Dissertations / Theses on the topic '3D digitization'

History
M.A.
This project draws upon material culture, digital humanities, and archival theory and method in the service of public history investigations. After selecting an artifact and performing object analysis, I will digitize the artifact and materialize a new object. I will then perform another object analysis on the 3D printed object. This exercise will provide the familiar benefits of object analysis, but the decisions and interactions necessary to digitize and materialize the object provide a fresh perspective. I will propose approaches for performing similar investigations in repositories, along with a pedagogical argument for doing so. By emphasizing modularity, flexibility, and minimal capital requirements, I hope these approaches can be adapted to a variety of institutions and audiences. Researchers will reap the benefits of intellectual and emotional engagement, hands-on learning, and technological experimentation. Public historians will have the opportunity to engage in outreach and innovative education and exploration of their collections.
Temple University--Theses

The technical paper deals with the application of 3D scanning for the preparation of cast machining which is a part of steam turbines manufactured by the Industrial Turbo machinery branch office of the Siemens Ltd. in Brno. There is a theoretic explanation of general terms which relate to the 3D digitization process in the first part. Further in the theoretic part, the used digitization systems TRITOP and ATOS are described in detail. In practical part, the analysis of the current process has been carried out and the alternate process of the cast preparation for a subsequent machining has been suggested. By means of above mentioned systems, the cast has been converted in a digital form and compared with the source CAD module. The comparison results in material allowance check and the suitable setting for a following machining process. In conclusion, the technical economic evaluation of both processes has been carried out.

Plumage is a stereoscopic 3D experience showcasing the culmination of a personal exploration and observation of birds: a digitally modeled and rendered, fantastical bird referred to simply as a Phoenix. In many cultures birds are tied to ideas of freedom, power, and the otherworldly. Preconceived notions of a phoenix exist across many cultures as well, but for this project I wanted to create my own interpretation. While working, I drew upon my admiration of birds for their qualities of strength, beauty, and curiosity to infuse into the project. Inspired by the dynamic and detailed works of naturalists like John James Audubon, I took the opportunity to make my own observations and records of birds. I began exploring different processes of digitizing three-dimensional forms by scanning bird skins. However, due to the nature of fibrous and reflective materials (of which birds are often both) I ran into challenges that made accurate and detailed representation difficult if not impossible. From there I made the decision to pursue a more imaginative artistic approach to the project. More than just a homage to feathers and birds, this project represents the continued value of artists in the field of preservation and their ability to push visuals further with their own observations where automation and digitization fall short. Using life references I created my own textures and forms with details meant to emulate my favorite aspects of the birds that inspired me throughout my journey. Larger-than-life, projected stereoscopic 3D allows the audience to see details clearly and enhances the dynamic quality of the piece; both very important elements that needed to shine through in the final artwork. Plumage is made possible through the use of the Cyclorama, a series of convex screens that surround an audience and allow them to appreciate scenes projected in stereoscopic 3D.
Master of Fine Arts

Die Idealvorstellung eines vollständig digitalisierten Behandlungsalltags rückt mit fortschreitender technologischer und informationeller Entwicklung stetig näher an die Realität. Zu Beginn bestand lediglich die Möglichkeit einer elektronischen Patientenakte, hinzu kamen vielfältige Möglichkeiten der digitalen Bildgebung und wurden schließlich um das Ziel eines vollständigen digitalen Workflows ergänzt. Die Planung der interdisziplinären kieferorthopädischen / kieferchirurgischen Versorgung von Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumen-Spalten (LKGS) wurde bis vor kurzem am Universitätsklinikum Dresden noch hauptsächlich analog durchgeführt. Eine volldigitalisierte Behandlungsplanung unter Einbeziehung aller beteiligten Behandler fand nicht statt. Ziel des Projektes war es deshalb, eine digitale Plattform zur interdisziplinären zahnmedizinischen Versorgung von LKGS-Patienten zu schaffen. Dazu wurde zuerst die bisher erforderliche Abdrucknahme mittels Alginat und die anschließende Herstellung eines Gipsmodells durch einen intraoralen 3D-Scan der Zahnbögen des Patienten abgelöst. Anhand des intraoralen 3D-Scans können nun die erforderlichen Trinkplatten mittels 3D-Druck erstellt werden. Zweiter Schritt war die Anfertigung von 3D-Aufnahmen der Weichteile des Gesichtes mittels eines extraoralen 3D-Scanners. Als dritter Schritt erfolgte die Anfertigung von Digitalen Volumentomografie (DVT)-Aufnahmen zur 3D-Darstellung des Schädelknochens und Kieferskeletts. Nach der Anfertigung wurden diese bildbasierten Datensätze zu einem „digitalen Zwilling“ (virtuelles 3D-Modell aus DVT, intra- und extraoralen 3D-Scan) zusammengefasst, wodurch erstmalig ein umfassendes 3D-Modell des Mund-Kiefer-Raumes einschließlich wichtiger Informationen zum Kiefergelenk und der anliegenden Weichteile entstand. Dieses virtuelle Modell bildet jetzt die Grundlage für die Behandlungsplanung und die Planung der weiteren zahnmedizinischen und medizinischen Versorgung. Es konnte also im Projekt die komplette Digitalisierung der Diagnostik, die Etablierung einer Fusionsplattform und der Datenaustausch zwischen Uniklinik und privater Praxis umgesetzt werden.

This master thesis deals with the 3D scanning. This thesis explain methods of reversal engineering with a special aim for technical disciplines. Also some examples are being given. Next part deals with the 3D scanning technology and focuses on separation of scanners to a different groups and associated technology. Basically the scanning methods are separable to destructive and non-destructive groups. An images are obtained by 3D scan, its problematics and z-axis acquisition follow in next part of the thesis. Afterwards some key parameters suitable for selection of scanning systems are selected. A scanner "David SLS2" and its basic parameters, manipulation, service and calibrating process is being described. Last part deals with function and construction of rotating table used together with the 3D scanner David SLS2.

A surface characterisation of the Arnager Greensand in south Sweden, a deep saline aquifer found to be suitable for geological storage of CO2 or energy storage, was undertaken in this thesis. Vintage seismic reflection data only available as scanned tiff images of the final stacked sections were digitized and processed using modern interpretation software to provide new insights into the morphology of the Arnager Greensand and to analyse the reservoir’s potential as an energy storage unit. The primary energy storage method discussed and evaluated was Compressed Air Energy Storage (CAES). This is a modern energy storage method developed as a tool for regulating inherently intermittent renewable energy sources. Such methods are key to the growth of the renewable sector and for providing a competitive alternative to fossil fuels. Moreover, in comparison with other energy storage methods such as battery storage, CAES is known to have strong potential to deliver highperformance energy storage at large scales for relatively low costs compared with any other solution. Previous studies conducted in the 1980’s by Swedegas produced a 2D isochrone surface map of the Arnager Greensand by hand interpolation methods utilizing analogue data collected by Oljeprospektering AB (OPAB, currently Svenska Petroleum). The Geological Survey of Sweden (SGU) has now transferred a vast amount of the historical OPAB dataset to modern digital format. This thesis contributes to those efforts and seeks to find new interpretations from the vintage data. A more comprehensive 3D model of the top of the Arnager Greensand employing the application of modern interpretation software was produced in this study. Strong similarities between morphology and dip-trend have been observed between the surface model generated in this report and the historical Swedegas isochrone surface map. Reservoir properties such as thickness, porosity and permeability gleaned from the earlier reports show the Arnager Greensand to exhibit excellent potential as a storage unit. Preliminary effective capacity estimates by Nordic CCS Competence centre show the Aranger Greensand to be one of the top three storage aquifers in Sweden. These positive appraisals highlight the need for a better characterization of the Aranger Greensand through data digitization and modern interpretation means. This thesis contributes to that endeavour.

