EP4392937A1 - Procédé de fabrication d'un objet tridimensionnel au moyen d'un outil à commande numérique - Google Patents

Procédé de fabrication d'un objet tridimensionnel au moyen d'un outil à commande numérique

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Publication number
EP4392937A1
EP4392937A1 EP22758576.7A EP22758576A EP4392937A1 EP 4392937 A1 EP4392937 A1 EP 4392937A1 EP 22758576 A EP22758576 A EP 22758576A EP 4392937 A1 EP4392937 A1 EP 4392937A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
digital image
manufacturing
pixels
strategy
contour
Prior art date
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Pending
Application number
EP22758576.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel Batt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEB SA
Original Assignee
SEB SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEB SA filed Critical SEB SA
Publication of EP4392937A1 publication Critical patent/EP4392937A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three-dimensional [3D] modelling for computer graphics
    • G06T17/10—Constructive solid geometry [CSG] using solid primitives, e.g. cylinders, cubes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three-dimensional [3D] modelling for computer graphics
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation

Definitions

  • TITLE Process for manufacturing a three-dimensional object using a numerically controlled tool
  • the invention relates to the field of numerically controlled tools and more particularly to a method of manufacturing a three-dimensional object by means of such a numerically controlled tool.
  • a numerically controlled tool such as a three-dimensional printer, an extruder, or a two-dimensional cutter .
  • a numerically controlled tool designates a machine tool whose movements are controlled by a computer from a computer modeling of said three-dimensional object. Computer modeling therefore corresponds to a series of instructions allowing the numerically controlled tool to produce the three-dimensional object.
  • a first solution is to directly select a predefined computer model from a digital library made available to a user by the seller of the printer.
  • This solution is simple and quick to implement, but the user cannot customize a shape of the three-dimensional object. In other words, the user cannot choose details of the three-dimensional object and can only manufacture a three-dimensional object whose shape is predefined.
  • a step of grouping the pixels of the digital image comprising an initialization phase in which a figurative center, corresponding to the drawing, and at least one background center, corresponding to the physical medium, are determined, and a use phase in which an unsupervised data partitioning method is used so as to obtain a first set of pixels corresponding to the drawing and at least a second set of pixels, distinct from the first set of pixels, corresponding to the physical medium;
  • Each pixel is defined by at least three color coordinates. These coordinates represent a sensation that the user perceives from the pixel, such as a color and a pixel brightness.
  • colorimetric coordinates such as RGB, HLS or CMYK.
  • the method according to the invention uses the LAB method which describes the luminosity and the color according to two perpendicular vectors. The LAB method makes it possible to finely describe visual perception.
  • Each of these components is defined for each pixel of the digital image.
  • the initialization phase analyzes the colorimetric coordinates of at least one pixel positioned on an edge of the digital image to determine the colorimetric coordinates of the at least one background center.
  • the method according to the invention determines a pixel as background center so as to initialize the grouping step.
  • the background center is a pixel to which particular colorimetric coordinates are associated, such as the colorimetric coordinates of a pixel positioned on the edge of the digital image. Indeed, it is very likely that the drawing is made in the center of the digital image and therefore that a pixel positioned on the edge represents the background of the digital image.
  • a background center can be provided at each corner of the digital image and the center of each edge of the image corresponds to the edge of the sheet.
  • the k-means algorithm is also called “dynamic reallocation classification”, “Lloyd-Max quantization algorithm” or “k-means”.
  • FIG. 4 is a representation of a luminosity of the pixels of the digital image according to the geometric coordinates
  • the method performs a step 1 of production of a digital image 11 of the drawing 10, in which the digital image 11 of the drawing 10 is made by means of a digital reprography tool such as for example a photographic device, a camera or a to scan.
  • the digital image 11 is a group of pixels, each pixel being coded in 5 dimensions X, Y, L, A, B, comprising three colorimetric coordinates L, A, B using a method called LAB.
  • the LAB method makes it possible to represent a sensation that the user perceives from the pixel, such as a color and a luminosity of the pixel.
  • the LAB method includes a brightness coordinate L and two color coordinates represented by two perpendicular vectors A, B.
  • the LAB method makes it possible to finely describe visual perception.
  • a distribution of the pixels of the digital image 11 according to the luminosity L, and the vectors A, B, is represented in figure 3.
