Imagina 09 : les dernières technologies 3D en vidéo

Bienvenue à Imagina 2009

Début février, la cité monégasque a une nouvelle fois accueilli le salon Imagina, bien connu de tous les amateurs d'image 3D. Portant le qualificatif de « The 3D Community Event », Imagina est le rendez-vous européen majeur pour les solutions d'aide à la conception et d'aide à la décision utilisant la visualisation et la simulation. Ce salon à taille humaine accueillait cette année des professionnels issus des secteurs de l'industrie, de l'architecture et de l'urbanisme, de l'aménagement et du territoire, et enfin des médias et divertissements.

Comme l'an passé (voir notre dossier La 3D dans tous ses états : retour vidéo sur Imagina), notre équipe s'est rendue sur le salon pour découvrir les dernières évolutions du secteur. Nos déambulations nous ont permis de voir les progrès accomplis en terme d'impression 3D, de survoler la Croisette et le vieux port de Cannes, de découvrir de nouvelles interfaces pour évoluer dans des univers en 3D, de découvrir les techniques de numérisation de petits objets ou à l'inverse de grands espaces, d'entrapercevoir la façon dont nos téléphones portables passeront le cap de la 3D ou encore d'assister à la renaissance d'une bibliothèque... Autant d'expérience que nous souhaitons partager avec vous au travers de ce dossier.

Bibus : une imprimante 3D encore plus précise

L'an passé, lors de l'édition 2008 d'Imagina, nous avions pu expérimenter une étonnante imprimante 3D, capable de reproduire de petits objets via une technologie d'impression par ajout de matière (ici de la poudre de plâtre). Déjà particulièrement précieuses pour les professionnels amenés à concevoir des prototypes, ces imprimantes 3D à poudre cèdent progressivement la place à une nouvelle génération de machines encore plus précises.

Quels sont les bénéfices apportés par ces nouvelles imprimantes qui font appel à une résine acrylate ?




La résine acrylate présente enfin l'avantage de bien accrocher les peintures de finition.



L'imprimante procède par des balayages gauche / droite destinés à déposer la matière. Elle est équipée de deux têtes d'impression qui travaillent simultanément : l'une dépose la résine acrylate photosensible en couches de 28 microns, l'autre le gel qui sert de support dans la construction. Le mouvement de retour des têtes d'impression permet pour sa part de polymériser la couche qui vient d'être déposée à hauteur de 70%. La polymérisation, c'est-à-dire la transformation d'un liquide en solide, est obtenue au moyen d'UV. On s'assure ainsi de bonne la adhérence avec la couche suivante et on se donne dans le même temps la garantie d'un objet solide dont les strates sont bien imbriquées les unes dans les autres.



La seule étape dont la nouvelle technologie ne peut encore s'affranchir est celle du nettoyage des résidus du gel employé pour aider à la construction de la pièce. Chaque machine est à cet effet livrée avec une station de nettoyage (« Water jet ») équipée d'une sorte de « Karcher ». Pour une petite pièce telle que le lézard montré plus bas, il faut compter environ deux minutes de nettoyage manuel. Un mot pour finir sur le coût de la matière qui peut représenter un frein. La résine se négocie à 250 euros du kilo et le gel à 110 €/kg, ce qui amène notre tête de dinosaure à environ 300 euros.



Quelles seront les prochaines évolutions de ces technologies ? La nouveauté pourrait une nouvelle fois venir des matériaux, dont la gamme est appelée à évoluer. Après les résines rigides, souples, clipables ou encore bio-compatibles (utilisé pour les prothèses auditives par exemple), l'innovation pourrait venir d'un matériau fusible qui ouvrirait de nouvelles voies aux professionnels de la joaillerie ou du dentaire par exemple. Une technologie à suivre...



Nous vous invitons pour finir à redécouvrir la vidéo présentant la technologie d'impression à base de poudre et ses possibilités.

Immersion : un cube multipoints pour les espaces 3D

Clavier, souris, manette... les interfaces conçues pour nous permettre de piloter une application ou de nous déplacer dans un jeu montrent parfois leurs limites lorsqu'il s'agit d'explorer des univers complexes en 3 dimensions. D'où des solutions telles que la souris 3D de 3Dconnexion ou encore le « CubTile » de la société Immersion à qui nous devons déjà une table interactive et un dispositif de tracking de l'œil.

