Méthodologie : comment réussir un relevé au Scan 3D ?
Sommaire de l’article
Introduction
- Bien préparer son relevé
Comprendre les attentes et définir le cahier des charges, Préparer l’intervention , Préparer le Scan - Jour J : réussir son relevé
Visiter le site et anticiper le relevé, Veiller à la bonne installation du Scan, S’assurer que tout a été relevé - Soigner le traitement du relevé
Attention aux données, Importer le fichier brut et recoller , Nettoyer le nuage de points, Exporter et partager le nuage (RCP, orthophotos, balade virtuelle) - Bonus – Points de vigilance
Introduction
Dans l’article Qu’est-ce que le Scan 3D, nous avons expliqué comment fonctionnait la technologie du Scan 3D dans les grandes lignes.
Maintenant, rentrons un peu plus dans les détails. Nous allons vous expliquer comment réussir un relevé au Scan 3D.
I. Bien préparer son relevé
Avant toute chose, une bonne prise de Scan se distingue par une bonne préparation.
1. Comprendre les attentes et définir le cahier des charges
Chez DEFIBIM, nous échangeons longuement avec le client pour comprendre en profondeur ses besoins. D’abord, quel est l’objectif de ce relevé ?
> Est-ce pour prendre des côtes seulement ?
> Calculer des volumes ?
> Extraire des plans 2D ? Des coupes ?
> Avoir des photos 360° ? Des orthophotos ?
> Faire un DOE BIM ?
> etc
Ces objectifs vont définir le cahier des charges attendu. Si un scan est dans l’objectif de prendre des côtes, alors une précision au cm peut suffire, avec un scan en noir & blanc.
Si un des objectifs et d’avoir des orthophotos et des plans de coupe, alors un scan en couleurs peut être attendu, ainsi q’une précision inférieure à 5mm.
Lorsque nous numérisons l’existant dans le but de produire un DOE BIM, il est important de relever également l’extérieur (façades) en plus de l’intérieur. La précision attendue peut être maximale (< 3mm) et si le DOE BIM est voué à être intégré dans une visionneuse, il peut être judicieux de le faire en couleurs.
2. Préparer l'intervention
Suite au cahier des charges que l’on a précédemment défini, il est maintenant temps de préparer l’intervention. Une bonne préparation est la clé pour réussir un relevé au 3D !
A. Analyser la typologie du bâtiment (grandes surfaces, hauteurs sous plafond, toiture complexe…)
Des grands espaces ne se scannent pas de la même manière qu’une multitude de petits espaces. De même que la distance entre le scanner et la structure numérisée peut énormément varier.
L’ordre dans lequel nous allons effectuer les stations dépend donc du bâtiment, et nous savons en amont comment nous allons nous y prendre. Un entrepôt par exemple sera plus rapide à scanner qu’un chalet avec de petites chambres : dans l’entrepôt, quelques stations suffisent (attention cependant aux points perdus derrière les poteaux), alors que dans le chalet, il faut impérativement faire au moins un scan par chambre et dans le couloir, devant la chambre, afin que les scans se voient entre eux.
L’analyse en amont de la typologie du bâtiment à scanner permet donc d’estimer la façon dont nous allons nous y prendre, et le temps que nous allons y passer.
B. Choix du bon matériel
Il existe plusieurs typologies de scanners : le scanner mobile et le scanner statique. Pour chaque projet, un scanner sera plus pertinent que l’autre. Explications :
Le scanner mobile est un scanner qui, par définition se déplace, contrairement au scan statique qui est posé sur trépied.
Le scanner mobile circule donc dans l’ensemble d’un ouvrage, à l’ intérieur comme à l’extérieur, de manière à couvrir l’ensemble des surfaces à relever. Le scanner mobile ne relève que ce qu’il voit : il ne relève pas les faux plafonds, les doublages, etc.
Il existe sous différentes formes – chariot roulant, sac à dos ou encore drone – et les technologies utilisées varient : photogrammétrie, LIDAR ou nuage de points. Ses points forts sont la rapidité du relevé (jusqu’à plusieurs milliers de m2 relevés par jour) et la facilité d’utilisation.
Le scanner statique est posé sur trépied. Comme il ne relève que ce qu’il voit à un instant T, il faut donc le déplacer (manuellement) pour ne pas avoir de zone non captée. Toutes ces prises sont appelées des stations.
