Le passé et le futur de la numérisation 3D mobile

Relevé forestier avec le scanner laser mobile PX-80

Le passé et le futur de la numérisation 3D mobile

Le scanner laser mobile PX-80 SLAM a été développé pour capturer les espaces intérieurs et extérieurs.

Le scanner laser mobile PX-80 a été développé autour de la technologie SLAM pour capturer les espaces intérieurs et extérieurs.

 

Au début, explique Amir, le projet a pris la forme d’une technologie 3D à faible coût dédiée à la cartographie collaborative. Celle-ci a attiré l’attention de Google, qui a fait appel à Paracosm pour l’aider dans une initiative ambitieuse appelée Tango, le premier smartphone au monde dédié au relevé 3D.

 

En 2015, Paracosm a achevé le développement de son propre système de relevé 3D mobile pour le grand public. Bien que l’outil ait suscité l’intérêt et les investissements d’entreprises de robotique grand public telles que iRobot, il a également attiré l’attention de potentiels acheteurs: les ingénieurs, les entrepreneurs et les géomètres. Ces professionnels tournés vers l’avenir ont réalisé que les scanners 3D à bas prix basés sur le SLAM avaient un potentiel bien au-delà des applications grand public.

 

Lorsque vous marchez dans votre environnement avec le PX-80, le SLAM suit votre chemin et crée un nuage de points cohérent de l'environnement.

Lorsque vous marchez dans votre environnement avec le PX-80, le SLAM suit votre chemin et crée un nuage de points cohérent de l’environnement.

 

«Nous avons commencé à recevoir beaucoup d’appels», explique Rubin. «Ils ont vu le scanner laser mobile PX-80 et ils ont commencé à nous demander s’ils pouvaient l’utiliser pour numériser leurs espaces MEP, pour effectuer une étude de base de leurs bâtiments ou pour faire du suivi de chantier.»

 

Le seul problème était que le système s’appuyait sur les données 3D d’un capteur de lumière structuré, une technologie de capture 3D grand public que Paracosm utilisait car elle était petite et peu coûteuse. En d’autres termes, le système a été optimisé pour une utilisation grand public, ce qui a limité ses performances dans des applications plus exigeantes. Rubin explique: “C’est à ce moment-là que nous avons repensé notre technologie de A à Z et nous nous sommes demandé à quoi ressemblerait un scanner laser mobile rapide et précis dédié à la capture de bâtiments?”

 

Le PX-80 est basé sur un capteur LIDAR Velodyne VLP-16

Le PX-80 est basé sur un capteur LIDAR Velodyne VLP-16

 

Du fruit de cette réflexion a découlé la fabrication du PX-80, un scanner laser mobile SLAM optimisé pour le relevé de bâtiments. Il est construit autour d’un capteur LIDAR Velodyne VLP-16 – souvent vu dans les véhicules autonomes – accompagné d’une caméra 360° et d’une unité de mesure inertielle (IMU), tous utilisés pour générer des nuages de points 3D précis et colorisés automatiquement lors du déplacement de l’utilisateur dans son environnement. Depuis son lancement en 2018, le PX-80 a été utilisé dans plus de 15 pays et dans des applications telles que la capture MEP, la génération de plans d’étage 2D, la cartographie de mines, le suivi de chantiers, la foresterie et l’industrie.

 

Le PX-80 de Paracosm fusionne les données d'un capteur RVB, d'un lidar et d'une IMU pour produire des nuages de points précis et colorisés pendant que l'utilisateur marche.

Le PX-80 de Paracosm fusionne les données d’un capteur RVB, d’un LIDAR et d’une IMU pour produire des nuages de points précis et colorisés pendant que l’utilisateur marche.

 

Une technologie de pointe

 

Le PX-80 n’est cependant pas adapté à la numérisation de matériel et d’objets. La technologie Paracosm qui a survécu à la transition entre le produit grand public et le produit dédié au bâtiment, et toutes les itérations matérielles entre les deux, est son algorithme de traitement de données 3D.

 

Cet algorithme est construit autour d’une technologie connue sous le nom de SLAM, ou localisation et mappage simultanés. La technologie SLAM trouve ses racines dans la robotique, où elle a été développée pour aider les machines à naviguer dans des environnements inconnus, une tâche diaboliquement complexe qui nécessite de localiser la machine dans un nouvel espace en même temps qu’elle le relève pour la première fois. Un algorithme SLAM fonctionne en rassemblant les données des capteurs à bord du robot, tels que les caméras RVB, les capteurs LIDAR et les IMU, et en fusionnant ces données pour effectuer ses calculs sophistiqués.

 

Les algorithmes SLAM peuvent être optimisés pour les applications de numérisation de bâtiments, ce qui facilite le développement de scanners LIDAR qui n’ont pas besoin d’un trépied pour renvoyer des résultats précis. Le SLAM qui alimente le PX-80, par exemple, peut déterminer la position exacte du scanner sur un chantier ou un bâtiment lorsqu’il l’a capturé. «Vous pouvez penser à chaque position, à chaque étape qu’il calcule sur votre chemin de marche, comme un trépied virtuel», explique Rubin. “Nous les utilisons pour positionner les points capturés par le LIDAR.”