En quoi consiste précisément ce cube lumineux et monté sur un pupitre que nous pouvions voir cette année sur le salon ? Équipé de cinq faces, le CubTile tire partie de technologies similaires à celles de la table tactile déjà évoquée. L'illumination se fait enfin au moyen d'un système infrarouge. A l'intérieur du cube, une caméra analyse les ombres et récupère les informations relatives à la position des doigts. Tout multipoints et multifaces qu'est le CubTile, son utilisation est toutefois moins « spectaculaire » que celle de la table tactile qui bénéficie pour sa part d'une interface électrique.



Les faces ont plusieurs affectations. Celle du dessus, la plus polyvalente, permet de réaliser tour à tour des zooms, déplacements, rotations autour d'un axe, translations, etc. Quant aux faces latérales, elles facilitent l'inclinaison haut / bas. Au final, cette interface inédite permet d'utiliser des degrés de liberté dont on ne disposerait pas avec un ensemble clavier / souris classique.



Une version commercialisable est d'ores et déjà prévue pour septembre 2009. Le cube sera fourni avec une solution logicielle qui en fera un produit ouvert, à même d'être exploité par un vaste panel d'applications : plus uniquement la visualisation d'un univers en trois dimensions de type Google Earth, mais aussi la manipulation de prototypes et pourquoi pas l'apprentissage du pilotage d'un hélicoptère, etc.

Immersion : une table tactile pour la vidéo-surveillance

Nos différentes incursions dans l'univers de la 3D ont à chaque fois été pour nous l'occasion de découvrir ou redécouvrir des tables tactiles dont le modèle emblématique reste dans l'esprit de beaucoup la table Surface de Microsoft.

Après l'avoir découverte lors de l'édition 2008 d'Imagina et retrouvée sur le salon Laval Virtual 2008, nous revoici en présence de la « Immersion Table », une table tactile lumineuse conçue comme un outil de visualisation et de travail multi-utilisateurs.



Alors que la première version restait cantonnée à la visualisation et à la manipulation d'images, la dernière en date introduit plusieurs nouveautés intéressantes parmi lesquelles la lecture de vidéos, l'augmentation du nombre de doigts reconnus (jusqu'à 80), la reconnaissance d'un plus grand nombre de formes et la gestion de la transparence. Les mouvements (déplacements, étirements...) se font à présent sans le moindre effort. Les vidéos sont ainsi lues via un player que l'on étire à sa convenance de la même façon que les images fixes. L'un des flux vidéo visibles lors du salon provenait tout simplement d'une caméra postée sur le stand, l'idée étant de mettre en évidence le potentiel de la table en terme de vidéo-surveillance.



Si elle est à première vue moins spectaculaire que son homologue signée Intuilab qui n'hésite pas à exploiter des dispositifs dignes de Flickr, c'est parce que la table d'Immersion est avant tout un projet de développement matériel. Les tables produites par Immersion vont principalement dans le domaine de la recherche où elles servent notamment de support pour la création d'applications. Pour autant, l'entreprise envisage de recruter quelqu'un uniquement destiné à faire de l'applicatif. A suivre ?

En guise de complément d'information, nous vous invitons à revoir cette première vidéo de la table Immersion, vidéo qui met en évidence les progrès accomplis par la nouvelle version en matière de sensibilité au toucher.

Michelin : un simulateur d'adhérence des pneus

« Essai du simulateur réservé aux personnes en possession du permis de conduire ». Sur ce stand co-animé par Oktal et Michelin et qui met en scène une Mini Cooper flambant neuve, le ton est volontairement à la responsabilisation. Très éloigné de l'univers d'un Need for Speed ou d'un Mario Kart, et malgré son caractère à première vue ludique, le stand accueille un démonstrateur conçu pour sensibiliser les conducteurs aux risques de la conduite. Au programme plus particulièrement : la sensibilisation aux risques liés à l'usure des pneus et aux conditions d'adhérence dégradées.



Alors que l'an passé la Twingo de Renault cherchait à tester le facteur humain dans différentes situations de la route (analyse de la position du volant, de la physiologie du conducteur, de son rythme cardiaque...), le simulateur souhaité cette année par Michelin a plus une vocation de communication. Il se pilote ainsi via une interface volontairement basique embarquée sur un UMPC.