Entende-se que ao assumir uma atitude faça-você-mesmo, bem como táticas de apropriação e princípios maker, é possível uma aproximação e maior interação dos museus com a sociedade contemporânea, podendo oferecer uma renovação participativa e contínua de processos. Isto tudo, sem demandar grandes investimentos, motivando os participantes a aprender fazendo e a compartilhar o conhecimento. O uso de uma técnica de digitalização tridimensional faça-você-mesmo, além de trazer agregada a atitude, possibilita a valorização do acervo museológico. Um objeto da coleção torna-se, então, capaz de transpor sua singularidade para alcançar distâncias além das geográficas, levando para o público seu conhecimento para valorização e conscientização de salvaguardar o acervo. Neste sentido, esta pesquisa contempla o desafio de propor diretrizes projetuais para o uso da digitalização 3D faça-você-mesmo em diferentes tipologias de acervos museológicos. Essas diretrizes foram construídas a partir de informações levantadas em experimentos e entrevistas, posteriormente, trabalhadas através de um processo criativo realizado num workshop no Museu Júlio de Castilhos, instituição museológica mais antiga do Rio Grande do Sul, e, por fim, diretrizes e resultados do workshop passam por um refinamento para a confecção de um framework de diretrizes projetuais. O perfil da instituição participante das atividades da pesquisa foi estabelecido por sua variedade de coleção, por apresentar peças com diferentes características físicas, químicas e morfológicas. Os resultados obtidos indicaram a oportunidade de tornar o acervo do museu mais acessível ao público de forma segura, possibilitando diferentes atividades educativas, maior disponibilidade, alcance para as pesquisas e maior conhecimento do acervo do museu.
It is understood that by taking a do-it-yourself attitude, as well as appropriation tactics and maker principles, it is possible to approach and interact more museums with contemporary society and can offer a participatory and continuous renewal of processes. All this, without demanding large investments, motivating participants to learn by doing and sharing knowledge. The use of a three-dimensional digitization technique do-it-yourself, in addition to bringing aggregates to the attitude, makes possible the valuation of the museological collection. An object of the collection becomes able to transpose its singularity to reach distances beyond the geographic ones, taking to the public its knowledge for valuation and awareness to safeguard these collections. In this sense, this research contemplates the challenge of proposing design guidelines for the use of do-it-yourself 3D digitization to be used in different types of museums. These guidelines were constructed from information collected in experiments and interviews, later worked through a creative process carried out in a workshop at the Júlio de Castilhos Museum, the oldest museum in Rio Grande do Sul, and, finally, guidelines and results of the workshop will go through a refinement for the creation of a framework of design guidelines. The profile of the institution participating in the research activities was established by its collection variety, because it presents pieces with different physical, chemical and morphological characteristics. The results indicated the opportunity to make the museum's collection more accessible to the public in a safe way, allowing different educational activities, greater availability, scope for research and greater knowledge of the museum's collection.

Syfte: Den digitala utvecklingen inom byggproduktionssektorn ligger efter jämfört med många andra branscher och har fått ryktet om att vara rent av konservativ. Att säga att utvecklingen står stilla stämmer inte då majoriteten av företagen arbetar aktivt för en mer digitaliserad sektor. Trots detta domineras produktionsplatserna av pappersdokument, icke autonoma system och själva arbetet utförs mer eller mindre på samma sätt som det gjort i flera decennier. Trots att flertalet digitala verktyg och implementeringsmodeller finns tillgängliga möter dem inom byggproduktionssektorn en hel del motstånd. Denna rapport granskar de digitala innovationer som är på uppgång och som kan göra betydande nytta inom byggproduktion. Metod: Via sökmotorer på högskolans databas, samt internet gjordes insamling av rådata som sedan skulle analyseras och ligga till grund för kvalitativ insamlingsmetod. Litteraturstudien var grundpelaren som betingade de semistrukturerade intervjuerna, som i sin tur möjliggjorde en jämförelse mellan det teoretiska ramverket och intervjuresultat. Resultat: En klar majoriteten av de intervjuade aktörerna ansåg att 3D-skrivaren någon gång i framtiden kommer att inta byggsektorn. En implementering av 3D-skrivaren skulle medföra kortare produktionstider, reducerade produktionskostnader, eliminering av spill och mindre arbetskostnader. Autonoma systems inträde i byggproduktionssektorn kommer förmodligen inte ske inom en snar framtid då olika byggprojekt skiljer sig åt väldigt mycket. Hade byggandet blivit mer monotont skulle det underlätta väldigt mycket, men i dagsläget är sällan ett projekt det andra likt. Big data är en innovation som skulle kunna revolutionera byggbranschen på flera håll. Respondenterna förstod dock inte begreppets innebörd vilket tyder på att det inte satsas någonting på Big data inom produktionssektorn. Möjligheterna för Big data är många och det kan bland annat användas för effektivare kommunikation, effektivisering av produktionsplatsen, mer detaljerad koll på olika maskiner och mer kontrollerade material leveranser. Konsekvenser: För en allmänt lyckad implementering av 3D-skrivaren krävs det att även de mindre företagen kan införskaffa apparaten. De större företagen riskerar annars att konkurrera ut de mindre företagen. Då betong i allmänhet är ett material med förhållandevis hög miljöpåverkan medför detta konsekvenser för miljön som redan befinner sig i en utsatt position. Då det arbetas väldigt aktivt med att förbättra omvärldens miljöpåverkan är det därför viktigt att lägga fokus på att försöka producera mer miljövänlig betong. Begränsningar: Studien begränsades till ett fåtal svenska byggföretag i göteborgsregionen. I rapporten tas därför endast de fåtal respondenters åsikter med.
Purpose: The digital progress is slow within the constructional sector in comparison to other type of businesses and it has the reputation of being relatively conservative. To say that the progress is standing still would be mistake since the majority of constructional companies are working actively for a more digital construction site. Even though these companies are working hard towards a more digital sector the construction site is dominated by paper documents, non-autonomic systems and the labor is done the same way as it has been done for decades. Even though multiple digital tools and implementation models are available the construction sector is facing a lot of resistance. This report examines those digital innovations that are on the rampaging and can do a significant good within the construction sector. Method: Through search engines at the university's database, as well as the internet, collection of raw data was collected, which would then be analyzed and underlie for qualitative collection methods. The literature study was the foundation of the semistructured interviews, which in turn enabled a comparison between the theoretical framework and interview results. Findings: A vast majority of the interviewed participants believe that the 3D-printer sometime in the future may be used within the construction sector. An implementation of the 3D-printer would induce shorter production times, reduced production costs, elimination of waste and reduced costs for labor. Autonomic systems will probably not be implemented on construction sites within a short future since different construction projects are to diverse. If the construction would become more monotonic it would ease considerably, but today one project is rarely analogous to the other. Big data is an innovation that could revolutionize the construction sector in a lot of different ways. The respondents did not understand the meaning of the term, which interpret that it is not an innovation in focus for the time being. The possibilities of Big data are substantial and it could be used for more effective communication, more efficiency within the construction site, more detailed checkups of machinery and more controlled building material checkups. Implications: For a generally successful implementation of 3D-printers they need to be affordable for the smaller companies. Otherwise the larger firms risk to put the smaller firms out of business. Since concrete is a material with a relatively large impact on the environment this may cause consequences for the environment in the future since its already in an exposed situation. Since it´s globally working actively with improving the environment the focus should be in producing more environmentally acceptable concrete for the 31d-printers. Limitations: The study was limited to a handful of Swedish constructional companies within the Gothenburg region. In the report, only the opinions of a few respondent are taken to consideration.