  • Each pixel is defined by two geometric coordinates X, Y representing a positioning of the pixel in the two-dimensional space in which the digital image 11 extends.
  • the method then performs a grouping step 2 of the pixels of the digital image 11, the grouping step 2 comprising an initialization phase in which a figurative center, corresponding to the drawing, and eight background centers, corresponding to the physical medium , are determined.
  • the figurative center has geometric coordinates X, Y corresponding to a geometric middle of the digital image 11 , and has colorimetric coordinates L, A, B corresponding to low luminosity.
  • the grouping step 2 includes a use phase in which an unsupervised data partitioning method called k-means is used so as to sort the pixels of the digital image 11 in order to obtain a first set of pixels 21 corresponding to drawing 10, and eight sets of pixels 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 corresponding to the physical medium, as shown in Figure 5.
  • k-means an unsupervised data partitioning method
  • Figure 4 represents the luminosity L of the sets of pixels 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 as a function of the geometric coordinates of the pixels.
  • the method then performs a step 3 of extracting the first set of pixels 21.
  • the drawing 10 comprises a plurality of lines which extend over the background 12. In the case taken as an example, each line corresponds to two contours.
  • the drawing 10 therefore comprises nine contours 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 of which the contour 31 is the outermost and the contours 37, 38 and 39 the innermost contours.
  • each contour defines an area corresponding to a closed surface.
  • the method 100 includes a strategy step 9 in which a strategy 91 defining at least one contour property is chosen.
  • Strategy 91 includes a height property, a material property as well as contour positioning information.
  • a first strategy is defined as follows: the more the outline at parent levels, the higher the printed layer will be, and the outlines having a thickness of one are made of “pizza dough” material, the outlines having a thickness of two are in “tomato sauce” material and the contours having a thickness of three are in “mozzarella” material.
  • each contour, and therefore each associated zone has a thickness increased by one compared to the level of the previous zone, and the thickness of the zone determines its material.
  • a second strategy consists in numbering the contours according to their level of kinship, then to exclude the contours having an even numbering, to renumber the remaining contours according to their new level of kinship, then to apply the "first strategy" on these renumbered contours.
  • each contour, and therefore each associated zone having an odd relatedness level has a thickness increased by one compared to the level of the previous zone, and the thickness of the zone determines its material .
  • the method 100 then performs a determination step 4 in which the strategy 91 is applied to the contours 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 so as to determine a structural plane 41 extending in a space two-dimensional, each contour 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 being associated with a property.
  • the outermost contour is contour 31. It therefore defines an area having a thickness of 1.
  • contours 32, 33, 34, 35, 36 are adjacent to area 31, so they define an area having a thickness of 2.
  • Outlines 37 and 39 also have a thickness of 2 because they are adjacent to the area defined by outline 31 which has a thickness of 1 .
  • the contour 38 is adjacent to the zone defined by the contour 34, it therefore defines a zone of thickness
  • steps of discretization 5 and computer processing 6 are carried out sequentially or in parallel.
  • the discretization step 5 of the structural plane 41 consists in applying a triangulation method called Ear Clipping so as to represent an internal surface 51 of the structural plane 41.
  • the computer processing step 6 consists of an extrusion along an axis normal to the two-dimensional space in which the structural plane 41 extends and along the at least one property of the contour, so as to represent a three-dimensional virtual object 61.
  • the method 100 then comprises a step 7 of creating a computer model 71 by combining the internal surface 51 and the three-dimensional virtual object 61.
  • the method 100 performs a step 8 of manufacturing the three-dimensional object 81, 81' by the digital tool controlled by means of the computer modeling 71.
  • the three-dimensional object 81 manufactured by applying the first strategy is represented in FIG.
  • the three-dimensional object 81 has the shape of the drawing 10. In addition, it has a part of pizza dough 82, a part of tomato sauce 83 and a part of mozzarella 84.
  • the three-dimensional object 81' produced by applying the second strategy is represented in FIG. 7.
  • the three-dimensional object 81' has the shape of the drawing 10. In addition, it has a portion of pizza dough 82', and a portion of sauce tomato 83'.
  • the method 100 according to the invention only requires the production of the digital image 11 of the drawing 10 by the user. Obtaining the computer model 71 is then automatic. The method 100 is therefore particularly easy to use and does not require computer knowledge.
  • the user can therefore simply by means of a drawing 10 personalize a shape of the three-dimensional object 81, 81′ to be manufactured.

