Milkscanner : un scanner 3D avec très, très peu de moyens

Milkscanner est un programme créé par Friedrich Kirschner dont le but est de pouvoir créer des modèles 3D à partir d'objets réels.

Il s'agit donc d'une sorte de scanner 3D, donc, sauf que contrairement aux scanners habituels, l'investissement est ici vraiment très faible, et aucun laser n'est utilisé.

Une heigthmap issue de Milkscanner :
un point est d'autant plus proche qu'il est clair.
Le Bouddha que j'ai utilisé pour
créer la carte de profondeur qui précède

C'est quoi cette bouteille de lait ? Un scanner 3D...

Milkscanner utilise en fait un constat simple : en plongeant un objet dans l'eau, les points situés à la limite entre partie émergée et immergée sont situés dans un même plan.

Le principe qui en découle est le suivant. On prend un objet que l'on met dans un récipient ; on place une webcam à la verticale de l'objet. On va ensuite alternativement rajouter du lait, prendre une photo, rajouter du lait, ...
La webcam sert à détecter les contours de la partie émergée de l'objet.

Si à l'étape n un point est émergé, on lui attribue le niveau de gris associé à l'étape n. En n+1, s'il est immergé, on ne le change pas : on sait que sa distance est celle du lait en n. S'il est émergé, on le met à jour avec le niveau de gris en n+1.

Ainsi, si on a un objet d'épaisseur 5 cm et que l'on rajoute approximativement 1/4 de cm de lait à chaque étape, on obtient une image comportant une vingtaine de niveaux de gris. Un point sera d'autant plus éloigné qu'il est foncé.

La précision dépend directement de la résolution de la webcam et du nombre de niveaux de mesures.

Milkscanner en action

Histoire de rendre les explications plus concrètes, voici deux vidéos de Friedrich Kirschner.
Tout d'abord, Milkscanner utilisé sur un petit objet :

Sur l'écran, on voit l'interface du logiciel : à gauche la vue de la webcam avec le contour de la partie émergée, à droite la heightmap en cours de construction.

Un inconvénient de la méthode étant que des objets clairs peuvent se confondre avec la luminosité du lait, il est possible d'utiliser un liquide foncé, comme dans cette vidéo :

Avantages et inconvénients

Milkscanner a l'avantage d'être simple dans son principe et d'utiliser un matériel très peu cher.

Les inconvénients sont malheureusement nombreux :

• le résultat est une heightmap, pas un objet 3D. Il faudra convertir le résultat. Ceci est néanmoins facile avec beaucoup de logiciels, par exemple en tant que displacement map ;
• la tension superficielle diminue la précision pour des objets de petite taille. ;
• impossible de scanner des objets qui craignent l'immersion ;
• L'astuce vue plus haut pour les objets clairs (utiliser un liquide foncé) fonctionne bien pour des objets unis. Pour un objet comportant par exemple du noir et du blanc, la détection a de fortes chances d'échouer. Il faudra ruser ; on peut imaginer de faire deux passes (liquide blanc puis foncé) pour ensuite fusionner les deux cartes obtenues.

Pour en savoir plus

• Un tutoriel pour utiliser milkscanner sur instructables.com ;
• Le site officiel de MovieSandbox, l'application qui inclut Milkscanner ;
• Le site de Friedrich Kirschner. On y trouve un aperçu de ses différents travaux.