Das Potenzial, welches der 3D-Druck im Tissue Engineering für Weichteilgewebe und Knochenersatz hinsichtlich Formgebung und Materialanpassung bietet, wird zunehmend genutzt, weiterentwickelt und ausgebaut. Die Diversität der dabei betrachteten, biologisch aktiven Biomaterialien setzt voraus, dass unterschiedliche Technologien wie Stereolithographie (STL), Fused Deposition Modelling (FDM), Selektives Lasersintern (SLS) in verschiedenen Ausbaustufen zum Einsatz kommen. In medizinischen Anwendungen und besonders im pharmazeutischen Bereich, sind neben den drei räumlichen Dimensionen zusätzlich weitere Dimensionen hinsichtlich der Produkteigenschaften interessant. Einerseits besteht diese Mehrdimensionalität aus strukturellen und geometrischen Gradienten (An, Teoh, Suntornnond & Chua, 2015; Jones et al., 2007; Neri Oxman, Steven Keating & Elizabeth Tsai, 2012). Zusätzlich sind aber auch stoffliche Abstufungen der prozentualen Anteile wichtig. Das betrifft beispielsweise die Einbringung von Wirkstoffen in die generativ aufgebauten Strukturen (Goole & Amighi, 2016; Kalaskar, 2017; Ursan, Chiu & Pierce, 2013). Meist werden dabei scharf abgegrenzte Abstufungen der Materialeigenschaften gezeigt. Dies erfolgt im 3D-Druck beispielsweise durch die Nutzung unterschiedlicher Dosierköpfe in einem Prozess für die jeweiligen Materialien/Materialabstufungen oder durch die getrennte Herstellung der einzelnen Bereiche und anschließendem Fügen der Scaffolds (Diaz-Gomez et al., 2019). Ein allmählich ansteigender/abflachender gradueller Verlauf des zugemischten Anteils (Wirkstoff/Marker) wird bisher nicht beschrieben. Gelingt eine Regelung der Wirkstoffzumischung während des generativen Prozesses, entstehen neue Freiheitsgrade in der Gestaltung der Eigenschaften, wie beispielsweise der pharmazeutischen Wirksamkeit der Produkte. Im biomedizinischen Kontext sind durch Gradientengestaltung innerhalb eines Implantates, unterschiedliche Wirkstoffkonzentrationen oder funktionelle Parameter, wie Festigkeit, Verformbarkeit oder Reaktivität einstellbar. Bei der Zumischung innerhalb des 3D-Drucks ist auch der Einsatz solcher Wirkstoffe denkbar, die bei konventionellen Herstellungsprozessen herausgelöst oder zersetzt würden. Innerhalb der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen der Pharmazeutischen Technologie (Institut für Pharmazie, Medizinische Fakultät) der Universität Leipzig und der Fakultät Maschinenbau und Energietechnik (Maschinenbautechnisches Institut) an der HTWK Leipzig wurde ein miniaturisierter Doppelschneckenextruder (DSE-DK) als Dosierkopf in eine 3D-Druckanlage integriert. Mit der auf dem FDM-Verfahren basierenden Technologie konnte bereits nachgewiesen werden, dass Polymere wie Polycaprolacton (PCL) verarbeitet und mit zugemischten Pulvern homogenisiert werden können (Flath et al., 2016). Es wurden innerhalb eines 3D-Druckprozesses Materialmischungen aus einer aufgeschmolzenen Polymerphase und einem zugeführten Pulver erzeugt. In diesem Aufbau konnten alle Materialien als Pulver zugeführt und dosiert werden. Ziel der hier betrachteten Arbeiten war es, den DSE-DK für pastöse Ausgangsstoffe zur Erweiterung des Einsatzspektrums nutzbar zu machen. Zusätzlich sollten Pasten/Pulver Mischungen und die Möglichkeit der Herstellung von graduellen Zusatzstoffkonzentrationen während der dreidimensionalen Verarbeitung untersucht werden. [... aus der Einleitung]

Die Idealvorstellung eines vollständig digitalisierten Behandlungsalltags rückt mit fortschreitender technologischer und informationeller Entwicklung stetig näher an die Realität. Zu Beginn bestand lediglich die Möglichkeit einer elektronischen Patientenakte, hinzu kamen vielfältige Möglichkeiten der digitalen Bildgebung und wurden schließlich um das Ziel eines vollständigen digitalen Workflows ergänzt. Die Planung der interdisziplinären kieferorthopädischen / kieferchirurgischen Versorgung von Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumen-Spalten (LKGS) wird momentan noch hauptsächlich analog durchgeführt. Eine volldigitalisierte Behandlungsplanung und –freigabe unter intersektoraler Einbeziehung aller beteiligten Behandler findet nicht statt. Neu entwickelte, digitale kieferorthopädische und –chirurgische Produkte, welche bis vor ein paar Jahren noch nicht denkbar waren, unterstützen den digitalen Workflow maßgeblich. 3D-Scanner und 3D-Fotoaufnahmen erstellen digitale Modelle, deren Daten zur Integration in den digitalen Workflow durch Softwareprozesse verarbeitet werden müssen. Um einen einfachen und strukturierten Zugriff auf die gesamten 3D Daten zu gewährleisten, ist die Idee entstanden, die anfallenden Daten und Unterlagen zu digitalisieren und in einer für diesen Zweck entwickelten Datenbank zu speichern und zu bearbeiten. Die konsequente Verwendung von digitalen 3D-Analysen und der Verzicht auf die aufwändige Erstellung der Diagnostik- und Therapieplanung aus einer Kombination von Gipsmodellen und 2D-Daten (z.B. Röntgenbilder) führen zu einer fundamentalen und richtungsweisenden Veränderung des Behandlungsplanungsprozesses. Räumlich und monetär aufwendige Bearbeitungsprozesse werden eingespart und Behandlungspläne können rascher erstellt werden, da sich alle notwendigen Unterlagen gebündelt in einem System wiederfinden. Weiterhin wird die Strahlenbelastung der Patienten wesentlich verringert, da eine Doppeldiagnostik durch mehrmaliges Anfertigen von Röntgenaufnahmen, DVTs und CTs in verschiedenen Abteilungen vermieden wird. Die Kommunikation, der Austausch und die konsiliarische Zusammenarbeit zwischen den Behandlern erfolgt unter Verwendung der europaweit ersten offenen, überregionalen telemedizinischen Plattform zur Verbesserung der medizinischen Versorgung – CCS TELEHEALTH OSTSACHSEN (THOS). [... aus der Einleitung]

La numérisation 3D permet de générer des représentations numériques très réalistes et fidèles géométriquement aux surfaces réelles. Cependant, cette fidélité géométrique, obtenue à l'aide d'un sur-échantillonnage de surfaces, augmente considérablement le volume de données générées. Les maillages ainsi produits sont donc très denses, et peu adaptés aux différents supports de visualisation, de transfert, de stockage, etc. La représentation semi-régulière des surfaces permet de diminuer le volume nécessaire à la représentation de ces maillages denses, et possède des qualités bien connues en matière de représentations multi-échelles et de compression. Cette thèse a pour objectif d'optimiser la chaîne de numérisation 3D classique en améliorant l'échantillonnage des surfaces tout en conservant la fidélité géométrique, et en court-circuitant les étapes fastidieuses qui conduisent à une représentation semi-régulière. Pour cela, nous avons intégré dans un système stéréoscopique, l'échantillonnage en disques de Poisson qui, grâce à ses propriétés de bruit bleu, réalise un bon compromis entre sous- et sur-échantillonnage. Ensuite, nous avons généré un mailleur semi-régulier, qui travaille directement sur les images stéréoscopiques, et non sur une version remaillée des nuages de points habituellement générés par ces systèmes. Les résultats expérimentaux montrent que ces deux contributions génèrent de façon efficace des représentations semi-régulières, qui sont géométriquement fidèles aux surfaces réelles, tout en réduisant le volume de données générées
Nowadays, 3D digitization systems generate numeric representations that are both realistic and of high geometric accuracy with respect to real surfaces. However, this geometric accuracy, obtained by oversampling surfaces, increases significantly the generated amount of data. Consequently, the resulting meshes are very dense, and not suitable to be visualized, transmitted or even stored efficiently. Nevertheless, the semi-regular representation due to its scalable and compact representation, overcomes this problem. This thesis aims at optimizing the classic 3D digitization chain, by first improving the sampling of surfaces while preserving geometric features, and secondly shortening the number of required treatments to obtain such semi-regular meshes. To achieve this goal, we integrated in a stereoscopic system the Poisson-disk sampling that realizes a good tradeoff between undersampling and oversampling, thanks to its blue noise properties. Then, we produced a semi-regular meshing technique that directly works on the stereoscopic images, and not on a meshed version of point clouds, which are usually generated by such 3D scanners. Experimental results prove that our contributions efficiently generate semi-regular representations, which are accurate with respect to real surfaces, while reducing the generated amount of data

