[PDF] Cahier des charges - Scanner 3D

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Cahier des charges - Scanner 3D

Cahier des charges

Version 1.0 - 07/03/2013

Formation d'ingénieur

Année scolaire 2012-2013Gaydier Thomas

thomas.gaydier@telecom-bretagne.eu

Hadfat Ayoub

ayoub.hadfat@telecom-bretagne.eu

Moreau Adrien

adrien.moreau1@telecom-bretagne.eu

Masoni Christophe

christophe.masoni@telecom-bretagne.eu

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.03 / 18

Sommaire

1. INTRODUCTION .............................................................................................................. 7

1.1OBJET DU DOCUMENT ...................................................................................................................................... 7

1.2PORTÉE DU DOCUMENT .................................................................................................................................... 7

1.3TERMINOLOGIE ................................................................................................................................................ 7

1.4ABRÉVIATIONS ................................................................................................................................................ 7

2. LES OBJECTIFS DU PRODUIT ...................................................................................... 8

2.1DÉFINITION DU PRODUIT ................................................................................................................................... 8

2.2CONTEXTE D'EXPLOITATION DU PRODUIT ............................................................................................................ 8

3. EXIGENCES DU PRODUIT ............................................................................................. 9

3.1 DIAGRAMME DES INTERACTEURS ...................................................................................................................... 9

3.2 DESCRIPTION DES FONCTIONS ........................................................................................................................ 10

3.3 CARACTÉRISATION DES FONCTIONS ................................................................................................................ 11

3.4 HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES FONCTIONNELS ............................................................................................. 12

3.5 HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES NON FONCTIONNELS ....................................................................................... 13

3.6 EXIGENCES CONCERNANT LE DÉVELOPPEMENT DU PRODUIT ............................................................................... 13

4. EVOLUTIONS POSSIBLES ET ULTERIEURES DU PRODUIT ................................... 14

ANNEXES .......................................................................................................................... 15

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.05 / 18

1.INTRODUCTION

1.1OBJET DU DOCUMENT

Ce document décrit tous les services que doivent rendre le produit et ses livrables et toutes les exigences qu'ils doivent satisfaire.

1.2PORTÉE DU DOCUMENT

Ce document est destiné à expliciter et formaliser le besoin de la cliente Sylvie Kerouédan dans le cadre du projet de réalisation d'un scanner 3D.

1.3TERMINOLOGIE

TermeDescription

KinectPériphérique de capture d'image.

ArduinoCircuit imprimé sur lequel se trouve un micro contrôleur programmable. FablabAtelier composé de machines-outils pilotées par ordinateur permettant de fabriquer des biens de natures diverses.

1.4ABRÉVIATIONS

AbréviationSignification

Com.Communication

FPFonction principale

FSFonction de service

FCFonction contrainte

FablabFABrication LABoratory

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.07 / 18

2.LES OBJECTIFS DU PRODUIT

2.1DÉFINITION DU PRODUIT

Cf. Fig1 en annexe.

Un scanner 3D est un appareil qui analyse les objets ou leur environnement proche pour recueillir de informations précises sur la forme et éventuellement sur l'apparence (couleur,

texture...) de ceux-ci. Les données ainsi collectées peuvent alors être utilisées pour construire des

images de synthèse en trois dimensions.

Dans le cadre de ce projet, le système se limitera à récupérer uniquement des informations

sur la forme de l'objet scanné. Le client ayant spécifié que le système devrait utiliser une Kinect, et

compte tenu des limites de performance de celle-ci, le scanner 3D ne pourra pas distinguer les détails inférieurs à 1 mm.