La simulation de conduite est rendue possible par un ensemble de dispositifs proposés par différents partenaires et orchestrés par la société Oktal qui développe la solution logicielle et propose aux constructeurs et équipementiers (Renault, PSA, Nissan, Audi...) des solutions de simulation clé en main. Dans le cas de notre petite Mini Cooper, on a retiré tous les organes moteurs pour les remplacer par des logiciels. Les amortisseurs sont pour leur part remplacés par un vérin qui reproduit l'accélération du véhicule. Le simulateur est placé sur une plate-forme mobile orientable qui permet de simuler les mouvements de la voiture. Ces mouvements de caisse permettent de réduire ce que les experts appellent « le mal du simulateur » : l'ajout de ce mouvement aide le cerveau à prendre ses repères, ce qui est bénéfique aux personnes particulièrement sensibles.



Continuons le tour du propriétaire avec un pédalier et un volant équipés d'un système avec retour d'effort et un rétroviseur équipé d'un petit écran LCD qui favorise l'immersion du conducteur au cas où il serait tenté de jeter un regard à l'extérieur. Quant à ceux qui souhaitent expérimenter ce type de conduite à risque en toute sécurité, c'est par ici...

Noomeo : la 3D à portée de main

Alors que la plupart des stands mettent en scène des scanners tout à la fois coûteux et forts encombrants (on pense notamment au scanner Leica visible chez Tplm 3D), celui de Noomeo se contente d'un dispositif tenant dans la main, qui produit des photos et que l'on relie simplement en USB à un UMPC. Ce scanner à main a pour vocation de faciliter la numérisation de petits objets et surtout de permettre de récupérer de l'information technique rapidement, au premier rang de laquelle l'information de texture qui est directement extraite des clichés pris par le scanner.



Le scanner de Noomeo est équipé d'une gâchette pour déclencher la prise de vue. Les photos obtenues font 300 000 pixels et délivrent autant de points 3D qui reprennent la même information couleur que le pixel auquel chacun d'eux est associé.

Cette technique de scanner à main présente de nombreux avantages. Commençons par le fait qu'il ne soit pas plus nécessaire de poser au préalable des pastilles sur les pièces, ces pastilles (aussi appelées cibles), permettant de définir les repères pour l'assemblage des nuages de points. L'absence de recours aux pastilles est intéressante pour les pièces très évolutives dans leur apparence : en effet, plus l'objet est torturé, et plus il est difficile de placer des pastilles. L'absence de pastille est enfin surtout précieuse dans le cas d'objets du patrimoine fragiles auxquels on évite ainsi d'infliger des dégradations.



Le scanner à main est également probant en terme de délais : l'équipe rapporte ainsi qu'un projet qui nécessite 5 mois de travail en modélisation CAO ne nécessite plus que 5 semaines dans le cas de la technologie scanner à main, cette période comprenant entre autres :
L'ultraportabilité du scanner lui permet enfin de numériser dans des espaces confinés (possibilité de rentrer dans la voilure d'un avion...), l'UMPC auquel il est relié en USB remplaçant également avantageusement un gros PC avec firewire.

Les photos permettent de récupérer des nuages de points à partir desquels se fait ensuite la reconstruction, et ce de deux façons :
Dans ce second cas de figure, il s'agit de pointer les zones qui se ressemblent, le programme délivrant un avertissement lorsque la qualité de pointage est insuffisante. La démonstration à laquelle nous avons assisté sur le stand prenait pour objet une voiture à l'échelle 3D d'une authentique voiture physique. Cinq photos ont suffi pour créer le nuage de points qui a ensuite été recalé en une vingtaine de secondes.



Le plus intéressant, pour le grand public, tient aux perspectives mentionnées par les équipes pour l'utilisation de cette technologie. A horizon 2011, Noomeo envisage de s'ouvrir au grand public en équipant les téléphones portables d'un logiciel qui les transformera en autant de solutions de numérisation portables. Le futur imaginé par Noomeo est un futur de boutiques dématérialisées : en photographiant son corps (ou son pied, son visage...), on pourra passer commande d'un vêtement entièrement sur-mesure. Où l'on assiste en quelque sorte à la logique des mugs personnalisés appliquée à l'image 3D...