La numérisation 3D telle que pratiquée aujourd'hui repose essentiellement sur les connaissances de l'opérateur qui la réalise. La qualité des résultats reste très sensible à la procédure utilisée et par conséquent aux compétences de l'opérateur. Ainsi, la numérisation manuelle est très coûteuse en ressources humaines et matérielles et son résultat dépend fortement du niveau de technicité de l'opérateur. Les solutions de numérisation les plus avancées en milieu industriel sont basées sur une approche d'apprentissage nécessitant une adaptation manuelle pour chaque pièce. Ces systèmes sont donc semi-automatiques compte tenu de l'importance de la contribution humaine pour la planification des vues.Mon projet de thèse se focalise sur la définition d'un procédé de numérisation 3D automatique et intelligente. Ce procédé est présenté sous forme d'une séquence de processus qui sont la planification de vues, la planification de trajectoires, l'acquisition et les post-traitements des données acquises. L'originalité de notre démarche de numérisation est qu'elle est générique parce qu'elle n'est pas liée aux outils et méthodes utilisés pour la réalisation des tâches liées à chaque processus. Nous avons également développé trois méthodes de planification de vues pour la numérisation d'objets sans connaissance a priori de leurs formes. Ces méthodes garantissent une indépendance des résultats par rapport au savoir-faire de l'opérateur. L'originalité de ces approches est qu'elles sont applicables à tous types de scanners. Nous avons implanté ces méthodes sur une cellule de numérisation robotisée. Nos approches assurent une reconstruction progressive et intelligente d'un large panel d'objets de différentes classes de complexité en déplaçant efficacement le scanner

Depuis plus de vingt ans, le besoin en numérisation 3D de pièces industrielles augmente considérablement. Par conséquent, un grand nombre de techniques expérimentales ont été proposées ainsi que quelques solutions commerciales. Cependant, des difficultés subsistent pour l'acquisition de surfaces optiquement non coopératives, comme les surfaces transparentes et/ou spéculaires. En effet, la transmission ou réflexion spéculaire de la lumière va à l'encontre du fonctionnement des systèmes conventionnels d'acquisition 3D, qui repose sur l'acquisition de la partie diffuse de la réflexion. Afin d'aborder la problématique de numérisation 3D des surfaces métalliques fortement réfléchissantes, nous proposons l'extension d'une technique non conventionnelle, initialement dédiée aux objets en verre et appelée " Scanning from Heating ". Cette technique diffère des approches classiques de triangulation active par la mesure de l'émission thermique de la surface plutôt que de la réflexion du rayonnement visible. Une source laser est géométriquement calibrée avec un capteur infrarouge pour extraire le nuage de points 3D des images thermiques. En nous appuyant sur les propriétés thermo-physiques des métaux, nous présentons un modèle théorique des échanges thermiques mis en jeu par la technique, permettant de démontrer la faisabilité sur les matériaux métalliques. Grâce à un outil de simulation par éléments finis, les résultats apportent des indications essentielles pour le développement d'une solution expérimentale et le réglage de celle-ci. Un premier dispositif expérimental a été mis en œuvre afin de valider le processus de numérisation 3D sur des surfaces spéculaires, de géométries et de compositions variées. Par ailleurs, une comparaison de nos résultats de numérisation avec ceux d'un système conventionnel permet de démontrer la polyvalence de notre technique. En effet, à partir d'un panel d'échantillons de géométries identiques mais d'états de surface différents, nous mettons en évidence que les performances d'acquisition 3D ne sont pas influencées par la rugosité de la surface. Enfin, en se basant sur des observations empiriques, un prototype de numérisation 3D est développé afin d'apporter des améliorations conséquentes par rapport au système initial

Innerhalb der Initiative zur vierten industriellen Revolution, bei der Menschen, Produkt und Maschine in Echtzeit vernetzt sind, geht der Trend weg von der Serienfertigung und hin zur „Losgröße 1“. Die ansteigende Anzahl an Varianten bringt jedoch auch höhere Verwaltungsaufwände mit sich. Um dem entgegenzuwirken wird die Methode der funktional substituierbaren Bauteile eingeführt. Diese ermöglicht die Verwaltung von technisch substituierbaren Komponenten innerhalb der Stücklisten einer konkreten Variante. Durch die Integration der Methoden FIM (Functional-Information-Model) und FIA (Functional-Information-Assembly) wird ein weiterer Schritt zur 3D-Modell-basierten Stückliste gemacht. Unter Zuhilfenahme dieser Methoden wird die notwendige Veränderung Darstellung der Struktur der im Produkt enthaltenen Bauteile während des Produktentstehungsprozesses beschrieben. Dabei werden die verwendeten Begriffe klar definiert und voneinander abgegrenzt.

Cette thèse s'intéresse au recalage de données issues de capteurs 3D et multispectraux pour l'étude du patrimoine.Lorsque l'on étudie ce type d'objet, il y a souvent peu de points saillants naturels entre ces jeux de données complémentaires. Par ailleurs, l'utilisation de mires optiques est proscrite.Notre problème est donc de recaler des données multimodales sans points caractéristiques.Nous avons développé une méthode de recalage basé sur le suivi des systèmes d'acquisition en utilisant des techniques issues de la photogrammétrie.Des simulations nous ont permis d'évaluer la précision de la méthode dans trois configurations qui représentent des cas typiques dans l'étude d'objets du patrimoine.Ces simulations ont montré que l'on peut atteindre une précision du suivi de 0.020 mm spatialement et 0.100 mrad angulairement en utilisant quatre caméras 5 Mpx lorsque l'on numérise une zone de 400 mm x 700 mm.La précision finale du recalage repose sur le succès d'une série de calibrations optiques et géométriques, ainsi que sur leur stabilité pour la durée du processus d'acquisition.Plusieurs tests ont permis d'évaluer la précision du suivi et du recalage de plusieurs jeux de données indépendants; d'abord seulement 3D, puis 3D et multispecrales.Enfin, nous avons étendu notre méthode d'estimation de la réflectance à partir des données multispectrales lorsque celles-ci sont recalées sur un modèle 3D
The concern and interest of this PhD thesis is the registration of featureless 3D and multispectral datasets describing cultural heritage objects.In this context, there are few natural salient features between the complementary datasets, and the use of targets is generally proscribed.We thus develop a technique based on the photogrammetric tracking of the acquisition systems in use.A series of simulations was performed to evaluate the accuracy of our method in three configurations chosen to represent a variety of cultural heritage objects.These simulations show that we can achieve a spatial tracking accuracy of 0.020 mm and an angular accuracy of 0.100 mrad using four 5 Mpx cameras when digitizing an area of 400 mm x 700 mm. The accuracy of the final registration relies on the success of a series of optical and geometrical calibrations and their stability for the duration of the full acquisition process.The accuracy of the tracking and registration was extensively tested in laboratory settings. We first evaluated the potential for multiview 3D registration. Then, the method was used for to project of multispectral images on 3D models.Finally, we used the registered data to improve the reflectance estimation from the multispectral datasets