Landscapes

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Abstract

Procédé de fabrication (100) d'un objet tridimensionnel (81, 81') au moyen d'un outil à commande numérique, comprenant : - Une étape de réalisation (1) d'une image numérique (11) d'un dessin (10); - Une étape de regroupement (2) des pixels de l'image numérique (11); - Une étape d'extraction (3) du premier ensemble (21) de pixels; - Une étape de détermination (4); - Une étape de discrétisation (5); - Une étape de traitement informatique (6) consistant en une extrusion; - Une étape de création (7) d'une modélisation informatique (71); - Une étape de fabrication (8) de l'objet tridimensionnel (81, 81') par l'outil numérique;

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication d’un objet tridimensionnel au moyen d’un outil à commande numérique
L’invention concerne le domaine des outils à commande numérique et plus particulièrement un procédé de fabrication d’un objet tridimensionnel au moyen d’un tel outil à commande numérique. Dans le domaine de la fabrication d’un objet tridimensionnel, c’est-à-dire d’un objet physique, il est courant d’utiliser un outil à commande numérique tel qu’une imprimante tridimensionnelle, une extrudeuse, ou une découpe bidimensionnelle. Un outil à commande numérique désigne une machine - outil dont des mouvements sont commandés par un ordinateur à partir d’une modélisation informatique dudit l’objet tridimensionnel. La modélisation informatique correspond donc à une série d’instruction permettant à l’outil à commande numérique de réaliser l’objet tridimensionnel.
Pour réaliser lesdites modélisations informatiques plusieurs solutions sont possibles.
Dans l’exemple d’une imprimante tridimensionnelle, une première solution est de sélectionner directement une modélisation informatique prédéfinie dans une bibliothèque numérique mise à disposition d’un utilisateur par le vendeur de l’imprimante. Cette solution est simple et rapide à mettre en œuvre, mais l’utilisateur ne peut pas personnaliser une forme de l’objet tridimensionnel. Autrement dit, l’utilisateur ne peut pas choisir des détails de l’objet tridimensionnel et peut uniquement fabriquer un objet tridimensionnel dont la forme est prédéfinie.
Une deuxième solution est de créer la modélisation informatique au moyen de logiciels spécifiques qui sont installés sur un ordinateur. Ainsi, l’utilisateur crée lui-même la modélisation informatique souhaitée. Cependant, cette solution implique que l’utilisateur ait une connaissance informatique élevée. En effet, celui-ci doit réaliser de multiples actions informatiques pour convertir un dessin de l’objet tridimensionnel souhaité, réalisé sur un support physique tel qu’un papier, en une modélisation informatique pouvant être convertie en instructions pour l’outil à commande numérique. Par exemple, l’utilisateur doit réaliser une image numérique du dessin au moyen d’un appareil photographique ou d’un scan par exemple, puis séparer, sur l’image numérique, un contour du dessin d’un fond du papier dans un logiciel d’édition de photo. Ensuite, il doit convertir ce contour en un objet virtuel tridimensionnel dans un logiciel de modélisation tridimensionnelle et enfin ajuster cet objet tridimensionnel dans un logiciel de préparation pour impression tridimensionnelle afin d’obtenir la modélisation informatique qui sera utilisée par l’outil à commande numérique.
L’invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients cités ci-dessus, et notamment de faciliter une personnalisation d’une forme d’un objet tridimensionnel à fabriquer en proposant un procédé de fabrication d’un objet tridimensionnel au moyen d’un outil à commande numérique, comprenant :
Une étape de réalisation d’une image numérique d’un dessin comprenant au moins un contour fermé, ledit dessin étant réalisé sur un support physique s’étendant dans un espace bidimensionnel qui présente un aspect sensiblement uniforme sous un éclairage déterminé;
Une étape de regroupement des pixels de l’image numérique, l’étape de regroupement comprenant une phase d’initialisation dans laquelle un centre figuratif, correspondant au dessin, et au moins un centre de fond, correspondant au support physique, sont déterminés, et une phase d’utilisation dans laquelle une méthode non supervisée de partitionnement de données est utilisée de sorte à obtenir un premier ensemble de pixels correspondant au dessin et au moins un second ensemble de pixels, distinct du premier ensemble de pixels, correspondant au support physique;
Une étape d’extraction du premier ensemble de pixels de sorte à obtenir l’au moins un contour du dessin ;
Une étape de détermination dans laquelle une stratégie définissant au moins une propriété de contour est appliquée à l’au moins un contour de sorte à déterminer un plan structurel s’étendant dans un espace bidimensionnel, chaque contour étant associé à au moins une propriété ;