Les stations varient en fonction des surfaces du bâtiment, de l’encombrement de l’ouvrage, etc, et sont donc situées à des emplacements différents dans le bâtiment. Lorsque le relevé au Scan 3D est « bien fait », on obtient donc une vue complète du site.
Ses points fort sont :
• la précision : quelques millimètres à une distance de plusieurs dizaines de mètres
• les spécifications des paramétrages pour affiner la qualité du relevée
• l’ergonomie : petit, léger et facilement transportable
• le recollement avec des points topographique du site
Chez DEFIBIM, la typologie de projets sur lesquels nous travaillons fait que nous utilisons majoritairement des Scan statiques. La précision de l’information relevée est primordiale, surtout lorsque l’on doit réaliser une maquette numérique par la suite. Le scan statique étant posé sur trépied, il faut donc le déplacer dans l’ouvrage, et donc définir l’ordre des stations.
C. Définir l’ordre des stations
Il est primordial de garder en tête que nous devons multiplier les stations et que les scans, statiques, doivent se voir entre eux. Le positionnement des stations détermine donc non seulement les volumes relevés mais également le nombre de points communs qu’il va y avoir entre la station a et la station b. Ce nombre de points communs va déterminer la précision de recollement entre les différentes stations. En d’autres termes, en multipliant les stations et en faisant en sorte que les stations se voient entre elle, le recollement des points sera plus facile et surtout, plus précis.
D. Définir ce qui va nous servir de référence
Lors de cas particuliers comme de longs couloirs ou de grandes façades vitrées, nous allons utiliser des objets qui vont servir de référence. Ces objets sont localisés et relevés au fur et à mesure, par plusieurs stations, sans les déplacer. Ces objets en commun, de référence, vont permettre aux nuages de chaque station de se retrouver, et donc se « recoller ».
Dans certains cas, ces objets peuvent être des cibles. Le principe est identique.
Pour aller plus loin : dans le cas où l’on doit géoréférencer notre relevé, on peut disposer ces cibles et objets au droit des points topographiques.
E. Mise en place des sphères
Chez DEFIBIM, nous avons acheté des sphères, blanches, qui nous permettent d’être un objet de référence. En terme de recollement, c’est une méthode très utilisée et simple à mettre en place au fur et à mesure que nous nous déplaçons sur le site. Cela consiste à positionner au minimum 2 sphères, aussi appelées cibles, qui seront visible depuis plusieurs stations fixes. Lors du traitement et du recalage, les cibles sont détectées et les scans s’alignent plus facilement entre eux.
Le but n’est pas de placer ces cibles pour chaque station mais de faciliter le recollement de zones complexes. On les utilise surtout pour les cages d’escaliers, les façades et les zones en extérieures.
Cette démarche minimise les erreurs dû à des manques de scan pour le recalage et optimise la précision. Elle assure aussi un gain de temps pour le traitement.
3. Préparer le Scan (paramétrage)
Chaque prise de scan sur le site est différente. Elle dépend la luminosité (intérieure/extérieure), de la superficie de la pièce et des éléments à scanner. De façon à enchainer rapidement les relevés, il faut préparer le paramétrage en amont.
Ce paramétrage repose sur des profils. Un profil est un groupe de paramètres définis selon :
- La résolution : c’est la densité de points captés sur une surface. Plus la résolution est grande, plus les points sont rapprochés. Une densité trop faible limite la précision avec un écart de points trop grand. C’est donc ici qu’on détermine la distance des éléments à scanner (environ 10 mètres, entre 10 et 20 mètres, supérieure à 20 mètres)
- La qualité : c’est le temps que le scanner prend pour vérifier et mesurer la position de chaque point. Plus la qualité est élevée, moins il y aura de points parasites. Ce facteur qualité dépend également du type de matériaux scannés (sombres, brillants, loin, etc).
- La couleur : c’est le réglage qui permet d’afficher les photos à 360° en couleur ou en noir et blanc.
La combinaison de ces facteurs détermine la durée du scan. Elle peut varier considérablement :
- Intérieur / <10 mètres / Qualité standard / Noir et blanc : 1’30 min
- Extérieur / entre 10 et 20 mètres / Haute qualité / Couleurs : 10 min
Préparer ses profils, c’est donc anticiper la durée d’intervention suivant la position et le nombre de stations à faire. La quantité de stations pouvant être considérable dans un bâtiment très cloisonné, il faut être pragmatique. Afin d’allier qualité, précision et efficacité, il s’agit de trouver le juste milieu du bon paramètre.