Depuis quelques décennies, les communautés d'informatique graphique et de vision ont contribué à l'émergence de technologies permettant la numérisation d'objets 3D. Une demande grandissante pour ces technologies vient des acteurs de la culture, notamment pour l'archivage, l'étude à distance et la restauration d'objets du patrimoine culturel : statuettes, grottes et bâtiments par exemple. En plus de la géométrie, il peut être intéressant de numériser la photométrie avec plus ou moins de détail : simple texture (2D), champ de lumière (4D), SV-BRDF (6D), etc. Nous formulons des solutions concrètes pour la création et le traitement de champs de lumière surfaciques représentés par des fonctions de radiance attachés à la surface.Nous traitons le problème de la phase de construction de ces fonctions à partir de plusieurs prises de vue de l'objet dans des conditions sur site : échantillonnage non structuré voire peu dense et bruité. Un procédé permettant une reconstruction robuste générant un champ de lumière surfacique variant de prévisible et sans artefacts à excellente, notamment en fonction des conditions d'échantillonnage, est proposé. Ensuite, nous suggérons un algorithme de simplification permettant de réduire la complexité mémoire et calculatoire de ces modèles parfois lourds. Pour cela, nous introduisons une métrique qui mesure conjointement la dégradation de la géométrie et de la radiance. Finalement, un algorithme d'interpolation de fonctions de radiance est proposé afin de servir une visualisation lisse et naturelle, peu sensible à la densité spatiale des fonctions. Cette visualisation est particulièrement bénéfique lorsque le modèle est simplifié
Vision and computer graphics communities have built methods for digitizing, processing and rendering 3D objects. There is an increasing demand coming from cultural communities for these technologies, especially for archiving, remote studying and restoring cultural artefacts like statues, buildings or caves. Besides digitizing geometry, there can be a demand for recovering the photometry with more or less complexity : simple textures (2D), light fields (4D), SV-BRDF (6D), etc. In this thesis, we present steady solutions for constructing and treating surface light fields represented by hemispherical radiance functions attached to the surface in real-world on-site conditions. First, we tackle the algorithmic reconstruction-phase of defining these functions based on photographic acquisitions from several viewpoints in real-world "on-site" conditions. That is, the photographic sampling may be unstructured and very sparse or noisy. We propose a process for deducing functions in a manner that is robust and generates a surface light field that may vary from "expected" and artefact-less to high quality, depending on the uncontrolled conditions. Secondly, a mesh simplification algorithm is guided by a new metric that measures quality loss both in terms of geometry and radiance. Finally, we propose a GPU-compatible radiance interpolation algorithm that allows for coherent radiance interpolation over the mesh. This generates a smooth visualisation of the surface light field, even for poorly tessellated meshes. This is particularly suited for very simplified models

Automated, large-scale 3D-scanning systems are important tools in culture and heritage preservation that allows museums and art institutes to digitize their collections of movable artifacts for the purpose of preservation, research, and exhibition. Unfortunately, the cost of these systems limits their usage to a handful of wealthy museums and art institutes. This thesis explores if it possible to significantly reduce the cost of such a system by presenting a viable automated, large-scale, 3D-scanning system for movable artifacts tailored to the needs of museums and art institutes. To achieve the thesis goal a market analysis was conducted to identify the need and requirements museums and art institutes have for these kinds of systems. The market analysis also explored available systems on the market and how museums and art institutes use them. The result of the market analysis identified a specific type of automated, large-scale, 3D-scanning system design suitable for market specialization. Based on the market analysis requirements for such a system design were specified and developed into a mechanical design and hardware architecture. These were then used to construct and evaluate a limited prototype as a way of validating the mechanical design and hardware architecture. The remainder of the work consisted of a cost analysis which used the hardware architecture and mechanical designs to estimate the material and component cost to produce a single unit of the developed system. The results of this thesis show that it is probable that market specialization significantly reduces the cost for museums and art institutes to purchase an automated, large-scale, 3D-scanning system compared with available market alternatives.
Automatiserade 3D-scanners som kan 3D-scanna stora volymer av konstprodukter är viktiga verktyg inom kulturhistorisk bevaring då det tillåter museum att digitalisera samlingar i syfte att bevara, forska och ställa ut. Tyvärr så är dessa system dyra och bara ett fåtal museer har resurser nog för att köpa in dem. Denna uppsats utforskar ifall det är möjligt att betydligt reducera kostnaden av ett sådant system genom att presentera en fungerande automatiserad 3D-scanner som är specifikt anpassad för museum. Arbetet började med en marknadsanalys som identifierade kraven som museum ställer på denna typ av system samt en analys av tillgängliga system på marknaden och hur museum använder dessa. Resultatet av detta arbete var att en specifik typ av automatiserad 3D-scannar lämplig för anpassning identifierades. Utifrån kraven som identifierades genom marknadsanalysen så utvecklades sedan en mekanisk och elektrisk design för systemet. Dessa användes sedan för att bygga och utvärdera en begränsad prototyp i syfte att validera den mekaniska och elektriska designen. Resterande arbete bestod av en kostnadsanalys som använde den mekaniska och elektriska designen för att utvärdera material och komponentkostnaden för att bygga en enhet av det utvecklade systemet. Slutsatsen av arbetet i denna uppsats är att det är troligt att det blir billigare för museum att köpa denna typ av system ifall de utvecklas utifrån deras specifika behov jämfört med tillgängliga system på marknaden.

Friedrich Press war ein namhafter Bildhauer und Gestalter, der bis zu seinem Tod 1990 in etwa 40 überwiegend ostdeutschen Kirchen Werke geschaffen hat. Ein umfangreiches, von Press maßgeblich bestimmtes Projekt ist die 1970 begonnene Neugestaltung der Kirche Sankt Josef in Dresden. Der Entwurf des Künstlers umfasst auch ein Relief für die Brüstung der Orgelempore, dessen Herstellung durch die Kirchgemeinde seit 2013 diskutiert und etwa 2014-2018 realisiert wurde. Da Friedrich Press 1990 verstorben ist, war eine unmittelbare Mitwirkung bei der Realisierung nicht möglich. Authentizität bedeutet Echtheit im Sinne von „als Original befunden“ (wikipedia 2019). Authentizität ist keine objektive Kategorie, sondern von der Wahrnehmung und Interpretation der Rezipienten geprägt. In der bildenden Kunst ist die Authentizität eines Werkes unbestritten, wenn der Künstler das Werk eigenhändig schafft. Dies trifft für Maler, Bildhauer oder Grafiker zu-mindest weitgehend zu, die nur unwesentlich auf Fähigkeiten und Mitwirkung anderer Menschen zurückgreifen müssen, um ihre Ideen in Werke umzusetzen. Anders ist die Situation in der Baukunst oder in der Produktgestaltung, wo der Architekt oder Designer seinen Entwurf nicht selbst handwerklich umsetzen kann. Die Arbeitsteilung bewirkt zwangsweise Abweichungen von der ursprünglichen Gestaltungsidee. Meist wird man entsprechende Werke dennoch dem entwerfenden Gestalter zuschreiben und insofern das Werk als authentische Umsetzung einer Entwurfsidee beurteilen. Eine Skulptur wird unter verschiedenen Aspekten wahrgenommen. Neben der Gesamtform und der Komposition der Bestandteile, die aus dem Entwurf klar hervorgehen, bestimmen auch Material, Farbe, Textur und Einordnung in den räumlichen Kontext die Wahrnehmung der Skulptur. Diese Merkmale sind durch den Entwurf oft weniger dokumentiert und entstehen erst im Prozess der Umsetzung. Es ist davon auszugehen, dass eine vollständig authentische Umsetzung der künstlerischen Intentionen nicht möglich ist [...] Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Realisierung des von Friedrich Press entworfenen Reliefs an der Orgelempore und der Frage, inwieweit das Ergebnis als authentisches Werk des Künstlers gesehen werden kann. [... aus der Fragestellung]