Pixxim : des maquettes virtuelles intéractives

D'un grand niveau de réalisme, la maquette projetée sur le stand de la société Pixxim ne peut manquer d'attirer le regard du visiteur. Prestataire de service, cette société a pour cœur de métier l'intégration de données dans un outil de visualisation en 3D. Pour prendre la mesure de cette technique, rapprochons-nous de la maquette de la ville de Cannes, visible en ligne sur le site 3d.cannes.fr.



La construction de la ville est assurée par Altivue, le partenaire de Pixxim pour la prise de vue de photos aériennes. Les images sont obtenues après survol du territoire urbain par un avion qui prend suffisamment de photographies pour assurer le recouvrement des différentes photos. La société fait ensuite appel au principe de la stéréoscopie pour reconstruire la ville. Le résultat de l'opération est un plan urbain à 3 cm de résolution qui bénéficie des textures des prises de vue aériennes.

La maquette ainsi obtenue figure un Google Earth « en mieux ». Les données sont diffusées en temps réel et le visiteur peut véritablement avoir la sensation de se promener à l'intérieur des rues de la ville. L'objectif de Pixxim n'est toutefois pas uniquement exploratoire. Ses commanditaires, le plus souvent des municipalités, attendent de la société qu'elle intègre de manière cohérente des données spécifiques dans cet outil de visualisation. Les données en question peuvent être notamment le bruit auquel sont soumis les différents bâtiments d'une ville, rue après rue, étage par étage. Ainsi que nous en avons eu la confirmation chez Pixxim, toutes les villes de plus de 100 000 habitants doivent réaliser un « plan bruit », c'est-à-dire une simulation acoustique des nuisances sonores auxquelles sont soumis les différents bâtiments. Nice, et la ville est en cela une pionnière, a ainsi fait appel à Pixxim pour traduire ces données en images, permettant ainsi aux habitants d'accéder dès le mois de mars 2009 à une représentation vraiment explicite de leur environnement. Autres informations susceptibles d'être représentées sur cette maquette virtuelle très réaliste : les zones sujettes aux crues, aux raz-de-marée et aux incendies, la pollution de l'air, etc.



Dans le cas de la simulation acoustique qui nous intéresse, les données sont recueillies par un bureau d'études qui travaille à partir de mesures effectuées « in situ ». Le niveau de bruit reproduit sur la carte est un taux moyen obtenu à partir des différentes mesures de la journée. L'intérêt de ces mesures « in situ » est de tenir compte de la réflexion du bruit entre les façades. Ces différences deviennent manifestes une fois reproduites sur les façades des bâtiments, la maquette permettant de se rendre compte de ce dont l'intuition et le vécu nous informent souvent, à savoir que les étages supérieurs sont moins exposés au bruit que les premiers niveaux.

En découvrant cette possibilité de traduire en image des mesures techniques, on ne peut qu'imaginer d'autres utilisations du principe susceptibles d'intéresser les citoyens et le grand-public : carte du rayonnement électromagnétique des antennes de téléphonie mobile, carte du rayonnement des équipements domestiques, etc.

Tplm 3D : des géomètres au service de la 3D

Si les solutions de numérisation sont si variées, c'est parce que chacune répond à des besoins bien spécifiques. Alors que Noomeo, une entreprise spécialisée dans la numérisation de petites pièces fragiles, se contente d'un scanner à main, il en va tout autrement pour la société Tplm 3D qui doit recourir à des scanners autrement plus imposants pour la numérisation de vastes espaces comme en témoigne l'imposant Leica ScanStation 2 présent sur le stand.

Cette société de topographie intervient principalement dans trois domaines : l'architecture patrimoniale, l'industrie et le BTP. Tplm 3D a pour ce faire développé tout un panel de prestations autour de l'image 3D : livraison d'un nuage de points, d'un modèle 3D structuré, d'une image de synthèse, etc., et ce en fonction des attentes du client et des caractéristiques du projet.

L'offre de la société est basée sur la technologie laser-scanner qui permet de réaliser des relevés 3D des objets mesurés, chaque point scanné sur le terrain étant immédiatement connu en coordonnées X, Y et Z. Il suffit d'une courte démonstration au moyen du scanner présent sur le stand pour en appréhender le principe. Pour numériser l'environnement, le corps du scanner effectue un mouvement de rotation horizontal tandis que le miroir tourne pour sa part sur un axe vertical. Les données sont recueillies en temps réel sous la forme de nuages de points d'une forte densité.



