Quelles informations peut-on trouver dans une fiche technique de scanner 3D ?

Les fiches techniques des scanners 3D listent souvent un grand nombre de spécifications techniques afin d’aider les utilisateurs à faire le bon choix. Ces caractéristiques permettent notamment de comparer différents scanners 3D et leur performance.

Néanmoins, les fiches techniques peuvent parfois laisser perplexe :

  • Que signifient vraiment ces termes ?
  • Quelle est leur pertinence par rapport à l’utilisation finale de l’appareil ?
  • Quelles sont les spécifications techniques les plus importantes et comment pourraient-elles influencer une décision d’achat ?

Dans ce guide, nous répondrons à toutes ces questions en décryptant ces termes. Nous utiliserons des exemples concrets tirés de fiches techniques.

Résolution

En quelques mots: La finesse des détails que le scanner 3D peut capturer en une seule numérisation.

La fonction principale d’un scanner 3D est de capturer des points de mesure dans un espace en trois dimensions. Groupés, ces points constituent un nuage de points qui forme la géométrie de la surface de l’objet physique numérisé en 3D.

Nuage de points scanner 3D
Nuage de points d’un scan du fameux lapin Stanford. Il a été utilisé dans divers projets de recherche dans le domaine de la graphique. Source : Stanford 3D Scanning Repository

Il existe plusieurs moyens pour mesurer la résolution : en distance entre deux points ou en points par scan.

Distance point à point

Il s’agit de la façon la plus simple de représenter la résolution. On parle de la distance comprise entre deux points dans un modèle 3D (habituellement exprimée en points par mm).

Exemple :

Résolution plus basseRésolution plus haute
0.1 points par mm0.03 points par mm
Plus le chiffre est bas, plus la résolution est haute.

Plus la résolution est élevée, plus la densité des points est élevée, ce qui permet ainsi d’obtenir plus de détails. Pour numériser de petits objets, il est préférable d’avoir une plus petite distance point à point. Pour les objets de grande taille, une distance point à point plus élevée est acceptable.

Points par scan

Une autre approche pour mesurer la résolution consiste à indiquer le nombre de points que le scanner 3D délivrera sur une certaine distance fixe ou au sein d’un seul scan.

Exemple :

Résolution plus basseRésolution plus haute
985,000 points par scan2 millions de points par scan
Plus le chiffre est haut, plus la résolution est haute et plus vous aurez de détails.

Une faible résolution pourrait être acceptable pour imprimer un objet en 3D avec une imprimante 3D bon marché. Toutefois, il se peut que vous ayez besoin d’une résolution élevée si vous procédez à l’inspection d’une pièce.

Dans ce type de cas d’usage, un niveau de détail élevé est nécessaire, par exemple pour déterminer si la pièce fabriquée répond aux normes de certification, de sécurité, etc.

Scan d'une semelle
Numérisation haute résolution d’une semelle de chaussure à l’aide du scanner 3D HDI Advance. Source : Polyga

Précision

En quelques mots : La justesse d’une mesure 3D par rapport à la valeur réelle ou acceptée.

Visuellement, les données d’un scanner 3D d’entrée de gamme peuvent ressembler à celles d’un scanner 3D professionnel. Mais si les résultats ne sont pas précis, alors ils ne sont pas exploitables dans le cadre de certaines applications, notamment pour du contrôle qualité ou de l’inspection, qui requièrent une grande précision avant tout.

Il existe de multiples façons de mesurer la précision et ce à différentes étapes du processus de numérisation 3D. Cependant, la façon la plus simple est d’examiner l’exactitude de deux points (distance) et de la comparer avec la valeur réelle ou acceptée.

Exemple :

Précision moins élevéePrécision plus élevée
Jusqu’à 0.040 mmJusqu’à 0.030 mm
Moins le chiffre est élevé, plus le scanner est précis.
Bloc mesure précision
Afin de déterminer la précision d’un scanner 3D, les fabricants utilisent des blocs de calibrage ou autres objets dont la ou les mesures sont connues et certifiées. Source : Polyga

La précision d’un scanner détermine généralement l’étendue des cas d’usage qu’il est capable de couvrir. Plus la précision des données capturées est élevée, plus le scanner conviendra à diverses applications. C’est notamment ce qui fait la différence entre un scanner 3D grand public et un scanner 3D métrologique haut de gamme.