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l’étude et le développement d’une méthode de mesure d’épaisseur et de reconstruction 3D d’objets en verre creux, dans le cadre d’une application de contrôle industriel sur ligne de production. Les techniques de mesure d’épaisseur de parois transparentes sont actuellement très limitées par leur faible tolérance angulaire sur l’orientation des surfaces. Elles nécessitent une rotation de l’article devant le capteur, donc une manutention contraignante. De plus, les surfaces considérées étant spéculaires, les techniques de numérisation standard ne fonctionnent pas. Nous avons développé deux méthodes basées sur l’observation des réflexions d’une source diffuse ponctuelle sur les deux surfaces de la paroi de l’objet. Une observation simple à l’aide d’une caméra implique une ambiguïté entre l’orientation et la position de chacune des deux surfaces. Notre première méthode consiste à utiliser des informations de polarisation pour lever cette ambiguïté. Des résultats expérimentaux, obtenus avec un ou plusieurs points source témoignent de la faisabilité de la mesure. La seconde méthode consiste à utiliser une seconde caméra, associée à un dispositif optique spécifique. Ceci permet de trianguler directement les points d’incidence sur les deux surfaces. De plus, la source peut être étendue verticalement, de manière à augmenter la taille de la zone inspectée. Les résultats obtenus avec cette seconde technique attestent de la possibilité d’une mise en oeuvre industrielle
The work presented in this thesis focuses on the study and development of a method for measuringthe thickness and reconstructing the 3D shape of glass containers, within the frame of an industrialon-line quality monitoring. Measuring thickness techniques of transparent objects are currently limited by their lack of toleranceregarding the surface orientation at a given reflection point. A rotation of the article in front ofthe sensor is thus required, which adds complexity to the mechanical handling of the item beingmeasured. Moreover, conventional scanning techniques do not work well on specular surfaces.We developed two methods based on the observation of the reflections by both surfaces of the wallof a given item of a diffuse, point light source. Imaging these reflections with a plain camera leavesan ambiguity between the orientation and position of each surface. Our first approach uses light polarization to remove this ambiguity. Experimental results, obtainedwith one or several point sources have demonstrated the feasibility of the measure. The second approach uses a second camera, associated with a specific optical design, whichenables a mere triangulation of the incident points on the two surfaces. Moreover, the light sourcecan be vertically extended to increase the size of the inspected area. The results obtained with thissecond technique show that industrial implementation is feasible

La numérisation 3D du patrimoine bâti est un procédé qui s’inscrit dans de multiples applications (documentation, visualisation, etc.), et peut tirer profit de la diversité des techniques de mesure disponibles. Afin d’améliorer la complétude et la qualité des livrables, de plus en plus de projets de numérisation s’appuient sur la combinaison de nuages de points provenant de différentes sources. La connaissance des performances propres aux différents capteurs, ainsi que de la qualité de leurs mesures, est alors souhaitable. Par la suite, plusieurs pistes peuvent être explorées en vue d’intégrer des nuages hétérogènes au sein d’un même projet, de leur recalage à la modélisation finale. Une approche pour le recalage simultané de plusieurs nuages de points est exposée dans ces travaux. La gestion de potentielles fautes parmi les observations, ou de bruit de mesure inhérent à certaines techniques de levé, est envisagée à travers l’ajout d’estimateurs robustes dans la méthodologie de recalage
Three dimensional digitization of built heritage is involved in a wide range of applications (documentation, visualization, etc.), and may take advantage of the diversity of measurement techniques available. In order to improve the completeness as well as the quality of deliverables, more and more digitization projects rely on the combination of data coming from different sensors. To this end, the knowledge of sensor performances along with the quality of the measurements they produce is recommended. Then, different solutions can be investigated to integrate heterogeneous point clouds within a same project, from their registration to the modeling steps. A global approach for the simultaneous registration of multiple point clouds is proposed in this work, where the introduction of individual weights for each dataset is foreseen. Moreover, robust estimators are introduced in the registration framework, in order to deal with potential outliers or measurement noise among the data

Lors de l'usinage des alliages métalliques, les outils de coupe sont soumis à un chargement thermomécanique intense conduisant à une réduction considérable de leur durée de vie. L'utilisation d'outils revêtus s'avère alors bénéfique, en particulier lors de l'usinage à sec des aciers inoxydables considérés comme difficiles à usiner. Ce travail de thèse porte sur l'effet des revêtements en abordant les aspects de modélisation, de simulation numérique et expérimentaux de l'usinage à sec, avec des outils à géométries complexes. Des essais de chariotage ont été réalisés sur l'acier AISI 304L avec des outils revêtus et non revêtus. Une attention particulière a été apportée à la température, aux efforts et à la rugosité. Une large gamme de conditions de coupe a été considérée pour une compréhension avancée des phénomènes physiques mis en jeu. Cela a permis l'identification des conditions de coupe optimales pour le couple outil/pièce considéré, et la mise en évidence de l'importance des revêtements lors de l'usinage à sec des aciers inoxydables. Par ailleurs, une modélisation hybride analytique/numérique a été développée et mise en oeuvre. Fondée sur la direction d'écoulement du copeau, elle permet de déduire les efforts 3D à partir d'une simulation numérique 2D de l'usinage. Une procédure d'extraction de profils réels de l'outil à été introduite en utilisant un système de numérisation 3D Breuckmann. Cette procédure permet la prise en compte de la géométrie réelle de l'outil lors des simulations numériques. Enfin, la comparaison des résultats numériques et expérimentaux a permis la validation de la modélisation proposée
When machining metal alloys, cutting tools are subjected to intense thermomechanical loading, which can lead to a significant reduction of their lifetime. The use of coated tools is then beneficial, in particular during dry machining of stainless steels which are considered as difficult to cut materials. This phD thesis is focused on the effect of coatings addressing aspects of modeling, simulation and experimental tests using tools with complex geometries. Experimental tests under dry turning configuration were performed on an AISI 304L stainless steel with coated and uncoated tools. Particular attention was paid to the temperature evolution, cutting forces and roughness. A wide range of cutting conditions was considered for an advanced understanding of the physical phenomena involved in machining. Experimental results allowed the identification of optimum cutting conditions for the considered tool/workpiece couple and highlighted the importance of coatings in dry machining of stainless steels. In addition, a hybrid analytical/numerical modeling was developed and implemented in DEFORM code. Based on the chip flow direction, 3D forces can be deduced from a 2D numerical simulation of machining. An extraction procedure of real profiles of the tool was introduced using a 3D scanning Breuckmann system. This procedure allows taking into account the real geometry of the tool in numerical simulations. Finally, the comparison between numerical and experimental results allowed the validation of the proposed model

Forskning visar på att dålig integration av byggprocessens skeden, samarbetsproblem och byggbranschens organisatoriska egenskaper begränsar utvecklingen av teknisk innovation inom byggbranschen. Framgångsrik implementering av innovativ teknik har visats bero av fler faktorer än teknikens egenskaper. Tekniken påverkas bland annat av teknikens omgivning, användarens kompetens och hur den upplevs av användaren. Forskning visar att organisatoriska förändringar och anpassningar är nödvändiga för att tillgå teknikens fördelar. Byggbranschens organisatoriska egenskaper är väsentliga för att studera implementering av teknisk innovation. En fallstudie har genomförts på ett anläggningsprojekt och undersökt implementeringen av modellbaserade leveranser och hur den nya teknologin har tagits emot och påverkat entreprenören. Fallstudien utfördes på en utförandeentreprenad varpå implementeringen av modellbaserade leveranser var beslutad av beställaren. Studien genomförde 14 semistrukturerade intervjuer med entreprenörens personal i projektet för att samla information om upplevelser av arbetet med modellbaserade leveranser. Intervjuerna analyserades för att kartlägga och identifiera entreprenörens uppfattningar av modellbaserade leveranser. En viktig utgångspunkt i analysen av modellbaserade leveranser är att handlingarnas informationsbärare tillsammans bildar en komplett bygghandling. Undersökningen visar att implementeringen av modellbaserade leveranser påverkar produktionen i anläggningsprojektet och organisatoriska förändringar hos entreprenören. Resultatet förser insikter om organisatoriska och produktionsmässiga omställningar entreprenörer kan ställas inför vid implementering av modellbaserade leveranser. Entreprenören har digitaliserat produktionsmetoder och anpassat organisationen på grund av implementeringen. Modellbaserade leveranser har också inneburit en digitalisering för entreprenören med digitala verktyg och mjukvaror. Entreprenören har tillfört upportfunktioner i organisationen för omställningen till den modellbaserade informationsleveransen. Nya tjänster har skapats för att stödja och utbilda projektorganisationen, centrala roller har påverkats med förändrade arbetsrutiner och ansvarsområden och kompetens har behövt tillföras i projektet. Förändringar har varit utmanande för entreprenören som upplever en kontinuerlig utveckling i arbetet med modellbaserade leveranser. Informationshanteringen av handlingarna har varit den största hindret medan 3D-modellers visuella egenskaper ansågs som största möjligheten för entreprenören.
Research shows that poor integration of the building process stages, collaboration problems and organizational characteristics restricts the development of technological innovation in the construction industry. Successful implementation of technology has previously been shown to depend on more factors than just the technology's properties, for example the implementation of technology is influenced by the environment of the technology, the users competence, for whom it is developed and adapted by and how it is perceived by the user. Research also shown that organizational changes and adaptations may be necessary to access the benefits of technology. The characteristics of the construction industry are essential for studying the implementation of technology innovation. The study has therefore carried out a case study on a construction project and examined the implementation of model-based deliveries and how the technology has been adapted and influenced the contractor. The case study was carried out on a project with design-bid-build contract, whereupon the implementation of model-based deliveries was decided by the client. Fourteen semi-structured interviews were carried out with the contractor's staff in the project to gather information about model-based deliveries. Interview results were analyzed to identify the respondent’s perception of model-based deliveries. An important starting point in the analysis of model-based deliveries is that the information together makes complete building documents for the project. The study shows that the implementation of model-based deliveries affects production in the construction project and require organizational changes at the contractor. The results provide insights on organizational and construction production-related changes contractors can face when implementing model-based deliveries. The contractor has digitized production methods and adapted the organization because of the implementation. Model-based deliveries have meant a digitalization for the contractor with new tools and software. The organization has added support functions in the organization for the transition to the model-based information delivery. New positions have been created to support and train the project organization, key positions have been affected with changed work routines and responsibilities and competence has to be added to staff in the project. The changes have been challenging for the contractor who is experiencing continuous development in the work with model-based deliveries. Information management has been the major obstacle and the visual properties of 3D models were considered the greatest opportunity for the contractor.

