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Numérisation de la géométrie à partir d'images raster de dessin au trait

La définition de la coque n'est pas toujours une question de conception

Alors que nous aimons penser à tous les beaux yachts que nous pourrions concevoir, la majorité du travail d'un architecte naval se fait souvent avec des navires existants dans la gestion et l'entretien de la vie d'un navire. Nous devrons fréquemment effectuer des analyses et proposer des modifications. Pour prendre en charge ces processus, nous devrons souvent analyser quelque chose qui dépend de la coque et souvent la définition n'est disponible que sous forme de plan ou de décalages. Il est fastidieux de mesurer une définition de coque à partir d'un plan 2D, mais PolyCAD offre une alternative, la possibilité d'insérer une image numérisée dans l'environnement de conception pour permettre le traçage de la géométrie sur le dessus. Les modélisateurs trouveront également cette capacité utile en leur permettant de transformer les informations de source 2D en une surface 3D.
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Copie conforme!
Les plans en deux dimensions et les copies papier sont les principaux moyens de saisir des informations sur la conception et la construction depuis plus de quatre cents ans. Cependant, au cours des dernières décennies, les moyens de capturer des informations numériquement sont devenus courants et la nécessité de maintenir une représentation numérique des informations de conception et d'ingénierie remplace l'équivalent papier. Cela dit, la copie papier est résistante et robuste. Une quantité considérable de géométrie 2D a été créée au cours du siècle dernier, d'abord à la main, puis à l'aide d'outils de conception assistée par ordinateur où les informations étaient imprimées ou tracées. Il est relativement facile de convertir un objet 3D en une représentation 2D par projection et coupe, mais inverser le processus est un défi. Il y a un besoin d'interpréter les lignes et les styles en particulier dans le cas d'un plan de lignes. Ce n'est pas quelque chose pour lequel les ordinateurs sont bons, enfin, pas encore.

Lignes de mesure
L'utilisation de l'échelle de l'ingénieur pour capturer les décalages d'un plan de lignes reste le principal moyen de capturer la géométrie d'une forme de coque à partir d'un plan 2D. Les décalages sont capturés en mesurant avec un motif particulier sur le plan sous la forme de coordonnées, généralement avec un degré de précision assez incontrôlable. Ces coordonnées sont saisies dans le logiciel de CAO sous forme de courbes ou d'un maillage de points. Si les points capturent mal une région de la surface, il faut revenir au plan et mesurer. Compte tenu de la taille des plans de lignes et de la quantité d'espace disponible sur le bureau moderne, il est probable que cela implique de marcher vers une autre partie de la pièce. C'est une activité fastidieuse qui demande de la patience.
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Mesurer des plans de lignes à l'aide d'une échelle d'ingénieur est fastidieux et inefficace.
Du point de vue d'un développeur de logiciels, il est difficile d'améliorer ce processus car l'acte de mesurer et de se déplacer dans le plan domine le temps qu'il faut pour effectuer cette activité.

Optimiser le processus de mesure
Les numériseurs électroniques améliorent ce processus en supprimant le besoin d'interpréter l'échelle des ingénieurs, de noter les coordonnées et de saisir les données dans le logiciel. L'amélioration est réalisée grâce à du matériel spécialisé et des applications logicielles spécialement conçues. Mais les défis ont commencé à apparaître avec cette approche. Premièrement, les numériseurs grand format nécessaires à la capture de plans, qui peuvent mesurer quelques mètres de long, sont chers car il n'y a pas un grand marché pour eux. Ils avaient tendance à se connecter à l'ordinateur à l'aide d'interfaces série et étaient lents à adopter les connexions USB. Compte tenu du rythme auquel la technologie informatique progresse, la durée de vie utile d'un numériseur peut n'être que de quelques années en raison des modifications apportées au système d'exploitation et de la nécessité de disposer de pilotes à jour. De plus, les numériseurs ont tendance à être assez fragiles et peuvent atteindre le seuil de rentabilité avec un traitement soigneux. Le plus grand défi est le coût et il est peu probable que personne d'autre qu'un grand bureau d'ingénierie puisse se permettre ce type d'équipement.
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Les numériseurs facilitent le processus de capture, mais le matériel est coûteux et n'est pas toujours pris en charge lors de la mise à niveau des systèmes d'exploitation.
Numérisation : placez le papier dans l'environnement CAO

Alors que la technologie des numériseurs est restée spécialisée, la technologie de numérisation d'images a pénétré toutes les parties du marché des périphériques. De l'imprimante/scanners combinés gratuits inclus dans l'achat d'un nouvel ordinateur aux scanners grand format utilisés pour convertir les dessins papier en leur équivalent électronique dans les bureaux d'ingénierie et les ateliers de copie. Les plans peuvent être capturés sous forme d'images d'art au trait, puis visualisés et traités dans le logiciel. Le saut pour prouver la capacité d'extraire la géométrie des images n'est alors que petit et il n'a pas besoin d'impliquer de matériel spécialisé et coûteux.