II. Jour J : réussir son relevé
Une bonne préparation est un pas vers un relevé réussi. Mais cela ne fait pas tout !
Le Jour J, il y a plusieurs points à garder en tête.
1. Visiter le site et anticiper le relevé
Le jour J, une fois que les équipes sont en place, il est primordial, dans un premier temps, d’effectuer une visite complète de l’ouvrage avant de commencer le relevé. Il faut notamment vérifier que les portes sont accessibles et ouvertes, que l’encombrement est minimal, qu’il y a de la lumière dans chaque pièce … Une visite intelligente et efficace permet de lever toutes les barrières à la prise, et de gagner du temps lors que le relevé commence.
Les voitures, piétons, engins en mouvement .. sont autant de points qui vont être relevés par le scan, et qui ne sont pas nécessaires, voire même peuvent potentiellement gêner le scan à un moment donné. La visite permet également d’anticiper ces sujets, et d’ajuster le planning de prise lorsque cela est possible : si les engins rentrent au hangar à telle heure, il vaut mieux relever le hangar avant.
Enfin, il arrive que les bâtiments à scanner soient occupés et/ou que l’activité y soit confidentielle – comme l’armée, une manufacture de bijoux … Les équipes doivent donc faire preuve de la discrétion la plus totale, et gêner le moins possible.
2. Veiller à la bonne installation du Scan
Une fois la visite effectuée et le planning de prise précisé, il est temps de mettre en place le Scanner. Comme nous ne travaillons quasiment qu’avec des scanners statiques au vu de nos projets, il faut poser le scanner sur trépied à l’endroit où nous commençons la première prise.
Nous avons développé un protocole en interne pour mettre en place le Scan et s’assurer de sa bonne installation. Par exemple, nous utilisons la boussole interne au scan, et vérifions la planéité avant de débuter. Dans le paramétrage du scan, nous avons défini des clusters, auxquels chaque station sera rattachée, et qui permet de faciliter le recollement par la suite.
A chaque station, il faut donc s’assurer que le cluster est le bon, mais également que le scanner est droit, bien géoréférencé, et qu’il est par exemple dans le bon groupe.
L’utilisation des sphères nous permet d’améliorer la précision et de minimiser les erreurs, comme vu précédemment.
Lorsque la prise de scan est terminée, il faut s’assurer qu’aucune pièce n’est oubliée, ni les sphères que nous avons posées au préalable. Pour cela, il est toujours pertinent de refaire un tour complet du bâtiment, et de tout vérifier.
3. S'assurer que tout a été relevé
Lorsque la prise de scan est terminée, il faut s’assurer qu’aucune pièce n’est oubliée, ni les sphères que nous avons posées au préalable. Pour cela, il est toujours pertinent de refaire un tour complet du bâtiment, et de tout vérifier.
III. Soigner le traitement du relevé
Réussir son relevé, c’est bien, mais réussir à le traiter correctement, c’est encore mieux. Car un relevé au Scan 3D se concrétise sous la forme d’un nuage comportant des milliers de points … qui peut être inexploitable si les points ne sont pas nettoyés ni traités.
Le traitement d’un nuage de points n’est pas de tout repos, voici la preuve en 4 étapes :
1. Faire très attention aux données
Les données sont automatiquement et immédiatement sauvegardées dans la carte mémoire du scan. Chez DEFIBIM, nous préférons les sauvegarder une deuxième fois, sur une clef par exemple, afin de parer à toute éventualité désagréable (doux euphémisme) telle que la perte ou la casse de la carte mémoire, qui impliqueraient de recommencer le relevé en entier.
2. Importer le fichier brut et recoller
Les données se transfèrent et s’importent depuis la carte SD dans un logiciel de traitement de nuage de points, généralement vendu avec le Scan (chez nous, c’est Scène).
C’est là que les clusters que nous avons auparavant définis prennent tout leur sens, car le traitement du nuage de points se fait par petits groupes pour que l’opération soit plus facile et logique.