Cette thèse explore l'utilisation de données multi-échelles pour modéliser une représentation tridimensionnelle (3D) et générer un registre numérique complet d'un assemblage de fossiles contenant des hominines à partir de l'unité lithostratigraphique P à Kromdraai situé dans le " berceau de l'humanité " classé au patrimoine mondial par l'UNESCO (Province de Gauteng, Afrique du Sud). Les objectifs principaux de cette recherche sont d'illustrer en 3D la progression temporelle et spatiale des fouilles de Kromdraai sur la période 2014-2018, d'analyse la distribution spatiale des vestiges d'homininés et de faune, comme des outils, et finalement, de fournir une documentation sur le patrimoine archéologique de Kromdraai. Nous avons réalisé une analyse multi-scalaire du site, avec l'application de méthodes de photogrammétrie terrestre et aérienne. Conformément aux principes et directives de la gestion du patrimoine archéologique mandatés par les agences internationales telles que l'UNESCO, nous présentons également un protocole de documentation du patrimoine. Nous avons utilisé des technologies de capture de données 3D pour numériser le site de Kromdraai et ses éléments archéologiques découverts entre 2014 et 2018 lors des fouilles. Cette recherche présente une technique originale développée pour la visualisation et la quantification des sédiments volumiques prélevés sur le site à chaque période de fouille par chaque fouilleur. Les estimations de volume calculées à l'aide de la photogrammétrie 3D fournissent un contexte temporel et spatial des sédiments prélevés lors des fouilles successives, et permettent un repositionnement virtuel et plus précis des vestiges découverts ex situ. De plus, nous avons mis en place une modélisation des métadonnées pour démontrer l'utilisation d'un système de gestion de base de données 4D pour la fusion, l'organisation et la diffusion de l'ensemble des données du site de Kromdraai et le partage de la propriété intellectuelle. Nous introduisons également l'une des premières approches statistiques de la modélisation spatiale 3D dans un site Plio-Pléistocène porteurs d'hominines en en Afrique du Sud. En mettant en œuvre des méthodes classiques de tests statistiques telles le partitionnement de données spatiales 3D, nous avons étudié les modèles de l'assemblage de fossiles dans l'unité P, ainsi qu'un échantillon de 810 spécimens catalogués entre 2014 et 2018. Le regroupement de bovidés, de carnivores, d'homininés et de primates non humains a révélé un modèle de distribution spatiale non uniforme des fossiles in situ. Cette recherche présente des méthodes précieuses qui peuvent être appliquées à d'autres sites fossiles contenant des hominines dans le berceau de l'humanité. Ces méthodes peuvent être appliquées pour documenter une fouille archéologique et reconstruire un site en 3D, ainsi que pour documenter des informations patrimoniales. Nos résultats permettent d'améliorer l'interprétation des assemblages fossiles à l'aide d'analyses basées sur des modèles 3D au sein d'un assemblage contenant des hominines
This thesis uses multi-scalar data to create a three-dimensional (3D) representation and, to generate a complete digital record of the early hominin-bearing fossil assemblage from the lithostratigraphic Unit P at Kromdraai in the Cradle of Humankind World Heritage Site (Gauteng Province, South Africa). The main purposes of this research were to illustrate in 3D the temporal and spatial progression of the excavations at Kromdraai since 2014, to investigate the spatial distribution of the hominin, faunal assemblages and artefacts, and ultimately, to provide an archive documenting the archaeological heritage of Kromdraai. We provided a multi-scalar analysis of various aspects of the study site, with the application of methods such as multi-image land and aerial photogrammetry. In alignment with the principles and guidelines for the management of archaeological heritage mandated by international agencies such as UNESCO, we also present a protocol for heritage documentation. We used 3D data capture technologies to record the Kromdraai site and the archaeological evidence discovered between 2014 and 2018 from its main excavation. This research presents an original technique developed for the quantification and visualization of the volume sediments removed from the site during each excavation period. Volume estimations computed using 3D photogrammetry and digitization, provided a temporal and spatial context to the volume and location of material removed by each excavator and, a more precise and virtual repositioning of the fossil material discovered ex situ. Furthermore, we implemented metadata modelling to demonstrate the use of 4D relational database management systems for the fusion, organisation and dissemination of the Kromdraai site dataset and the sharing of intellectual property. We also introduce one of the first statistical approaches of 3D spatial patterning in Plio-Pleistocene early hominin-bearing assemblages in South Africa. Implementing classic statistical testing methods such as k-means and Density-Based Spatial Clustering and Application with Noise (DBSCAN) cluster computation in 3D, we investigated the spatial patterns of the fossil assemblage within Unit P, a sample of 810 individually catalogued specimens recovered between 2014 and 2018. The clustering of bovids, carnivores, hominins, and non-human primates revealed a non-uniform spatial distribution pattern of fossils in-situ. This research presents valuable methods that can be applied at other hominin-bearing fossil sites within the Cradle of Humankind to document an archaeological excavation and to reconstruct of the site in 3D, to document heritage information, and to enhance the interpretation of the fossil assemblages using evidence-based assessment of spatial patterns within a hominin-bearing assemblage