 

Nuage de points d'un complexe de congrès colorisé automatiquement par le PX-80

Nuage de points d’un complexe de congrès colorisé automatiquement par le PX-80

 

Cela signifie qu’un scanner laser mobile SLAM comme le PX-80 permet aux utilisateurs de relever leur environnement à une vitesse de marche régulière. Ainsi, la numérisation basée sur le SLAM est beaucoup plus rapide pour capturer de grands environnements intérieurs et extérieurs en 3D que les méthodes traditionnelles et permet de suivre la capture en temps réel sur la tablette.

 

Les avantages du SLAM s’accompagnent de compromis. En échange de la vitesse considérablement accrue et du coût de capture réduit, l’algorithme SLAM génère des données avec une précision inférieure à celle des méthodes traditionnelles. Le PX-80, par exemple, offre une précision globale de 1 à 3 cm, tandis que les scanners fixes ont une précision proche du millimètre. Cependant, nombreux sont ceux qui pensent que la réduction du coût global du scanner et son aide à l’accélération des projets de relevés font plus que compenser cette différence. Malgré une précision inférieure, le PX-80 offre tout de même une bonne précision pour le projet final.

 

Nuage de points issu du PX-80 vu du haut

Nuage de points colorisé issu du PX-80 vu du haut

 

Le livrable détermine l’outil

 

Lorsque le contractant général britannique NMCN a découvert la numérisation 3D mobile, ils ont pu jauger du potentiel de cette technologie pour leurs besoins. Comme les ingénieurs qui ont appelé Amir Rubin à la création de Paracosm, NMCN a tout de suite comprit que la numérisation mobile pouvait accélérer leur flux de travail et réduire leurs coûts sur tous leurs projets.

 

Pour tester le scanner laser mobile PX-80, NMCN l’a remis à leur responsable de transformation numérique, Gary Ross. Ingénieur en mécanique sans expérience particulière en numérisation 3D, Gary a été formé en 15 minutes et s’est immédiatement mis à numériser un ensemble de bâtiments agricoles abandonnés. Pendant ce temps là, NMCN a fait appel à un prestataire de services de numérisation 3D pour capturé le site à l’aide de scanners fixes. Les deux ensembles de données ont été utilisés pour générer des plans d’étage 2D et des modèles BIM.

 

Nuage de points non-colorisé issu du PX-80 vu du haut

Nuage de points non-colorisé issu du PX-80 vu du haut

 

Dans un test final, Gary a fait valoir que la numérisation mobile basée sur la technologie SLAM correspondait à leurs attentes en termes de vitesse d’acquisition, de coût, de facilité d’utilisation et de précision. Selon lui, le PX-80 lui a permis de capturer le site à 1/10 du coût et 1/8 du temps nécessaires avec des méthodes traditionnelles. Deux modèles ont été générés depuis les deux nuages de points puis ils ont été comparés, «il y avait une différence de 39 mm sur l’ensemble du site, qui s’étendait sur 57 m. La technologie mais aussi les erreurs de modélisation humaines auraient pu engendrer cette différence. »

 

NMCN a donc déterminé que la numérisation mobile n’était pas appropriée aux projets nécessitant une précision inférieure au millimètre, mais cela n’a pas empêché le PX-80 de changer la façon dont l’entreprise envisage la 3D. «Ce type de changement de coût, de temps et de compétences adaptées conduit à une refonte complète de la manière et des raisons pour lesquelles nous utilisons les scanners laser», explique Gary. Là où, par le passé, NMCN analysait un projet une fois – tout au plus – maintenant, ils peuvent commencer à utiliser la numérisation dans le cadre de leur processus. «Le scanner peut désormais être utilisé sur tous les projets, quelle que soit leur taille.»

 

Gary ROSS entrain de relever l'un des bâtiments

Gary ROSS entrain de relever l’un des bâtiments

 

Gary sait que le PX-80 va l’aider sur une multitude d’applications telles que la génération de plans d’étage pour la gestion d’actifs, la capture de la topologie, le suivi de chantier, la surveillance de la dilapidation et la gestion de la logistique / du trafic, parmi beaucoup d’autres.

 

Pour conclure, Gary voit le PX-80 comme une aide apportée à son équipe car il leur permet de capturer des données qu’ils n’auraient jamais pu obtenir auparavant. «Comme les données sont au cœur de nos gains d’efficacité et d’efficience à mesure que nous nous développons», dit-il, «il s’agit d’un grand pas en avant dans les données que nous pouvons analyser et mesurer, améliorant ainsi notre efficacité sur nos projets.»

 

 

Vue de côté du nuages de points de NMCN

Vue de côté du nuages de points de NMCN

 

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