Les livrables attendus sont :

-le présent cahier des charges -un planning de travail -un rapport technique -un poster -une présentation du produit achevé -une soutenance technique devant l'encadrant -une soutenance devant un jury -un compte-rendu régulier sur le site du fablab pour montrer l'avancement du projet

2.2CONTEXTE D'EXPLOITATION DU PRODUIT

Les différents acteurs amenés à utiliser ou à intervenir sur le produit sont : -l'utilisateur -le réparateur Le fablab possède déjà une imprimante 3D et souhaiterait pouvoir imprimer en 3D un objet quelconque. Le scanner 3D devra donc stocker les données sous forme de fichiers exploitables (par l'imprimante 3D).

8 / 18Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

3.EXIGENCES DU PRODUIT

3.1 DIAGRAMME DES INTERACTEURS

Cf. Fig2 en annexe.

FP : Permettre à l'utilisateur d'obtenir sur son ordinateur des données sur l'objet scanné sous

forme d'un fichier 3D exploitable FS1 : Récupérer des données sur l'objet avec la Kinect FS2 : Transmettre les données sur l'objet de la Kinect à l'ordinateur FS3 : Visualiser à l'écran le nuage de points correspondant à l'objet scanné

FS4 : Maintenir l'objet immobile

FC1 : Respecter une distance objet / Kinect bornée

FC2 : Scanner un objet de taille majorée

FC3 : Scanner l'objet en un temps raisonnable

FC4 : Respecter l'environnement

FC5 : Respecter les normes

FC6 : Être robuste mécaniquement

FC7 : Être peu défaillant

FC8 : Être facile d'utilisation et pratique

FC9 : Consommer peu d'énergie

FC10 : Utiliser peu de mémoire

FC11 : Sauvegarder les données sur l'ordinateur dans un format exploitable FC12 : Être simple à monter, démonter et facilement transportable pour l'utilisateur

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.09 / 18

3.2 DESCRIPTION DES FONCTIONS

FPLe système permet, à partir d'un objet réel, de générer une image 3D qui sera exploitable sur

un ordinateur .

FS1Le système utilisera la Kinect comme capteur pour récupérer des données sur la surface de

l'objet sous plusieurs angles . La Kinect permettra aussi d'avoir des informations sur la profondeur de chaque pixel de l'image , c'est à dire que le système pourra savoir à quelle distance de l'objectif de la Kinect se trouve chaque élément de l'image .

FS2Le système récupérera les données de la Kinect qui seront ensuite traitées sur un ordinateur.

FS3L'utilisateur peut visualiser à l'écran la modélisation du nuage de point obtenue après avoir

scanné l'objet. Cela lui permet de juger de la cohérence entre cette modélisation et l'objet réel

et d'éviter les erreurs d'acquisition. Il peut ensuite procéder à un traitement du nuage de point

en une représentation 3D. Il visualise celle ci pour juger de la qualité de la représentation

finale. FS4Il est important que l'objet ne bouge pas pour plusieurs raisons. La première est que l'objet

peut être fragile, et que de ce fait, s'il bouge trop, il peut tomber et s'abîmer, se casser. La

deuxième est que le processus d'acquisition est très précis. Si l'objet bouge pendant que la

Kinect récupère ses données, cela risque de fausser les mesures, et donc de donner un résultat erroné.

FC1La portée des capteurs de la Kinect est entre 1.2 m et 3.5 m. L'objet devra donc être situé

entre ces deux distances de la Kinect. Sinon les images prises par la Kinect seront floues, ce qui risque de donner des résultats erronés.

FC2La Kinect ne pouvant scanner des objets que s'ils sont situés entre 1.2 m et 3.5 m de celle-ci,

et ayant des angles d'ouverture horizontal de 57° et vertical de 43°, l'objet scanné ne pourra

pas dépasser une sphère de 6.4 m³ (ordre de grandeur). Ce volume sera limité par d'autres

contraintes (temps d'acquisition , impression en 3D d'une taille maximale de

10cm*10cm*10cm). On fixera donc la taille maximale à 30cm*30cm*30cm .

FC3Le temps d'acquisition doit être raisonnable. Il dépend cependant de la taille de l'objet à

scanner. On le fixera à un maximum de 30 minutes pour la taille d'objet maximum.