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'étude, la conception et le développement de deux nouveaux prototypes de reconstruction tridimensionnelle, spécifique aux objets transparents. La numérisation 3D d'objets opaques est abondamment traitée dans la littérature et de nombreux systèmes sont d'ailleurs commercialisés. Cependant, lorsqu'il s'agit de la numérisation 3D d'objets transparents, les publications se font rares et aucun système de scanning n'existe sur le marché. La technique de numérisation de surfaces transparentes demeure compliquée et non maîtrisée à l'heure actuelle. L'opacification de la surface avant le scanning s'avère être la solution retenue dans le domaine du contrôle qualité. Néanmoins, cette alternative n'est pas optimale en raison du coût de traitements et du manque de précision éventuellement engendré. Afin de solutionner les problèmes de la numérisation d'objets transparents, nous avons développé deux approches dites non conventionnelles en étendant les méthodes existantes (dans le visible) aux longueurs d'onde dans lesquelles les sujets apparaissent opaques (IR et UV). Les deux méthodes de mesure sans contact retenues sont : - la reconstruction par polarisation dans l'IR, en vue de s'affranchir des problèmes d'inter-réflexions; - le scanning par laser UV, pour satisfaire les contraintes industrielles (précision, rapidité et coût) tout en résolvant de manière efficace le problème de réfraction. La première approche est fondée sur la réflexion spéculaire de l'objet dans l'IR tandis que la seconde exploite la propriété de l'objet à fluorescer sous l'irradiation UV. L'inexistence des lentilles télécentriques dans l'IR nous a conduits à adapter la reconstruction par polarisation dans l'IR à l'aide d'une lentille non télécentrique. Pour ce faire, une méthode d'approximation du modèle orthographique a été développée et une méthode de validation visant à améliorer la précision des résultats a été en outre intégrée dans le processus de reconstruction après l'étape d'estimation des paramètres de Stokes. Nos résultats sont très satisfaisants et attestent la faisabilité de la reconstruction par polarisation dans l'IR. Quatre configurations de système de scanning par triangulation ont été déployées afin d'exploiter la propriété de fluorescence des objets transparents irradiés sous un rayonnement UV. Des expérimentations visant à caractériser la fluorescence induite à la surface des objets considérés et à vérifier l'éligibilité de notre approche ont été menées. Les mesures spectroscopiques nous ont permis d'élaborer des critères de "tracking" (détection et localisation) des points fluorescents en présence des bruits inhérents à l'acquisition. Nous avons également mis au point des méthodes de validation des paramètres du modèle de reconstruction 3D estimés lors de la calibration, permettant ainsi d'optimiser la configuration du système de scanning. Les méthodes de "tracking" et de validation ont contribué considérablement à l'amélioration de la précision des résultats. Par ailleurs, la précision obtenue n'a jamais été atteinte au regard de ce que l'on trouve dans la littérature
Two non-conventional methods for the 3D digitization of transparent objects via non-contact measurement are reported in this thesis. 3D digitization is a well acknowledged technique for opaque objects and various commercial solutions based on different measurement approaches are available in the market offering different types of resolution at different prices. Since these techniques require a diffused or lambertian surface, their application to transparent surfaces fails. Indeed, rays reflected by the transparent surface are perturbed by diverse inter-reflections induced by the refractive properties of the object. Therefore, in industrial applications like quality control, the transparent objects are powder coated followed by their digitization. However, this method is expensive and can also produce inaccuracies. Among the rare methods suggested in the literature, shape from polarization provides reliable results even though their accuracy had to be improved by coping with the inter-reflections. The two proposed solutions handle the extension of the existing methods to wavelengths beyond visible ranges: - shape from polarization in Infra Red (IR) range to deal with the above-mentioned inter-reflections; - scanning by Ultra Violet (UV) laser (based on triangulation scheme) to overcome the refraction problem that can be feasibly applied in industrial applications. The characteristic physical properties of transparent objects led us to explore the IR and UV ranges; since, transparent glass has strong absorption bands in the IR and UV ranges and therefore has opaque appearance. The first approach exploits the specular reflection of the considered object surface in IR and the second one exploits the fluorescence property of the object when irradiated with UV rays. Shape from polarization traditionally based on telecentric lenses had to be adapted with non-telecentric lenses to be used in the IR range. Thus, an approximation of the orthographic model is developed in this thesis while a validation method is implemented and integrated in the reconstruction process after Stokes parameters estimation, in order to improve the accuracy of the results. Some results of digitized objects are presented, which prove the feasibility of the shape from polarization method in the IR range to be used for transparent objects. A total of four configurations of the triangulation system are implemented in this thesis to exploit fluorescence produced by the UV laser scanning of the second approach. Experimental investigations aimed at characterizing the fluorescence are done. A specific fluorescence tracking method is carried out to deal with the inherent noise in the acquisitions. The uniqueness of the method relies on the criteria that are derived from the analysis of spectroscopic results. A validation method is made to optimize the configuration system while reducing the accuracy of reconstruction error. The results of some object digitization are presented with accuracies better than previously reported works

L’objectif de ces travaux de thèse est la conception et le développement d’un système de caractérisation tridimensionnelle de pièces forgées de grande dimension portées à haute température. Les travaux se basent sur de nombreuses thématiques telles que l’acquisition tridimensionnelle, l’extraction, la segmentation et le recalage de primitives 3D. Nous présentons tout d’abord les limites des systèmes de caractérisation de pièces forgées cités dans la littérature. Dans la deuxième partie, nous présentons la réalisation du système de caractérisation de pièces forgées, constitué de deux scanners temps de vol (TOF). Nous présentons également le simulateur de numérisation par scanner TOF qui nous permet de nous affranchir des contraintes industrielles (temps, difficulté de manœuvres) pour positionner les deux scanners. La troisième partie est consacrée à l’extraction des primitives 3D. Nous avons traité deux types de primitives : viroles et sphères avec deux approches différentes : méthode supervisée et méthode automatique. La première approche basée sur une méthode de croissance de région et de contour actif, permet d’extraire des formes extrudées complexes. Des problèmes d’ergonomie du système nous ont conduits à développer une deuxième approche, basée sur l’image de Gauss et l’extraction d’ellipse, qui permet l’extraction automatique de formes cylindriques ovales ou circulaires. Nous présentons également quatre méthodes d’extraction automatique de sphères basées sur des approches heuristiques : RANSAC (RANdom SAmple Consensus), algorithme génétique et algorithme génétique par niche. Dans la quatrième partie, nous étudions les différentes approches de recalage de données 3D traitées : le calibrage basé sur les cibles artificielles et le recalage fin basé sur l’algorithme ICP. Pour conclure, nous présentons la réalisation d’un système complet de caractérisation tridimensionnelle de pièces forgées de grande dimension. Ensuite, nous comparons les performances et les limites de ce système avec les systèmes de caractérisation cités dans la littérature
The main objective of this Phd project is to conceive a machine vision system for hot cylindrical metallic shells diameters measurement during forging process. The manuscript is structured by developing in the first chapter the state of the art and the limits of hot metallic shells measurement systems suggested in literature. Our implemented system which is based on two conventional Time Of Flight (TOF) laser scanners has been described in the same chapter along, chapter two, with presentation of its respective numerical simulator. Simulation series have been done using the digitizing simulator and were aimed to determine the optimal positions of the two scanners without any industrial constraints (time, difficulty of operations). The third part of the manuscript copes with 3D primitives extraction. Two major types of approaches have been studied according to the primitive’s form (cylinders or spheres) to be extracted: supervised method and automatic method. The first approach, based on a growing region method and active contour, enables to extract complex extruded forms; while problems of ergonomics have been solved using automatic methods that have been carried out along the programme research. The proposed methods consist in automatically extracting: oval or circular cylindrical forms, using Gauss map associated with ellipse extraction techniques : spherical forms, using heuristic approaches such as RANdom SAmple Consensus RANSAC, Genetic Algorithm (GA) and Niche Genetic Algorithm (NGA). Two varieties of 3D data registration approach have been presented and discussed in chapter 4: the registration based on the artificial targets and the fine registration based on algorithm ICP. A complete system for three-dimensional characterization of hot cylindrical metallic shells during forging process has been implemented and then compared with existing systems in order to identify its performances and limits in conclusion

碩士
國立雲林科技大學
文化資產維護系
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Cultural Heritages are destroyed by deliberate or environment.That happened faster than preservation, so we should be more focus on efficiency.With the rapid development of modern technology, reverse engineering, which is based on 3D modeling,give the theoretical advantage of accurately, fast and applied to extensive area. This study attempts to combine 3D modeling technology and cultural heritage restoration, and apply to 3D digitization and virtual restoration of the dragon columns and clay sculpture statues in Puzi Pei-Tian Temple. In this study, the positioning of 3D modeling in cultural heritage preservation is: 1. As the auxiliary of restoration. 2. As the "digital backup" or "digital insurance" of cultural heritage. 3. As one of the tool of cultural heritage popularization and value-added.