Chaque scan d’un cluster reçoit un traitement afin d’améliorer son rendu : en appliquant des filtres, de la couleur, etc. Le traitement permet également de faciliter le recollement en détectant les cibles comme les sphères installées lors de l’intervention.
Une fois que chaque cluster est traité, on procède au recollement. Cela consiste à géoréférencer ces clusters les uns avec les autres, selon les 3 axes, de manière automatique ou manuelle. Même si le Scan 3D est un outil assez intelligent, recollant seul les scans grâce à la boussole ou au capteur d’altimétrie, cela reste approximatif.
Pour assurer la qualité du nuage, DEFIBIM porte une attention particulière sur le rapport de vérification final qui atteste de la précision du relevé.
3. Nettoyer le nuage de points
Le nuage est composé de millions de points mais tous ne sont pas forcément pertinents. Les points capté à l’extérieurs, tels que le paysage et les flux de personnes/véhicules ne sont pas utiles et peuvent discréditer la pertinence du nuage. Un nettoyage s’impose donc en supprimant les points en doubles et inutiles pour le rendu.
Le nuage de points étant désormais prêt, il est possible de l’exporter entièrement ou partiellement selon son usage.
4. Exporter et partager le nuage
L’exploitation du nuage de points varie en fonction du format dont on l’exporte. Chez DEFIBIM, on propose les formats :
- RCP : il regroupe plusieurs fichiers de numérisations qui permet l’insertion dans un logiciel de modélisation ou de visualisation du nuage dans sa globalité
- Orthophotos : elles constituent un fichier léger d’une vue du nuage de points brut.
Leur intégration et leur production rapide font d’elles un format très appréciable à manipuler
- Webshare : cette plateforme cloud est mise à disposition par nos soins afin de proposer aux acteurs du projet une balade virtuelle (de station en station) dans le jumeau numérique.
Ses fonctionnalités de prise de côtes, de photos 360° et d’ajout d’annotation améliorent la collaboration autour du projet
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Bonus - Points de vigilance
Point #1 - Conditions météorologiques
Les jours de pluie, le laser peut rebondir sur les gouttes, ce qui fausse complètement le résultat obtenu.
Le vent peut aussi interrompre une prise dans la mesure où le scanner peut bouger à cause d’une rafale.
Le niveau d’ensoleillement élevé contraint également le paramétrage de l’outil et peut influer sur la qualité de colorisation des points du nuage.
Quant à la neige, le laser lui rebondit dessus parfaitement, malheureusement. S’il y a de la neige sur un toit lors du relevé, il sera impossible de déterminer l’épaisseur du complexe de toit. La pente de toit par exemple sera approximative et l’arase du faitage impossible à déterminer.
Point #2 - Entretien du Scan
Une grande partie de la technologie du nuage de points repose sur la qualité et la propreté du prisme. Si le verre est sale ou rayé, le relevé sera complètement faussé car le faisceau peut être dévié.
C’est pour cela que nous avons notre propre matériel avec une procédure d’entretien, et préférons éviter le matériel de location.
Point #3 - Type de matériaux
Lors de relevés sur des matériaux extrêmement sombres (ardoise noire par exemple), très peu de lumière va être réfléchie car elle sera en partie absorbée par le matériau. Les points manqueront donc de pertinence.
Nous rencontrons également des cas lors desquels les faisceaux sont déviés au moment de toucher l’objet, comme sur des gaines inox ou des miroirs, et faussent ainsi le nuage de points. C’est lors du nettoyage de ce dernier que l’on supprime ces « bruits ».
Récapitulons
Le Scan 3D est un outil très puissant qui permet de relever l’existant d’une manière exhaustive, rapide, et très précise.
Cependant, le relevé ne fait pas tout :
- Il faut comprendre les besoins du client en amont, car cela va influer sur les paramétrages ou la prise de scan.
- Ensuite, la préparation de l’intervention ainsi que du Scan est primordiale, elle va permettre d’assurer la qualité du relevé et sa rapidité.
- Le jour J, il faut veiller à bien installer son scan, connaître le site, et s’assurer que tout a été relevé.
- Le traitement du nuage de points est un travail à part entière et demande des compétences techniques pointues : un nuage de points exploitable a été bien nettoyé, traité et recollé !
- Le nuage de points peut être exploité de plusieurs façons différentes : nuage de points brut, orthophotos, balades virtuelles, dossier de plans … Et servir de support pour la maquette BIM !
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