Une question d'interprétation : numériser électroniquement les plans de lignes
Des fonctionnalités permettant de convertir des images en géométrie vectorielle peuvent être trouvées dans de nombreux logiciels graphiques, des outils Open Source comme Inkscape aux systèmes de CAO sérieux comme AutoCAD. En général, ces processus dépendent d'algorithmes tels que les techniques Canny Edge et Thinning. La sélection de l'algorithme est assez importante car des techniques telles que Canny Edge capturent le contour des bords de la ligne lors de leur transition du blanc au noir, puis du noir au blanc. Par conséquent, chaque ligne tracée peut être capturée par plusieurs éléments géométriques. L'amincissement, d'autre part, vise à identifier le centre ou la médiane de la ligne de tirage, mais comme un processus d'érosion est utilisé pour réduire l'épaisseur de la ligne au minimum, cela peut signifier que des détails sont perdus.

​Dans la plupart des cas, ces outils de conversion viseront à faire un équivalent vectoriel de l'image raster. Cela n'a pas d'intérêt lors de la reconstruction d'une surface de coque à partir d'un plan de lignes. Il est plus important de comprendre comment l'auteur original a traduit la conception 3D en une représentation 2D afin que les caractéristiques importantes puissent être extraites. Les approches de traçage ci-dessus peuvent être utiles, mais souvent trop de géométrie est générée, d'autant plus qu'il est possible de régénérer une surface à partir d'un ensemble sélectionné de décalages mesurés manuellement. La solution la plus simple peut être de permettre à l'utilisateur du logiciel de tracer à partir de l'image au fur et à mesure de ses besoins. Plutôt que d'essayer de créer un algorithme complexe pour recréer la surface qui a peu de chances d'être robuste, nous éliminons le besoin d'espace sur le bureau, la balance de l'ingénieur, l'écriture des nombres, la saisie et la marche entre les postes de travail. Les vues en plan peuvent être visualisées, calibrées en 3D aux dimensions correctes et à la géométrie tracée sur le dessus. C'est la solution la plus simple possible.
Utilisation d'images dans PolyCAD
L'importation d'une image dans PolyCAD est simple. Une fois en 3D, l'image peut être positionnée et calibrée pour la préparer au traçage. Actuellement, les formats jpg, gif, png, tiff et Windows bmp sont pris en charge et si l'image contient différentes projections ou directions de vue de la géométrie, il sera nécessaire de diviser chaque vue en images distinctes. Le fractionnement des vues et l'orientation des images afin qu'elles forment une vue orthogonale précise peuvent être obtenus dans l'éditeur d'images. Importation La première étape consiste à sélectionner le bouton de l'outil Plan d'image dans la page Courbe du menu Onglet. Ensuite, dans l'orientation correcte de la vue, faites glisser un rectangle à l'aide de la souris. Le formulaire d'ouverture de fichier apparaîtra maintenant pour sélectionner le fichier image. Par la suite, l'image sera importée et traitée dans la bonne taille.

Assemblage
Une fois l'image chargée et sélectionnée, le plan de projection et le décalage de position peuvent être définis. Les dimensions limites de l'image peuvent être définies numériquement. Si l'image est éditée, en appuyant sur F2, les étendues de l'image peuvent être définies de manière interactive à l'aide de la souris.
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Les images peuvent être assemblées en 3D pour aider à la régénération d'une surface de coque.
Si plusieurs vues de l'artefact sont disponibles, chaque vue peut être chargée et assemblée dans la bonne position. Typiquement, un plan de lignes peut être assemblé en 3 plans différents correspondant au profil, aux lignes de flottaison et aux plans de carrosserie.

Étalonnage
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L'image doit maintenant être calibrée dans l'environnement de conception pour permettre le traçage d'une géométrie dimensionnée avec précision. Dans la plupart des situations, les dimensions externes de l'image seront de taille arbitraire et positionnées en fonction des dimensions de numérisation ou de toute modification d'image. Ces mesures ne peuvent pas être utilisées pour l'étalonnage. Cependant, il y a souvent des informations de référence ou un motif de grille dans l'image avec des dimensions connues qui peuvent être utilisées pour l'étalonnage. Lors de l'importation d'un plan de lignes, les positions des marques de référence évidentes sont les lignes de base, les lignes centrales, la ligne de flottaison de conception, etc.
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L'image peut être calibrée à la taille en utilisant des positions de référence.
L'étalonnage est effectué en positionnant d'abord de manière interactive un rectangle de mise à l'échelle de sorte que ses limites s'alignent avec les positions de référence. Appuyez ensuite sur le bouton Rescale to Window Dimensions pour afficher le formulaire d'étalonnage. Celui-ci comporte 4 cases correspondant à chaque côté du rectangle de mise à l'échelle. Tapez les dimensions numériques correspondant à chaque bord comme représenté sur le formulaire et appuyez sur ok pour Redimensionner. Si le rectangle de mise à l'échelle a été inversé ou l'image vue de l'envers, l'image calibrée peut être inversée en conséquence. Effectuez à nouveau le calibrage et il devrait revenir à la bonne orientation. ​

