Numérisation (S/N):
Le scanning ou la numérisation est l’opération qui permet d’acquérir toutes les données par le scanner tridimensionnel.
    Précision (P):
La précision définit l’espacement en mm entre 2 points du scanning à une distance de 10m. Elle varie entre 15mm à 1.5mm
    Qualité  (Q):
La qualité définit le niveau de bruit du point de scanning, plus il est élevé plus le temps de scanning est allongé, meilleur est le point de scanning résultant. 
    Résolution (R):
La résolution définit la précision du scanning, elle varie entre 1/1 et 1/10, sachant que la résolution 1/1 définit une précision de 1.5mm et que 1/10 définit une précision de 15mm.
    Angle (A):
L’angle définit la rotation horizontale du scanner, il peut varier de 0° à 360°, cet angle est défini sur le site lors du scanning et suivant la finalité du scanning.
    Couleur (C) :
La couleur définit si le scanning sera réalisé en couleur ou noir et blanc, si un scanning est réalisé en noir et blanc, il ne pourra plus être colorisé par la suite. Il faudra soit faire des photos ou refaire un scanning en couleur.
    Station (ST) : 
La station correspond à une prise de vue par le scanner.
    Acquisition  (ACQ) :
L’acquisition est l’action de numérisation de l’objet et/ou site avec son environnement proche, lors de l’acquisition tous les paramètres tel que Résolution, Qualité, Angle, Couleur sont renseignés, ainsi que le nombre de station.  
    Assemblage :
L’assemblage est l’action dite « Post-traitement » permettant de regrouper en un seul fichier tous les scannings réalisés par les stations lors de la phase dite « d’Acquisition », le fichier ainsi assemblé est appelé « Nuage de points », cette opération est réalisée avec des logiciels dédiés tel que « SCENE », « POINTCAB » ou « 3DRESHAPER » que possède EVIDENCES 3D.
Une fois l’assemblage terminé, il est possible d’exporter le fichier de nuage de points sous différents formats, ce qu’on appel un « Livrable »
    Livrable :
Le livrable est un fichier extrait du post-traitement, il peut être sous forme d’une image dit « Ortho-photos » (TIFF), d’une capture d’image (Jpeg, Png) ou encore sous forme vectoriel (DXF, DWG).
    WebShare et WebShareCloud :
Ces termes regroupent 2 façons de consulter le scanning qui a été réalisé via un navigateur internet dans un mode de visite à 360° avec prise de dimensions, d’informations, de photos et de réaliser aussi des échanges d’informations en collaborations avec les personnes autorisés.
L’application WEBSHARE fonctionne uniquement sur PC en mode 32 ou 64 bits, c’est une application auto-exécutable fourni sur une clé USB.
L’application WEBSHARECLOUD est utilisable via notre plateforme internet par un abonnement (hebdomadaire, mensuel, trimestriel ou annuel), c’est une solution sécurisée dans le « CLOUD » pour le stockage et le partage de données numérisées sur internet. Les données numériques, comme la documentation 3D, doivent être disponibles pour plusieurs partenaires du projet. Cette solution permet une visite virtuelle, de prendre des dimensions, des prises de vues, des annotations, ajouter du contenu (images, documents texte, vidéo, etc…) en hyperlien. Accessible 24h/24 et 7jrs/7 sur tous les supports fixes ou mobiles (ordinateur, tablette, smartphone).

II.    NIVEAU DE DETAILS
Le client doit définir la finalité de l’utilisation du scanning, cette finalité nous permettra de choisir le niveau de détails lors de l’acquisition de l’objet et/ou de son environnement proche.
Evidences 3D à définit 4 niveaux de détails principaux, ils pourront être adapté le cas échéant si le client ne les trouve par pertinent pour son utilisation du nuage de points.
Ces niveaux de détails sont classifiés ND1 à ND4 représentant une précision basic pour le niveau ND1 dont la finalité devant servir à des plans et coupes 2D sans plus d’information de couleur, forme et volume et le niveau ND4 dont la finalité devant servir aux détails architecturaux devant être reproduit ou sauvegarder à des fins d’expertises, contrôles ou éducatif, à l’archéologie demandant une précision extrême et un rendu des couleur et textures.

