Brevet FR2977819A1 — publié le 20130118

Domaine technique La présente invention concerne le domaine des arts décoratifs, et plus précisément celui de la sculpture, et a pour objet un procédé de sculpture assistée par ordinateur, ainsi qu'un système mettant en oeuvre ledit procédé. Technique antérieure Parmi les techniques de sculpture, on distingue généralement deux grandes familles, celle de la sculpture 10 par enlèvement de matière d'un bloc d'un matériau donné, habituellement en pierre ou en bois, et celle de la sculpture par modelage, où l'on procède par ajout de matière et conformage, habituellement en utilisant du plâtre ou de la terre. 15 La présente invention s'intéresse plus particulièrement à la première famille, celle procédant par enlèvement de matière. En dehors du cas de la taille directe, où l'artiste sculpte un bloc de matière selon une approche de création 20 artistique directe, la création ou la reproduction d'une oeuvre sculptée est généralement basée sur la réalisation préalable d'un modèle maître par modelage puis sur sculpture d'un bloc de matière brute selon la technique de « mise au point », consistant à reporter sur un bloc de 25 matière brute des points géométriques caractéristiques du modèle maître avec lesquels il y a contact et qui fait appel à un dispositif fonctionnant sur le principe du pantographe. On reproduit ainsi le modèle maître à l'échelle voulue. Le brevet FR 2715093 a ainsi pour objet 30 un dispositif pantographe électromécanique, intégrant des moyens électroniques pour enregistrer les coordonnées des points de contact avec le modèle maître et ceux de la matière travaillée. Ces systèmes de mise au point sont plutôt encombrants LITHI1-FR-1 TEXTE DEPOSE JS/AG - 2 et nécessitent des relevés réguliers avec arrêt de la taille pour contrôler le degré d'avancement dans l'enlèvement de matière par rapport à la forme du modèle maître, qui doit être à proximité de la pièce travaillée. En outre, le nombre réduit de points descripteurs de la géométrie du modèle implique nécessairement que l'opérateur réalisant la réplique possède un savoir-faire certain pour interpréter la forme entre les points (oeil du sculpteur). Une évolution de ce système a été proposée dans la demande de brevet FR 2853983, qui divulgue un dispositif pour l'aide assistée par ordinateur du geste manuel pendant le travail d'une matière. Ce dispositif informatisé procède à une mesure en continu de la position d'un outil placé sur un bras et de la pièce à travailler par un opérateur, déterminant l'avancement du travail par rapport à un modèle maître numérique et fournissant en continu à l'opérateur un retour sonore, haptique ou sur un écran sur la position de l'outil relativement à la pièce à travailler. Le modèle maître étant numérisé, le travail de sculpture au moyen du dispositif selon cette invention ne nécessite plus la proximité et le contact physique avec celui-ci. Toutefois, ce dispositif s'avère extrêmement complexe et coûteux à mettre en oeuvre, ne permettant pas d'en répandre son usage chez les sculpteurs. De plus comme il n'existe pas d'outils mécanisés de travail par éclat, seuls des outils de coupe ou d'abrasion étant disponibles, le sculpteur utilisant ce dispositif doit changer fondamentalement ses pratiques de travail. Résumé de l'invention La présente invention vise donc à pallier les inconvénients des dispositifs précités, en proposant une alternative de procédé et de système de sculpture assistée par ordinateur qui soit peu contraignant à mettre en oeuvre LITHI1-FR-1_TEXTE DEPOSEJS/AG - 3 - par un opérateur, peu coûteux à produire et respectueux du geste et des outils traditionnels du sculpteur. A cet égard, l'invention a pour objet un procédé assisté par ordinateur de sculpture d'une pièce à 5 travailler selon une forme cible. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comporte : a) une étape d'acquisition informatisée de la position, de l'orientation et de la forme de la pièce à travailler, 10 b) une étape de balançage des bruts, consistant en une mise en correspondance spatiale de la pièce et de la forme cible, c) une étape de comparaison informatisée de la forme acquise avec la forme cible, 15 d) une étape de génération de métaphores visuelles contenant une information d'assistance au travail d'enlèvement de matière pour passer de la forme acquise à la forme cible, e) une étape de projection desdites métaphores 20 visuelles, f) une étape d'enlèvement de matière par un opérateur sur la pièce à travailler suivant les informations projetées, les étapes a) à f) étant répétées séquentiellement 25 jusqu'à ce que l'étape c) de comparaison des formes indique une concordance de la forme de la pièce travaillée avec la forme cible. Par métaphore visuelle, on désigne dans le présent texte l'expression d'une information dimensionnelle 30 intelligible par l'opérateur concerné. On comprend bien que ce procédé permet de fournir à un opérateur humain des informations riches sur la forme cible à atteindre grâce à la projection de métaphores visuelles sur la pièce brute, à travailler avec ses outils LITHI1-FR-1 _TEXTE DE POSE S/AG - 4 - habituels de sculpture et, qu'en outre, les moyens d'acquisition, de traitement et de projection pour y parvenir peuvent être aisément disponibles dans le commerce à des coûts abordables. Brève description des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description détaillée qui va suivre du