Cette technique peut être mise à profit pour créer une vue exhaustive d'un environnement. Plusieurs prises sont alors réalisées depuis différents points de vue pour obtenir cette couverture totale du sujet. C'est ce que nous pouvons découvrir dans le projet de numérisation d'un aqueduc rapporté ci-dessous. La visualisation se fait sous Internet Explorer, au moyen du plug-in TrueView. Ce type de représentation présente deux principaux avantages : la possibilité pour les intervenants du projet d'ajouter des commentaires exportés en XML et la possibilité d'effectuer des mesures très précises depuis cette interface.



Autres prestations qui retiennent l'attention : celles de 3D structurée et d'orthophoto. Ce type de demandes émane le plus souvent d'architectes ou de conservateurs. Dans le cas de la basilique de Saint-Denis (93), l'objectif était de comprendre les déformations subies par l'une des rosaces du monument avant de débuter le travail de restauration. L'équipe a utilisé la méthode laser-scanner pour réaliser les différents plans du bâtiment. Elle a ensuite réalisé une orthophoto - c'est-à-dire la projection de photos sur un plan 2D - des vitraux présentant des problèmes d'affaissements. Tplm 3D a adapté le niveau de densité aux caractéristiques du projet : de 1 point par centimètre pour la façade de la basilique de Saint-Denis (93), l'équipe est passée à 1 point tous les 5 mm lorsqu'il a fallu analyser les déformations subies par les vitraux. N'est pas géomètre qui veut, et la capacité à livrer des tels projets témoigne de la valeur ajoutée de l'entreprise qui est incontestablement la précision.

Urbino : le palais retrouve sa bibliothèque

Nous quittons le salon d'Imagina pour prendre virtuellement la route de l'Italie et plus particulièrement celle du palais ducal d'Urbino. Ce palais, qui abritait la deuxième plus importante bibliothèque d'Italie, a dû céder son fonds au Vatican il y a 350 ans de cela. Dans la salle de l'ancienne bibliothèque demeurée vide depuis le départ des fonds, l'idée du designer Paolo Buroni, a été de récréer les rayonnages d'une façon virtuelle et de redonner ainsi l'accès aux ouvrages via une version numérisée.



Ce projet, volontiers qualifié de poétique par son concepteur, présente l'avantage de ne pas être invasif et de ne pas entrainer de modifications dans ce lieu historique. Au lecteur ou au visiteur de passage, il offre par ailleurs la possibilité de consulter des ouvrages dans de meilleures conditions de visibilité que les originaux.

Pour rendre possible cette immersion dans ce fonds de 300 ouvrages, le concepteur a fait appel à une technologie de tracking. Concrètement, le visiteur de la bibliothèque du palais d'Urbino est en présence de huit bornes (ou pupitres de consultation) qui abritent chacune un projecteur, un ordinateur et un système de tracking. Chacune de ces bornes permet de recréer un rayonnage virtuel de 2 x 1,5 mètre, rayonnage qui profite d'une forte luminosité et d'une haute résolution. La borne interprète les mouvements de la main faits par le lecteur qui devra pointer un ouvrage de la main pour indiquer qu'il désire le consulter : l'ouvrage vient alors s'ouvrir « en plein écran » comme sur un pupitre virtuel. Les balayages de la main permettent ensuite de feuilleter l'ouvrage, de la gauche vers la droite ou de la droite vers la gauche. Il n'est en revanche pas possible de refermer l'ouvrage des deux mains : celui-ci se referme de lui-même après que le lecteur ait tourné la dernière page.

Si le dispositif aperçu sur le salon d'Imagina présentait un défaut de calibration (il fallait pointer quelques centimètres en deçà du rayonnage souhaité pour obtenir l'ouvrage de notre choix), il n'en reste pas moins que ce mode de consultation virtuelle présente beaucoup de charme et d'élégance.



Les utilisations poétiques ou artistiques de la 3D ne sont pas si fréquentes sur ces salons destinés aux professionnels de l'image, et c'est pourquoi nous vous renvoyons en conclusion vers deux autres expérimentations découvertes à l'occasion de l'édition 2008 du salon Laval Virtual : l'oreiller rêveur et la table musicale.