 

Niveaux de détails :    

    ND-1
    D (distance)    10m
    R (résolution)    1/10
    Q (Qualité)    x4
    P (Précision)    15 mm
    C (Couleur)    Oui
    A (Angle)    22°5    45°    90°    180°    360°
    T (Temps)    1’22    1’42    2’25    3’51    5’27

 

    ND-2   
    D (distance)    10m
    R (résolution)    1/4
    Q (Qualité)    x4
    P (Précision)    6 mm
    C (Couleur)    Oui
    A (Angle)    22°5    45°    90°    180°    360°
    T(Temps)    2’32    2’50    5’00    7’51    10’00

   

    ND-3
    D (distance)    10m
    R (résolution)    1/2
    Q (Qualité)    x4
    P (Précision)    3 mm
    C (Couleur)    Oui
    A (Angle)    22°5    45°    90°    180°    360°
    T (Temps)    4’48    8’35    16’10    31’20    32’57

   

    ND-4
    D (distance)    10m
    R (résolution)    1/1
    Q (Qualité)    x4
    P (Précision)    1.5 mm
    C (Couleur)    Oui
    A (Angle)    22°5    45°    90°    180°    360°
    T (Temps)    15’32    30’03    59’07    1h57    1h58

III.    LES STATIONS DE SCANNING
Evidences 3D numérise un ouvrage ou un site, en utilisant un laser scanner terrestre.
Le laser scanner terrestre numérise tout ce qu’il voit, lorsqu’il y a des masques, obstacles ou tout écran ne permettant pas de numériser dans sa globalité, il est nécessaire de réaliser plusieurs stations de scanning.
Le laser scanner terrestre utilisé permet théoriquement de numériser en une station avec un rayon de 130m et sans obstacles une surface de 53 093 m². Suivant le niveau de détails définit nous obtenons un espacement des points à 130m et un temps de pose en rapport équivalent à :

ND1 : P = 195 mm avec un temps de pose de 5’27
ND2 : P = 78 mm avec un temps de pose de 10’00
ND3 : P = 39 mm avec un temps de pose de 32’57
ND4 : P = 19.5 mm avec un temps de pose de 1h58


Le nombre de station de scanning est déterminé suivant les critères de visibilité, de précision et de finalité.
a.     DEFINITION DU NOMBRE DE STATION DE SCANNING
i.    En Intérieur
Dans le cas d’un scanning en intérieur, le nombre de station de scanning sera définit suivant la complexité de la pièce et la finalité du scanning.
Dans l’exemple suivant nous partons sur une hypothèse d’un niveau de détails ND1
Espace de 100 m² sans cloison
1 seule position est suffisante 

 

Bâtiment de 100 m² avec 4 pièces dont une avec cloison.
1 station par pièces sans cloison pour les pièces 1 à 3
Station supplémentaire afin de permettre d’avoir la pièce en totalité, ici 1 station supplémentaire pour la pièce 4
ii.    En extérieur
Pour réaliser un scanning de façade, le nombre de station est définit de la sorte quel que soit le niveau de détails choisis.
1 station dans chaque angle si la longueur de la façade inférieure ou égale à 10m
Une station intermédiaire si la longueur de la façade est supérieure à 10m et inférieure à 15m, au-delà compter une station intermédiaire tous les 10m. Des stations supplémentaires seront obligatoires si l’ouvrage à scanner présente des formes concaves ou convexes.
Lorsque l’ouvrage à scanner à une hauteur supérieur à 15m, il faudra prévoir des stations intermédiaires en hauteur tous les 10m avec un trépied, nacelle ou tout autre moyen pouvant être mis à disposition par le client. 
NOTA : en générale dès qu’il y a un obstacle (paroi, poteau, poutre, corniche, etc…), ne permettant pas de scanner en totalité l’ouvrage ou site et si la finalité du scanning l’exige, il faut multiplier les stations de scanning.