Tracé
Une fois l'image correctement positionnée, la géométrie peut être numérisée sur l'image. En général, il est recommandé de capturer les lignes de l'image sous forme de polylignes plutôt que de tracer des types de courbes ou des surfaces plus complexes. Une fois que l'image a été capturée sous forme de polylignes, il sera plus facile de manipuler les types de géométrie les plus complexes en position. N'oubliez pas que les polylignes tracées n'ont qu'à capturer autant de détails que vous en avez besoin. Si vous tracez trop de détails, vous pourriez y consacrer plus de temps que nécessaire.
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Une fois l'image calibrée, la géométrie peut être tracée sur le dessus
Lors du traçage d'un plan de lignes, il est recommandé de tracer d'abord tous les contours de l'image 2D, puis de mettre à jour la position de chaque courbe dans la 3ème coordonnée par la suite.

​Lors du traçage de la géométrie, vous pouvez rencontrer certaines situations qui entravent le processus. Par exemple, si l'image est devant le plan de travail, la géométrie peut disparaître derrière l'image. Dans ce cas, repositionnez le plan image légèrement derrière la géométrie. Lorsque vous travaillez sur des positions de plan de principe, cela peut signifier régler la position du plan à -0,01. Selon la couleur de l'arrière-plan de l'environnement de conception, la couleur de la ligne et la géométrie générale de la couleur de l'image peuvent se fondre dans l'image. Dans cette situation, la couleur de l'image peut être inversée à l'aide du bouton Couleur de l'image négative.

 Éditeur d'images
Un éditeur d'images intégré est maintenant introduit dans l'application permettant la préparation et le traitement des images sans avoir besoin de séparer le logiciel de traitement d'images. L'éditeur d'images fournit une gamme de fonctions dédiées au traitement des images de dessin au trait telles que les plans de lignes qui peuvent être mal numérisés ou l'image source de mauvaise qualité, comme à partir d'une photocopie.
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Effectuer une opération de recadrage dans l'éditeur d'images
Une gamme d'installations de traitement typiques permet de recadrer, de redimensionner et de créer de nouvelles images à partir d'un rectangle de sélection, ce qui permet d'importer des images et d'ajuster les étendues avant que l'image ne soit projetée dans le modèle 3D. Les couleurs de l'image peuvent être inversées, ajustées en luminosité ou en contraste, converties en niveaux de gris ou en noir et blanc via un filtre à seuil. ​
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Deux lignes tracées sur une image déformée peuvent être utilisées pour la réorienter prêt pour la numérisation à l'aide de transformations de rotation et d'inclinaison.
Pour résoudre le désalignement, les images peuvent être tournées ou redressées pour produire une vue orthogonale précise. La rotation de l'image est obtenue grâce à un ajustement angulaire à des fractions de degré. Alternativement, l'image peut être redressée en numérisant une seule ligne d'orientation qui fera pivoter l'image à l'horizontale ou à la verticale. Deux lignes d'orientation peuvent être utilisées pour corriger une distorsion plus complexe en appliquant à la fois une rotation et une inclinaison à l'image, rendant les lignes de tracé respectivement horizontales et verticales. Toutes les lignes de grille dans l'image peuvent être tracées avec ces lignes d'orientation pour appliquer les corrections. Des lignes de quadrillage orthogonales peuvent être superposées sur l'image en cliquant sur les règles et en les faisant glisser dans le contenu de l'image. ​
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Nettoyage d'une image à l'aide du filtre antiparasite
La qualité de l'image pendant le traçage peut être améliorée en appliquant un filtre Depeckle qui supprimera les amas isolés de pixels et l'épaisseur des lignes de l'image peut être réduite à un seul pixel en appliquant un filtre d'amincissement.
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Réduire les lignes à un seul pixel à l'aide du filtre Thinning
X-Topologie
Les images sont une excellente source d'informations pour les surfaces X-Topology et les réseaux de courbes. En étendant l'approche des meilleures pratiques au traçage d'images, il s'ensuit que, comme mentionné ci-dessus, l'image doit d'abord être tracée avec des polylignes, puis assemblée correctement en 3D. Habituellement, pour mieux définir les courbes de la forme primaire longitudinalement, une trace des sections du plan du corps est tout ce qui devrait être nécessaire pour capturer la forme de la surface. Les courbes X-Topologie peuvent ensuite être ajustées aux sections à l'aide d'une intersection et d'un ajustement par spline ou par des moindres carrés. Toutes les courbes limites et caractéristiques seront extraites au préalable des vues plus appropriées.
e qui devrait être nécessaire pour capturer la forme de la surface. Les courbes X-Topologie peuvent ensuite être ajustées aux sections à l'aide d'une intersection et d'un ajustement par spline ou par moindres carrés. Toutes les courbes limites et caractéristiques devront être extraites au préalable des vues les plus appropriées.
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Des surfaces détaillées peuvent être assemblées à l'aide d'une géométrie tracée