Précision vs. précision volumétrique

En général, le terme “précision” désigne l’exactitude d’un seul scan.

La précision volumétrique, par contre, correspond à la précision obtenue lorsque plusieurs numérisations sont alignées et fusionnées dans un modèle 3D complet. Cette donnée peut être ambigüe car il est difficile de savoir combien de scans ont été utilisés lorsque le fabricant a déterminé ce nombre.

Il est par conséquent plus facile de comparer les scanners 3D en utilisant la précision d’un seul scan plutôt que la précision volumétrique.

Vitesse de scan (fréquence de mesure)

En quelques mots : Vitesse à laquelle le scanner 3D capture une seule numérisation.

La vitesse de scan ne tient compte que du temps qu’il faut au scanner pour capturer les données. Il n’inclut généralement pas le temps de traitement de ces données par l’ordinateur.

Il est parfois difficile de comparer la vitesse de numérisation de différents modèles de scanners 3D car les fabricants utilisent différentes façons d’exprimer ce terme : en points par seconde, en temps de capture d’un scan unique ou encore en images par seconde.

Cependant, la plupart du temps, la vitesse de scan n’est pas un élément crucial à prendre en compte dans le choix du scanner 3D.

Points par seconde

Exemple :

Vitesse moins élevéeVitesse plus élevée
205,000 points par seconde480,000 points par seconde
Plus le scanner capture de points par seconde, plus il est rapide.

Temps par scan ou numérisation (en secondes)

Exemple :

Vitesse moins élevéeVitesse plus élevée
1.5 secondes par scan1 seconde par scan
Plus le chiffre est bas, plus le scanner est rapide.

Images par seconde

Exemple :

Vitesse moins élevéeVitesse plus élevée
7.5 images par seconde16 images par seconde
La vitesse de scan d’un scanner 3D portable peut être exprimé en images par seconde car il numérise de la même manière qu’un caméscope. Plus il capte d’images par seconde, plus il est rapide.

Au début de l’émergence des technologies de capture 3D, il fallait souvent compter une heure ou plus pour effectuer une numérisation 3D complète et traiter les données acquises par le scanner 3D.

Aujourd’hui, presque tous les scanners 3D peuvent capturer et traiter une numérisation 3D en 10 à 20 secondes, et la création d’un modèle 3D complet peut se faire en quelques minutes.

Les cas où il est nécessaire d’avoir une vitesse de balayage très élevée sont :

  • Pour numériser des objets en mouvement, des visages ou des corps (scan 3D corporel).
  • Lors de l’utilisation d’un scanner 3D portable (à main), ce qui permet d’effectuer les numérisations plus rapidement.

Champ de vision (portée ou zone de détection)

En quelques mots : Zone ou volume que le scanner 3D peut “voir” afin de numériser un objet en 3D.

Habituellement, le champ de vision d’un scanner 3D est fixe, mais de nombreux systèmes à lumière structurée peuvent être ajustés pour bénéficier de plusieurs champs de vision. Pour ce faire, il suffit de reconfigurer le matériel et de re-calibrer le système pour s’assurer de sa précision.

À moins d’avoir besoin d’un champ de vision flexible, il est beaucoup plus facile d’acheter un scanner qui cible spécifiquement la taille et les types d’objets que l’on souhaite numériser en 3D. Il est possible d’obtenir des appareils « plug-and-play » déjà calibrés en usine et livrés prêts à l’utilisation.

Champ de vision scanner 3D
Trois champs de vision différents (du plus petit au plus grand). La taille de l’objet est la même dans chaque champ.

Choisir le bon champ de vision pour son cas d’usage

Si vous prévoyez principalement de numériser de petits objets en 3D, n’utilisez pas un scanner conçu pour numériser de gros objets, et vice versa.