procédé selon l'invention et d'un exemple de système de mise en oeuvre et d'utilisation dudit procédé, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de sculpture assistée par ordinateur selon l'invention. Description des modes de réalisation Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le procédé comporte : a) une étape d'acquisition informatisée de la position, de l'orientation et de la forme de la pièce P à 20 travailler, b) une étape de balançage des bruts, consistant en une mise en correspondance spatiale de la pièce P et de la forme cible, c) une étape de comparaison informatisée de la forme 25 acquise avec la forme cible, d) une étape de génération de métaphores visuelles contenant une information d'assistance au travail d'enlèvement de matière pour passer de la forme acquise à la forme cible, 30 e) une étape de projection desdites métaphores visuelles, f) une étape d'enlèvement de matière par un opérateur sur la pièce P à travailler suivant les informations projetées, LITHI1-FR-1 TEXTE DE POSE JS/AG - 5 - les étapes a) à f) étant répétées séquentiellement jusqu'à ce que l'étape c) de comparaison des formes indique une concordance de la forme de la pièce P travaillée avec la forme cible. De préférence, la répétition des étapes a) à f) se fait à volonté de l'opérateur effectuant le travail d'enlèvement. Selon une variante préférée de l'invention, l'étape d'acquisition de forme est réalisée par projection de motifs sur la pièce P à travailler. Ainsi, comme cela sera explicité plus loin, un même dispositif de projection peut être avantageusement employé pour, d'une part projeter le motif d'acquisition et d'autre part projeter les métaphores visuelles contenant les informations des caractéristiques géométriques de la forme cible. Selon une autre variante, l'étape d'acquisition de forme est réalisée par photomodélisation. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, les métaphores visuelles projetées à l'étape e) sont des informations de type vectoriel, se présentant sous la forme de courbes, points ou symboles. Selon une variante, ces métaphores projetées sont des informations de type matriciel (ou raster), se présentant par exemple sous la forme de dégradés de couleur ou d'image. Plus concrètement, ces métaphores projetées peuvent être la représentation sous forme de cartographie de la topologie de la forme cible ou de la distance entre la surface de la forme mesurée et celle de la forme cible. Parmi les éléments caractéristiques de la géométrie de la forme cible qui sont projetés, on retiendra par exemple : la ligne de crête d'une forme en creux et bosses, les vecteurs caractéristiques du gradient de pente, indiquant le sens et l'intensité du rayon de courbure LITHI1-FR-1 TEXTE DEPOSE JS/AG - 6 - local, les tracés régulateurs, c'est-à-dire la succession de géométries fondamentales dans lesquelles s'inscrit la forme cible, ou encore des éléments de construction géométrique tels que les points de contrôle, c'est-à-dire par exemple le centre d'un cercle, les foyers d'une ellipse, etc. Un autre objet de la présente invention est un système de sculpture assistée par ordinateur. Ce système est remarquable en ce qu'il met en oeuvre le procédé informatisé précédemment exposé. En référence à la figure 1, un tel système 1 comporte au moins un ensemble de repères géométrique 2a,2b,2c,2d,2e, un dispositif d'acquisition 3, un dispositif de projection 4, des moyens informatiques de calcul en liaison avec le dispositif d'acquisition 3 et le dispositif de projection 4, lesdits moyens opérant un programme informatique comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par lesdits moyens, mettent en oeuvre le procédé selon l'invention et qui sont conçus pour faire l'acquisition tridimensionnelle de la forme de la pièce P, la comparer avec la forme cible à atteindre par un opérateur, déterminer les métaphores visuelles à destination de l'opérateur à projeter sur la pièce P avec le dispositif de projection 4, et des moyens d'interface entre les moyens informatiques et l'opérateur. Selon l'invention, l'ensemble de repères géométriques 2a, 2b, 2c, 2d, 2e comporte : - un repère 2a général, auquel se réfèrent les autres 30 repères, - un repère 2b de la pièce P à travailler, - un repère 2c de la forme cible, - un repère 2d du dispositif d'acquisition 3, - un repère 2e du dispositif de projection 4. LITH11-FR-1 TEXTE DEPOSE JS/AG - 7 - Ces repères 2a, 2b, 2c, 2d, 2e peuvent être orthonormés ou polaires, réels ou virtuels (repère 2c de la forme cible notamment). Ils doivent permettre une mise en correspondance entre eux. Ils peuvent par exemple se présenter sous la forme d'une structure munie de règles de mesure orthonormées. Les moyens informatiques sont avantageusement constitués par l'unité centrale 5 d'un ordinateur dont l'interface matérielle, à savoir au moins un clavier et un écran 6 forment ladite interface matérielle avec l'opérateur lorsque celui-ci est humain. Dans le cas où l'opérateur serait robotisé, d'autres moyens d'interfaçage avec les moyens informatiques seront mis en oeuvre. Selon une variante préférée, le dispositif d'acquisition 3 est avantageusement constitué par une caméra. Il d'agit donc d'un dispositif d'acquisition de surfaces. Le système 1 pourra comporter, en sus ou à la place d'une caméra, d'autres types de dispositif d'acquisition fournissant des données métrologiques dimensionnelles, comme un dispositif de