FC4Dans le cadre de la politique de l'école de développement durable, le système sera fait en

utilisant au maximum des matériaux recyclables/recyclés.

FC5Le système n'utilisera que des éléments en licence libre pour garantir le respect des normes

imposées en ce qui concerne les droits d'auteur. Quant à la Kinect, elle est devenue OpenSource : on peut donc l'utiliser sans contraintes particulières.

FC6Le système devra être assez robuste et devra résister à des chocs de moyenne ampleur qui

pourraient arriver lors de son utilisation. Il doit notamment pouvoir être déplacé, démonté,

remonté sans nuire à l'intégrité du système. FC7Lors de son utilisation, il ne doit pas y avoir de problèmes à tout niveau du processus d'acquisition. FC8Le scanner doit être facile à prendre en main sans avoir besoin de connaissances supplémentaires. La durée de formation ne devra pas excéder 10 minutes.

FC9Le système ne doit pas être énergivore. Notamment il doit se rapprocher de la consommation

des scanners dans le commerce ( exemple pour le scanner EVA : 12 V, 48 W ) FC10Les données doivent pouvoir être traitées par les ordinateurs du fablab. FC11Le système devra, en plus de permettre de visualiser l'image 3D, permettre de sauvegarder l'image dans un format de fichier exploitable.

FC12Le client ayant l'intention d'emmener le scanner 3D à différents événements pour l'exposer. Il

est important que celui-ci soit facilement montable et démontable en peu de temps.

10 / 18Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

3.3 CARACTÉRISATION DES FONCTIONS

Niveau variant de 1 à 4 ( 4 étant le meilleur)

Flexibilité variant de 0 à 3 ( 0 étant impératif, 1 peu négociable, 2 négociable, 3 très négociable)

FonctionCritèreNiveauFlexibilitéMoyen de contrôle

FS1La Kinect récupère les données40Test

La Kinect ne récupère pas les données1

FS2Les données sont transmises intégralement.40Test

Il y a des données manquantes.1

FS3L'utilisateur peut visualiser le nuage de points, supprimer les points incorrects, lisser pour donner la représentation 3D de l'objet.41Test

L'utilisateur peut visualiser le nuage de points

(sans faire de modifications) et la représentation 3D de l'objet.3 L'utilisateur peut visualiser le nuage de points.2

L'utilisateur ne peut rien visualiser1

FS4Mouvement < 1mm40Test sur 100 objets

de formes différentes.1mm-2mm3

2mm-3mm2

>3mm1 FC1L'objet est dans la zone de portée des capteurs.40Immédiat

L'objet n'est pas dans la zone.1

FC2L'objet respecte la taille maximale .42Immédiat

L'objet ne respecte pas la taille maximale.1

FC3Temps de acquisition < 10min41Test sur 100 objets de tailles et formes diverses.

On chronométrera

le temps d'acquisition et on fera la moyenne.<20min3 <30min2 > 30min1

FC4Plus de 50% des matières utilisées sont

recyclables43Recherche sur le caractère recyclable des composants du système.Entre 30% et 50%3

Entre 10% et 30%2

< 10%1 FC5Le système n'utilise que des éléments sous licence libre.40Immédiat

Plus des 2/3 sont en licence libre3

Entre 1/3 et 2/3 sont en licence libre2

Moins de 1/31

FC6Le système résiste à une force de plus de 10N.41Test Le système résiste à une force entre 5N et 10N.3 Le système résiste à une force entre 5N et 1N.2

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.011 / 18

Le système résiste à une force de moins de 1N.1 FC7Le système tombe en panne plus d'une fois sur

100 acquisitions.40Test sur 100

acquisitions.