En effet, un champ de vision mal ajusté pour les objets que vous numériserez affectera la qualité des données de numérisation.

Mobilité

En quelques mots : La transportabilité d’un scanner 3D.

Avant un achat, l’utilisateur se demande souvent s’il faut choisir un scanner portatif (c’est-à-dire à main, avec ou sans fil) ou un scanner fixe à trépied.

Scanner 3D fixeScanner 3D portable
Un système fixe réalise des scans tel un appareil photo sur un trépied. Le scanner ne bouge pas pendant qu’il numérise, c’est l’objet qu’il faut déplacer au fur et à mesure.

Forces : précision élevée et simplicité
Un scanner 3D à main réalise des scans tel un caméscope. Le processus de scan se fait comme lorsque l’on peint un tableau au pinceau.

Forces : polyvalence et praticité

Dans la majorité des cas, un scanner fixe sera plus précis qu’un scanner 3D portable ou mobile car ce dernier capture des images mobiles et non pas fixes pour générer le scan 3D. Si la précision est importante pour le cas d’usage en question, nous recommandons d’opter pour un scanner 3D à trépied stationnaire, pour restituer des données nettes du premier coup.

Un scanner 3D portable est idéal pour rapidement numériser des objets avec une précision légèrement moins bonne qu’un scanner 3D fixe. Cependant, la force des scanners 3D à main réside dans leur flexibilité et capacité à accéder à des zones qui pourraient être difficiles d’accès pour un scanner fixe.

Considérations relatives au poids et aux dimensions du produit

Le poids et la taille d’un scanner 3D sont souvent complètement ignorés lors du choix du produit, mais vous les remarquerez certainement lorsque vous devrez transporter une mallette encombrante dans l’aéroport ! La plupart des scanners 3D ont en effet tendance à être volumineux et lourds.

Assurez-vous de porter une attention particulière à cet aspect du produit et pensez à prévoir une valise ou caisse de transport adaptée. Les scanners sont généralement plus grands que ce à quoi on s’attend, alors pensez aussi à prévoir un espace de stockage adéquat.

Couleurs (textures)

Apparence esthétique du scan 3D par rapport à l’objet original.Au niveau des couleurs, également appelées textures, il ne s’agit en général pas de choisir simplement oui ou non.

En fait, selon les modèles, quatre modes de capture 3D couleur existent :

  • Géométries (uniquement le maillage ou nuages de points)
  • Monochrome (noir et blanc)
  • Couleur de basse qualité
  • Couleur de haute qualité

En principe, seules les applications de visualisation 3D (telles que l’affichage des produits pour les applications de vente en ligne) ou les applications médicales (telles que l’analyse de la peau pour la chirurgie plastique) nécessitent des scans 3D en couleur.

Modèle original vs résultat de scan 3D
Un objet (gauche) numérisé en 3D en couleur (droite). Source : Aniwaa/Creaform

De nombreux scanners 3D portables traitent les couleurs en tant que couleur par vertex (chaque point possède sa propre valeur de couleur) alors que les scanners 3D fixes restituent une “color map” ou carte de texture couleur (chaque point sert de repère pour la position des couleurs).

L’obtention d’une carte des couleurs offre une précision beaucoup plus élevée et une meilleure gamme de couleurs avec plus de possibilités de post-traitement. Une carte de couleurs peut toujours être simplifiée en couleur par vertex, mais pas dans le sens inverse.

L’importance des différentes caractéristiques techniques selon le cas d’usage

En général, il n’y a pas de spec unique pouvant aider à faire le choix parfait. Le choix dépendra du cas d’usage et du budget.

Pour résumer, voici un tableau indiquant quels facteurs sont les plus importants pour chaque cas d’utilisation :

Effets visuelsImpression 3DRétro-ingénierieInspection
Résolution2331
Précision5421
Vitesse1344
Champ de vision3321
Mobilité2223
Weight/dimensions3124
Couleur1254
Échelle de 1 (haute importance) à 5 (faible importance).