Le pôle Numérisation de données regroupe les compétences d'acquisition de données à partir du monde réel. En particulier, nous regroupons du matériel et des expertises autour de la numérisation géométrique d'objets, de mouvements et gestuelles, et de mesures physique.

Ce pôle se situe dans la continuité de la précédente plateforme ExRealis portée par l'équipe IGG depuis 2005. Pour illustrer cette continuité, cette page illustre également plusieurs réalisations menées dans le cadre de la plateforme ExRealis.

Numérisation Géométrique 3D

Mots clés : Numérisation, Scanners, Environnement, Nuages de points, Textures, Débruitage, Reconstruction de surfaces

Généralités

La numérisation géométrique inclut l'acquisition au format numérique d'objets, bâtiments ou environnements du monde réel. De nos jours on retrouve ces acquisitions dans de nombreuses applications qui dépassent largement le cadre de l'autonomie et de la vision robotique des environnements.

Dans de nombreux secteurs industriels, on constate un besoin croissant d'outils pour la production de contenu numérique, que ce soit pour des applications vidéoludiques, cinématographiques, de simulation ou de prototypage rapide. De nombreux scanners 3D sont actuellement disponibles dans le commerce, dont la précision garantit désormais des captures fidèles. Cette disponibilité aboutit en partie à transformer la tâche de production de contenu numérique 3D, jusque là exclusivement dévolue aux infographistes, en un acte technique de prise de données souvent moins onéreux.

En parallèle, les scanners 3D et leur grande précision trouvent des applications toujours plus nombreuses dans des domaines où le réel doit être mesuré de manière automatique, objective, et non-invasive. On retrouve le rétro-engineering parmi ces applications tout autant que le contrôle qualité, mais aussi des domaines culturels pour la création de musées virtuels et la conservation du patrimoine ou encore la surveillance automatique de parcelles forestières ou agricoles.

Matériel

Plusieurs technologies permettent d'acquérir une représentation numérique 3D d'objets du monde réel, généralement sous la forme de nuage de points. Le Pôle Numérisation de la plateforme GAIA intègre des expertises autour de la photogrammétrie, des scanners à lumière structurées et des LiDARs. Pour exercer notre expertise, nous avons du matériel de pointe à notre disposition :

Photogrammétrie : la photogrammétrie utilise la parallaxe pour retrouver l'information 3D à partir d'un ensemble d'images prises sous différents points de vue
- le pôle comporte deux appareils numériques Canon5D ainsi qu'un ensemble d'objectifs dédiés à la capture par photogrammétrie
LiDAR : La technologie LiDAR se base sur des capteurs actifs qui analysent le signal de retour d'un faisceau laser émis par le scanner
- le pôle est propriétaire d'un LiDAR Leica ScanStation2
Scanner à lumière structurée : les scanners à lumières structurée analysent la déformation d'un pattern lumineux fixe sur les objets scannés pour retrouver l'information géométrique
- la plateforme comporte un scanner à lumière structurée
- la plateforme se dote actuellement du scanner portable à lumière structurée EinScan Pro

Ces matériels correspondent à différentes technologies et visent le plus souvent des utilisations différentes et/ou complémentaires.

photogrammétrie
LiDAR

Logiciels

Les expertises ont été regroupées au sein du logiciel ExRealis, précédemment développé par Frédéric Larue. Ce logiciel inclut une série de pré-traitement des données numérisées (segmentation manuelle, recalage automatisé, débruitage, etc), des outils puissants de reconstruction de surface, de réparation et de simplification de maillages, de texturage intelligent et d'éclairage réaliste.

Projets en cours

UrTrees

Avec le projet UrTrees, le pôle numérisation de la plateforme est impliqué dans un projet de science citoyenne dont le but est de proposer une application "grand public" pour collecter des données sur les arbres urbains à grande échelle. En particulier, notre expertise est grandement mise à contribution afin (1) de reconstruire en 3D des arbres urbains filmés par des citoyens, et (2) de mesurer automatiquement le volume de leur houppier.

Frame extraite d'une vidéo
Reconstruction par photogrammétrie

Simulations LiDARs

La plateforme est également le lieu de développement d'un simulateur LiDAR physiquement réaliste (en lien avec le projet SimPFI porté par Eric Casella et Franck Hetroy-Wheeler). Cet outil a pour but d'être utilisé pour simuler des nuages de points au plus proche des acquisitions par scanners réels afin (1) de permettre des évaluations croisées d'algorithmes de traitements de nuages de points, et (2) de compléter les banques de données utilisées par les algorithmes d'apprentissage supervisés.

Projets de l'ancienne plateforme ExRealis

Dans le cadre d'ExRealis, Frédéric Larue avait développé une grande expertise qui s'est traduite par de nombreuses collaborations.

Musée Vaudou de Strasbourg

La société Virtual Journey a lancé un projet proposant aux visiteurs du Musée Vodou de Strasbourg de vivre au travers d’un casque virtuel les rites singuliers associés à cette religion secrète et méconnue en Europe. L’expérience permet ainsi de s’immerger au cœur de cérémonies tournées en vidéo 3D 360° au Bénin, de même que de redonner vie à certains des objets du musée pour en expliquer la fonction par le biais de copies 3D issues de la numérisation de ces pièces. C’est dans ce but que l'équipe IGG du laboratoire ICube a été contactée pour collaborer à ce projet. Nous avons donc réalisé sur place une campagne de mesure photogrammétrique de deux jours et demi afin de numériser une quinzaine d’objets en lien avec les rituels présentés. Après traitement en laboratoire, notamment à l’aide du logiciel ExRealis développé par IGG pour le traitement de données numérisées, les copies 3D ont été fournies à Virtual Journey pour intégration dans l’application de réalité virtuelle. Officiellement déployé en octobre 2019, ce projet a reçu un accueil très enthousiaste de la part du public et de la presse, qui nous a offert une excellente couverture médiatique.

Campagne de numérisation au musée Vodou de Strasbourg
Objets numérisés

Fondation de l’œuvre Notre-Dame

Dans le cadre du projet Eveil3D et en partenariat avec le CRIIT Holo3 et la Fondation de l'Œuvre Notre Dame, l'équipe IGG a effectué en octobre 2013 la numérisation de deux statues de la cathédrale de Strasbourg. L'objectif était de mettre ces statues en situation dans un scénario d'apprentissage en environnement immersif. Hautes d'environ 50 cm, elles ont été numérisées à l'aide du scanner courte portée à lumière structurée. Une campagne photographique a de surcroit permis d'en acquérir l'apparence afin de produire des textures couleur pour ces modèles.

Numérisation de la statue ours
Numérisation de la statue taureau

Maison Inter-universitaire des Sciences de l'Homme (MISHA)

La MISHA dispose d'une grande collection d'objets ethnographiques, et a lancé il y a quelques années un projet de monde virtuel basé sur le moteur OpenSIM pour permettre de les étudier ou de les mettre en situation. Cela nécessite bien évidemment d'avoir un modèle numérique des pièces en question, et donc de les avoir préalablement numérisées. Elle a donc fait appel à nos compétences à l'automne 2013 pour produire les copies numériques d'une dizaine d'objets ethnographiques d'origine africaine, de la tribu Dogon. Ceux-ci ont été numérisés à l'aide du scanner courte portée à lumière structurée pour la géométrie, et grâce à une campagne photographique pour la couleur.