Le système tombe en panne plus d'une fois sur

50.3

Le système tombe en panne plus d'une fois sur

10.2

Le système tombe en panne moins d'une fois

sur 10.1 FC8Durée de formation <10min41Essai de formation

à 10 utilisateurs du

fablab .Durée de formation < 30min3

Durée de formation > 1h1

FC9Le système consomme 48W ou moins42Immédiat

De 48W à 67W3

>67W1

FC10Au moins un ordinateur du fablab est assez

performant pour faire fonctionner le système.42Test sur les ordinateurs du fablab.Aucun n'est assez performant pour faire fonctionner le système.1 FC11Les données sont sauvegardées sur l'ordinateur dans un format exploitable.40Test sur d'autres logiciels de modélisation 3D (Blender,

SolidWorks, Maya,

3DSMax)Les données sont sauvegardées dans un

format inexploitable sur d'autre logiciel.3

Les données ne sont pas sauvegardées.1

FC12Non encombrant et démontable en moins de 10 min.42Test sur 10 personnes avec chronométrage.Non encombrant et démontable en plus de 10 min.3

Encombrant et démontable en moins de 10 min.2

Encombrant et démontable en plus de 10 min.1

3.4 HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES FONCTIONNELS

FS1FS2FS3FS4TotalPourcentage

FS11122637,50%

FS21122637,50%

FS3001016,25%

FS40021318,75%

12 / 18Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

3.5 HIÉRARCHISATION DES CRITÈRES NON FONCTIONNELS

FC1120222222202199,74%

FC2010222022202157.69 %

FC32212222222222311.79 %

FC400010000000010.51 %

FC500021000000031.53 %

FC6020221022202157.69 %

FC7220222122202199.74 %

FC8020222012202157.69 %

FC9020222021202157.69 %

FC10020222022102157.69 %

FC112202222222122110.77 %

FC12020222022201157.69 %

3.6 EXIGENCES CONCERNANT LE DÉVELOPPEMENT DU PRODUIT

3.3.1Objectifs de délais

Dateévénement

06/03 ou

13/03Initiation aux outils de développement

Semaine 12Réunion 4 élèves/encadrant

22/03/13Dépôt du planning du projet sous Moodle

27/03/13Com1 : Cours de Com. (rapport)

Semaine 16Réunion 5 élèves/encadrant

17/04/13Le point sur le projet S2 aux élèves

Semaine 20Réunion 6 élèves/encadrant

15/05/13Dépôt rapport V1

16/05/13Com2 : Cours de Com. (poster)

Semaine 22Réunion 7 élèves/encadrant : présentation du résultat à l'encadrant

29/05/13Dépôt poster V1

05/06/13Séance de décontextualisation

05/06/13Retour commentaires rapport V1

11/06/13Retour commentaires poster V1

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.013 / 18

12/06/13Dépôt rapport V2

18/06/13Dépôt poster V2

26 ou 27/06Soutenance poster

3.3.2Objectifs de coûts

Le client a précisé explicitement qu'il souhaitait minimiser les coûts. Une Kinect vaut environ 100 euros, Arduino 20 euros. On essaiera donc de respecter un budget de

300 euros pour l'achat des matières premières (fils, support de l'objet à scanner, etc...).

Dans le coût prévisionnel de développement du système, il faudrait bien sur prendre en compte le

coût salarial des 4 ingénieurs débutants qui développent le produit (notre équipe) et des conseillers (ici les

tuteurs).

3.3.3Exigences de réalisation

Le client exige que le Scanner 3D soit réalisé en utilisant la Kinect et l'Arduino.

4.EVOLUTIONS POSSIBLES ET ULTERIEURES DU PRODUIT

Dans un premier temps, il nous a été demandé de concevoir un système simple et efficace. Cependant, si

les exigences de délai le permettent, le client souhaiterait ajouter les fonctionnalités suivantes :

•Relier le scanner 3D à une imprimante 3D.

•Être capable de faire une acquisition de façon automatique sans intervention de l'utilisateur.

14 / 18Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.0

ANNEXES

Fig.1 : Bête à cornes

Fig.2 : Diagramme des interacteurs

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.015 / 18

Cahier des charges - Scanner 3D - v 1.017 / 18

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