Scanner facilement une fourmi en 3D devient possible (et open source)

L’explosion de la photogrammétrie ces dernières années a permis de numériser sans difficultés de nombreux sujets, mais la technique conserve ses limitations. L’une d’elles concerne les sujets de très petite taille : en photo macro, la profondeur de champ très réduite devient un frein majeur au scan 3D. Multiplier les prises de vue en décalant la mise au point reste possible, mais très fastidieux et plus complexe à gérer lors de la reconstruction.

Dans ce contexte, DISC3D se présente comme une solution très intéressante. Il s’agit d’un système automatisé permettant de scanner efficacement des sujets de très petite taille tels que des insectes. Voici les résultats pouvant être obtenus :

Les résultats sont assez impressionnants : les modèles sont précis, y compris au niveau des détails tels qu’antennes et pattes.

En coulisses se trouve donc DISC3D, un projet open source porté par Digital Archive of Natural History (DiNArDa). Le concept mêle techniques classiques, ingénierie et optimisations.

Le schéma et la photo ci-dessous en donnent une petite idée :
– le sujet est placé au centre d’un système l’éclairant de manière uniforme, grâce à des LEDs et deux dômes diffusant la lumière ;
– la prise de vue est effectuée via une caméra contrôlée informatiquement et montée sur un StackShot : un rail macro qui permet de déplacer précisément la caméra afin d’ajuster la position de la zone de netteté sur le sujet ;
– deux moteurs (élévation, azimut) permettent de faire pivoter le sujet dans toutes les directions ;
– le tout est contrôlé informatiquement, à l’aide de MATLAB (logiciel associé à un langage de script, largement utilisé dans le monde de la recherche).

Ainsi, ce système est capable pour un point de vue donné de prendre une série de photos en faisant varier la zone de mise au point, puis de faire tourner légèrement l’objet et de recommencer, encore et encore, afin de le capturer sous toutes les coutures.

Vient ensuite le post-traitement : sans rentrer dans les détails, il s’agit ici d’assembler les photos de chaque point de vue, pour créer une photo nette sur l’ensemble du sujet, tout en l’associant à un masque : une couche alpha qui facilitera la reconstruction.

Une fois les images nettes et masquées générées, on peut les envoyer dans un outil de photogrammétrie tel que Metashape (ex Photoscan), et reconstituer le sujet sous forme de modèle 3D texturé.

L’équipe derrière DISC3D a publié une description technique détaillée de son système : DISC3D est open source et peut donc être reproduit à l’aide des informations données.
Côté matériel, il faudra entre 4000 et 8000€ pour créer votre propre DISC3D, en fonction de critères tels que la qualité de la caméra utilisée.

DISC3D reste perfectible : en particulier, l’équipe évoque des temps de capture allant de 2 à 5 heures par insecte. Néanmoins, l’acquisition des images ne prend à elle seule que 40 à 100 minutes : c’est donc le traitement des images qui est responsable de ces durées, et diverses options permettront de faire chuter les délais. A commencer par la simple évolution des logiciels et du matériel. On peut aussi envisager des évolutions au niveau du workflow (entamer la reconstruction 3D dès les premières images, par exemple, alors que la capture se poursuit, est prévu d’emblée avec certains logiciels de photogrammétrie).

Voici pour finir d’autres modèles issus de DISC3D : insectes, coquille d’escargot, petits ossements. Notez que tous les exemples montrés ici sont téléchargeables sous licence Creative Commons sur Sketchfab.

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10 commentaires

Shadows 24 octobre 2019 at 12 h 34 min
Il va falloir que je creuse ce genre de technique ; j’avais déjà scanné des objets de petite taille (graine) ou exploité des techniques autres que la photogrammétrie pour numériser en partie une fourmi ( je vous en avais fait un article fin 2018 https://www.3dvf.com/actualite-24334-focus-stacking-et-scans-3d-inferieurs-au-millimetre-helicon-focus-7-disponible-html/ ), mais je n’ai jamais tenté ce type d’approche complète…
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corentin3d 24 octobre 2019 at 12 h 43 min
Magnifique !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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Shadows 25 octobre 2019 at 15 h 26 min
Du coup, je viens de passer commande de ceci : un système motorisé qui permet de prendre des photos en ajustant la position de l’appareil au micron près. (c’est un équivalent du Stackshot évoqué dans la publi en lien dans l’article, mais en moins cher)
Ca me servira pour mes photos macro à fort grossissement, mais aussi pour tenter du scan 3D à très petite échelle. :)

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phicata 25 octobre 2019 at 16 h 35 min
"au micron près" !!! tu n’as donc ni chien, ni chat, ni enfant, ni voisin métalleux! :D
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Shadows 25 octobre 2019 at 16 h 45 min
C’est justement tout le défi : sur de très forts grossissements (des gens s’amusent à adapter des objectifs de microscope x50 pour photographier des écailles d’ailes de papillon, par exemple), le simple fait de marcher crée des vibrations qui ont un gros effet sur la qualité du résultat. Et même à des grossissements de x5 ou x10, les vibrations de l’obturateur de l’appareil photo sont une vraie question. Même le flash crée des vibrations !
D’où différentes techniques : bloc de marbre sur lequel on pose le système de capture (inertie), utilisation de pieds anti-vibration (quelques euros et plus facile à ranger que le marbre), ajout de pauses lors des mouvements du moteur pour que les vibrations s’atténuent, prise de vue en lumière continue ( = sans flash et en pose longue, car à x10 et plus on manque toujours de lumière) car la longue durée fera que la vibration de l’obturateur au début sera compensée par le reste, envoi des enfants en vacances, changement de voisin…

De mon côté, je vais rester à x10 pour le moment : suffisant pour des portraits de fourmis, photos de pollen, du scan 3D de petite graine, etc.

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phicata 25 octobre 2019 at 17 h 14 min
C’est encore pire que ce que j’imaginais!!! o_O ç rapelle l’animation 2 d à l’ancienne, ou tu mourais quand par mégarde tu faisais tout bouger.
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Shadows 26 octobre 2019 at 0 h 53 min
Après, avec de l’approximatif (un système monté sur une planche de bois, un micromètre manuel pour faire avancer la profondeur de champ, des cylindres anti-vibration à quelques euros) on peut aussi obtenir des résultats sympa en tant que débutant.
Et tu es plutôt fier quand, après une centaine de clichés minutieux, ton assemblage donne une image qui te permet de voir des détails totalement invisibles à l’oeil nu, comme le fait que la tête de la fourmi que tu as choisie en sujet est velue :

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phicata 26 octobre 2019 at 20 h 39 min
Ahurissant! Et l’image est belle en plus!
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phicata 26 octobre 2019 at 20 h 40 min
En fait les fourmis sont faite en ambre! ;)
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Shadows 30 octobre 2019 at 16 h 58 min
Du coup, je viens de passer commande de ceci : un système motorisé qui permet de prendre des photos en ajustant la position de l’appareil au micron près. (c’est un équivalent du Stackshot évoqué dans la publi en lien dans l’article, mais en moins cher)
Ca me servira pour mes photos macro à fort grossissement, mais aussi pour tenter du scan 3D à très petite échelle. :)

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Machine infernale reçue, reste plus qu’à tester le tout. :)

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