Scanner

Un scanner tridimensionnel est un appareil de numérisation et d’acquisition 3D.

Un scanner tridimensionnel est un appareil qui analyse les objets ou leur environnement proche pour recueillir des informations précises sur la forme et éventuellement sur l’apparence (couleur, texture…) de ceux-ci. Les données ainsi collectées peuvent alors être utilisées pour construire des images de synthèse en trois dimensions (objets numériques) à des fins diverses. Ces appareils sont beaucoup utilisés par les industries du divertissement pour des films ou des jeux vidéo. Des images numériques en 3D d’objets scannés servent également à la conception industrielle, à la conception d’orthèses et de prothèses, à la rétro-ingénierie, pour le contrôle qualité (référentiel numérique) ou pour la documentation d’objets culturels.

Diverses technologies peuvent être utilisées dans la numérisation d’objet en image 3D ; chacune a ses limites, avantages et coûts. Certains types d’objets restent toutefois encore difficile à numériser : par exemple les appareils utilisant des technologies optiques rencontrent beaucoup de difficultés avec des objets brillants, miroitants ou transparents.

Il existe cependant des méthodes permettant de scanner les objets brillants, par exemple en les recouvrant d’une fine couche de poudre blanche qui permettra à plus de photons de se réfléchir et de parvenir à l’optique du scanner. Les scanners laser peuvent envoyer des trillions de photons vers un objet et en retour recevoir un petit pourcentage de ces photons par les optiques qu’il utilise. La réflectivité d’un objet dans le visible est basée sur la couleur de l’objet, c’est l’albédo. Une surface blanche reflétera beaucoup de lumière en retour et une surface noire en réfléchira seulement une petite quantité. Les objets transparents comme le verre vont seulement réfracter de la lumière et donner de fausses informations sur les trois dimensions.

Principe

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 une 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 points 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 de (en) 3D scanning pipeline.