pointage de points particuliers ou un dispositif de tomographie. Selon une variante avantageuse, le dispositif de projection 4 est un projecteur vidéo. Si la technique d'acquisition de la forme de la pièce P par projection de motifs sur cette dernière est mise en oeuvre, ce projecteur vidéo servira donc, d'une part, à projeter les motifs d'acquisition et, d'autre part, à projeter directement les métaphores visuelles sur la pièce P à destination d'un opérateur humain. On comprend bien que dans le cas où l'opérateur est un robot, le système 1 comportera alors un dispositif de projection des métaphores visuelles qui pourra être un système de projection virtuel, comme par exemple dans le cadre de calculs de lancer de rayon. LITHI1-FR-1 TEXTE DEPOSE JS/AG - 8 - Lorsque le dispositif d'acquisition 3 est une caméra et le dispositif de projection 4 est un projecteur vidéo, ces deux dispositifs sont de préférence confocaux et logés au sein d'un même dispositif. Le système 1 est ainsi extrêmement compact, avec peu d'éléments à déployer. Enfin, si la variante d'exécution décrite comporte une seule caméra et un seul projecteur vidéo, il va de soi que le système pourra mettre en oeuvre plusieurs caméras et projecteurs combinés de sorte à couvrir plusieurs faces de la pièce à travailler, sans sortir du cadre de la présente invention. Application industrielle Le procédé selon l'invention sera avantageusement mis en oeuvre pour l'élaboration d'un programme informatique (logiciel) exécuté sur un ordinateur faisant partie du système de sculpture assistée selon l'invention. Le système selon l'invention peut être configuré pour fonctionner avec un opérateur humain (en particulier, un artiste sculpteur) ou robotisé. LITHI1-FR-1 TEXTE DEPOSE JS/AG REVENDICATIONS1 - Procédé assisté par ordinateur de sculpture d'une pièce (P) à travailler selon une forme cible prédéfinie caractérisé en ce qu'il comporte : a) une étape d'acquisition informatisée de la 5 position, de l'orientation et de la forme de la pièce (P) à travailler, b) une étape de balançage des bruts, consistant en une mise en correspondance spatiale de la pièce (P) et de la forme cible, 10 c) une étape de comparaison informatisée de la forme acquise avec la forme cible, d) une étape de génération de métaphores visuelles contenant une information d'assistance au travail d'enlèvement de matière pour passer de la forme acquise à 15 la forme cible, e) une étape de projection desdites métaphores visuelles, f) une étape d'enlèvement de matière par un opérateur sur la pièce (P) à travailler suivant les informations 20 projetées, les étapes a) à f) étant répétées séquentiellement jusqu'à ce que l'étape c) de comparaison des formes indique une concordance de la forme de la pièce (P) travaillée avec la forme cible. 25 2 - Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape d'acquisition de forme est réalisée par projection de motifs sur la pièce (P) à travailler. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape d'acquisition de forme est réalisée par photomodélisation. LITHI1-FR-1_TEXTE DEPOSEJS/AG 30- 10 - 4 - Procédé selon les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que les métaphores visuelles projetées à l'étape e) sont des informations de type vectoriel, se présentant sous la forme de courbes, points ou symboles. - Procédé selon les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que les métaphores visuelles projetées à l'étape e) sont des informations de type matriciel, se présentant par exemple sous la forme de dégradés de couleur ou d'image. 6 - Système (1) de sculpture assistée par ordinateur d'une pièce (P) à travailler par un opérateur selon une forme cible prédéfinie caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble de repères géométriques (2a, 2b,2c,2d,2e), un dispositif d'acquisition (3), un dispositif de projection (4), des moyens informatiques de calcul en liaison avec le dispositif d'acquisition (3) et le dispositif de projection (4), lesdits moyens informatiques opérant un programme informatique comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par lesdits moyens, mettent en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 5 et qui sont conçus pour faire l'acquisition tridimensionnelle de la forme de la pièce (P), la comparer avec la forme cible à atteindre par un opérateur, déterminer les métaphores visuelles à destination de l'opérateur à projeter sur la pièce (P) avec le dispositif de projection (4), et des moyens d'interface entre les moyens informatiques et l'opérateur. 7 - Système (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition (3) est une caméra. LITHI1-FR-i _TEXTE DEPOSE JS/AG- 11 - 8 - Système (1) selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le dispositif de projection (4) est un projecteur vidéo. 9 - Système (1) selon la revendication 8 selon la revendication 7 caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition (3) et le dispositif de projection (4) sont confocaux et logés au sein d'un même dispositif. 10 - Système (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que l'ensemble de repères géométriques (2a, 2b, 2c, 2d, 2e) comporte : - un repère (2a) général, auquel se réfèrent les autres repères, - un repère (2b) de la pièce (P) à travailler, - un repère (2c) de la forme cible, - un repère (2d) du dispositif d'acquisition (3), - un repère (2e) du dispositif de projection (4). LITHI1-FR-1 TEXTE DEPOSE JS/AG