Contraintes de déformation par stéréoscopie Contraintes de déformation par Shape From Shading

1. <Photo> Minica HOURY-PANCHETTI INTRODUCTION RESULTATS Les modèles polyédriques ou maillages, très utilisés dans les processus d’ingénierie, constituent une représentation privilégiée au sein des maquettes numériques de produits. Les approches et méthodes de manipulation et d’exploitation de ces modèles sont le plus souvent pilotées par des critères géométriques liés à la forme des objets (normale, courbure …) mais très peu prennent en compte des informations perceptuelles. Pourtant, les images sont aussi des représentations privilégiées qui fournissent des données (contours, primitives géométriques, textures …) relatives à la description des formes des objets qu’elles représentent. . Ainsi, le but des travaux présentés ici a été de réaliser un couplage maillage 3D/ images numériques 2D pour contrôler le traitement des maillages avec des critères extraits d’image(s). Identification de features de formes : les lignes de caractère Le filtrage des contours dans une image permet de révéler les lignes de caractère (fig. 1) qui correspondent aux courbes de l'objet qui impactent son aspect visuel. La méthodologie consiste à identifier les lignes de caractère sur le maillage 3D à partir des contours des images afin de permettre son traitement ultérieur. Cette identification est réalisée par filtrage et vectorisation des contours. Puis après avoir recalé l'image par rapport au repère 3D dans lequel est défini le maillage (par calibration de caméra, fig. 2) les contours sont projetés sur ce maillage (par lancer de rayon), les intersections avec le maillage étant considérées comme des éléments appartenant aux lignes de caractère. Simplification contrôlée de maillages Le premier résultat obtenu est une méthode de simplification [1] (fig. 3) pilotée par l'identification des lignes de caractère à partir d'images décrites au point précédent. L’avantage est de diminuer la complexité des modèles lourds tout en préservant au maximum les lignes de caractère identifiées. En pratique, la simplification est pilotée par une carte hétérogène de tolérances dont la valeur est corrélée avec l’appartenance (ou non) à une ligne de caractère. Ainsi les zones correspondant aux lignes de caractère seront moins simplifiées a contrario du reste du modèle (souvent correspondant aux zones planes) qui le sera plus drastiquement. Remplissage de trous dans les maillages incomplets En fonction du processus d'acquisition adopté en ingénierie inverse et de la complexité de l'objet à digitaliser, certaines parties de sa surface peuvent être inaccessibles. Il en résulte des zones manquantes dans le maillage reconstruit. Deux contributions au remplissage de trous ont été apportées qui consistent à remplir grossièrement le trou puis à le déformer afin qu’il respecte la géométrie initiale de l’objet à partir de contraintes extraites d’images. Dans les deux cas, la déformation est réalisée à l’aide d’un modèle mécanique de réseau de barres couplé au maillage et contraint par des informations extraites d’image(s). Contraintes de déformation par stéréoscopie Contraintes de déformation par Shape From Shading Dans le deuxième procédé [3], le jeu de contraintes de déformation provient des hypothèses des techniques de Shape From Shading, et plus particulièrement de l’équation de l’Eikonal, équation non linéaire aux dérivées partielles du premier ordre liant la position d’un point du maillage à la valeur de l’intensité lumineuse de sa projection dans l’image (i.e., du pixel correspondant). Contribution à l’élaboration d’un modèle multi représentations Les modèles, méthodes et outils développés concernent la manipulation de formes sur deux niveaux de représentation (fig. 5) : 1) le niveau géométrique dans lequel on retrouve des entités du type sommets, arêtes, faces, points de contrôle ainsi que des informations topologiques concernant ces entités géométriques de base ; 2) le niveau structuré où l'on retrouve des modèles plus élaborés du type « features » permettant de définir des formes à l'aide d'un jeu restreint de paramètres de contrôle (longueur, largeur, etc.) ; 3) le dernier niveau restant à atteindre, le niveau sémantique correspond à d'informations relatives a la conception (e.g. des conditions limites: pressions ou déplacements imposes), à la fabrication (tolérance sur le diamètre d'un trou, outils utilises pour l'usinage, etc.). [1] M. Houry-Panchetti, J.-P. Pernot, P. Véron, "Polyhedral simplifications preserving character lines extracted from images", Proceedings of the IEEE Shape Modelling International Conference (SMI'07), pp. 81-90, 2007, ISBN 0-7695-2815-5 [2] M. Houry-Panchetti, J.-P. Pernot, P. Véron, "Remplissage de trous dans les maillages à l'aide de lignes de caractère extraites d'images", 10ème colloque national AIP-PRIMECA, 2007, ISBN 978-2-86272-451-5 [3] M. Houry-Panchetti, J.-P. Pernot, P. Véron, "Towards recovery of complex shapes in meshes using digital images for reverse engineering applications", in : Computer-Aided Design, Vol. 42 (8), pp. 693-707, 2010, ISSN 0010-4485 Le premier procédé [2] se base sur l’utilisation conjointe de deux images calibrées (i.e. dont les paramètres des caméras sont connus) de l’objet prises de points de vue différents. Après avoir filtrées les images correspondant à la zone manquante sur le maillage, les lignes de caractère 3D sont obtenues par triangulation stéréoscopique des contours. Il en résulte un ensemble de contraintes de déformation ponctuelles liant des entités paramétriques du maillage à des entités géométriques des lignes de caractère 3D (fig. 4). METHODES Figure 4 : reconstruction de formes complexes par déformation Figure 2 : identification des lignes de caractère Figure 1 : lignes de caractère RESULTATS PUBLICATIONS SIGNIFICATIVES Figure 5 : niveaux de description des formes Figure 3 : simplification de maillages à l’aide d’images Le développement d’Environnements Virtuels (EV) 3D interactifs est le projet de recherche actuel et la thématique d’un groupe de travail constitué d’enseignants-chercheurs, membres des équipes VORTEX et ELIPSE de l’IRIT et des équipes pédagogiques de l’IUT de Tarbes. Concernant les objets virtuels qui composent les EV, il sera tout d’abord nécessaire de les créer à partir de relevés numériques, de modèles procéduraux ou issus d’une activité de CAO. Cette première activité aborde les mêmes problématiques que mes travaux de thèse sur la reconstruction de formes complexes de modèles incomplets obtenus par balayage laser. Lors de la création des EV 3D, une importance particulière sera apportée à la définition d’éléments descripteurs des zones interactives de l’EV, i.e. des éléments manipulables et en particulier d’augmenter leur affordance au sein de la représentation de l’EV, quelque soit la nature du modèle géométrique sous-jacent. Cette deuxième activité s’inscrit dans la continuité de mes précédentes recherches sur l’extraction de features (caractéristiques) de formes de modèles 3D et sur les multi représentations. CONCLUSION ET PROJETS ACTUELS Minica.Houry-Panchetti@irit.fr - équipe VORTEX