Une étape de discrétisation du plan structurel de sorte à représenter une surface interne du plan structurel ;
Une étape de traitement informatique consistant en une extrusion suivant un axe normal à l’espace bidimensionnel dans lequel s’étend le plan structurel de sorte à représenter un objet virtuel tridimensionnel ;
Une étape de création d’une modélisation informatique en combinant la surface interne et l’objet virtuel tridimensionnel ;
Une étape de fabrication de l’objet tridimensionnel par l’outil numérique commandé au moyen de la modélisation informatique.
L’invention s’applique à tout outil à commande numérique, et plus particulièrement à tout outil à commande numérique alimentaire, c’est-à-dire configuré pour fabriquer un objet tridimensionnel comestible.
Un objet tridimensionnel est un objet physique réel présentant une épaisseur, une longueur et une largeur non nulles données.
Un utilisateur utilisant le procédé de fabrication selon l’invention débute par prendre un support physique tel qu’une feuille de papier. Le support physique comprend une longueur et une largeur qui s’étendent dans un espace bidimensionnel. L’espace bidimensionnel représente un fond sur lequel l’utilisateur va tracer un dessin.
Le fond présente un aspect sensiblement uniforme, c'est-à-dire sensiblement uni et ne présentant pas d’inégalité ou d’aspérité visible par l’utilisateur, lorsqu’il est regardé sous un éclairage déterminé. L’éclairage sous lequel le fond est vu par l’utilisateur influe sur son aspect. En effet, l’éclairage entraine obligatoirement une réflexion sur ledit fond d’une couleur d’un environnement dans lequel est physiquement positionné le fond, de sorte qu’un papier parfaitement homogène blanc est vu de la couleur de l’environnement. Par exemple, un papier blanc positionné dans une pièce rouge sera vu comme légèrement rouge à cause de la réflexion du rouge de la pièce sur le papier. Selon l’invention, pour un éclairage donné, le fond a une couleur sensiblement unie et ne présente pas d’inégalité ou d’aspérité visible par l’utilisateur. Le fond utilisé est donc généralement sensiblement lisse et sensiblement monochrome indépendamment de l’environnement dans lequel il est placé.
Ensuite, l’utilisateur trace, sur le fond, le dessin qui représente l’objet tridimensionnel vu suivant une projection dudit objet tridimensionnel sur un plan. Le dessin comprend obligatoirement au moins une ligne qui s’étend sur le fond et donc dans l’espace bidimensionnel. Une ligne comprend, dans l’espace bidimensionnel, une longueur et une épaisseur.
On définit un contour comme un objet mathématique à une seule dimension qui sépare deux zones. Un contour est défini par une longueur et deux extrémités. Le contour n’a pas de réalité physique et ne peut être représenté physiquement. Lorsque les extrémités du contour coïncident, le contour est fermé, tandis que lorsque les extrémités du contour sont distinctes, le contour est ouvert. Un contour fermé délimite une zone intérieure.
Chaque ligne correspond à un ou deux contours. En effet, une ligne, par son épaisseur représente en elle-même une zone qui est différente d’une zone du fond. Ainsi lorsque le dessin comprend une seule ligne ouverte et dont les extrémités ne touchent pas un bord du support physique, comme par exemple une ligne représentant un segment de droite positionné au milieu du papier, le dessin comprend un unique contour fermé qui entoure ladite ligne. Lorsque le dessin comprend une unique ligne fermée, comme par exemple une ligne représentant un cercle, le dessin comprend un premier contour fermé qui entoure ladite ligne sur un côté extérieur de la ligne, et un second contour fermé qui entoure ladite ligne sur un côté intérieur de la ligne. Le dessin définit donc trois zones distinctes : une première zone à l’extérieur du cercle, une deuxième zone comprise dans l’épaisseur de la ligne et une troisième zone à l’intérieur du cercle. L’utilisateur réalise alors le procédé au moyen d’un ordinateur, d’un téléphone portable ou tout autre moyen numérique. Le procédé peut prendre la forme d’un site internet ou d’une application installée sur le moyen numérique. Le procédé effectue tout d’abord l’étape de réalisation, dans laquelle une image numérique du dessin est faite au moyen d’un outil de reprographie numérique comme par exemple un appareil photographique, une caméra ou un scanner. L’image numérique est un groupe ou tableau de pixels, chaque pixel étant défini par un certain nombre de propriété, notamment sa position dans l’image et sa couleur.
Sur la base de cette image numérique, le procédé effectue alors l’étape de regroupement qui a pour objectif de différencier automatiquement, c'est-à-dire sans l’intervention de l’utilisateur, les pixels de l’image numérique de sorte à obtenir un premier ensemble de pixels correspondant au dessin et au moins un second ensemble de pixels, distinct du premier ensemble de pixels, correspondant au support physique, c'est-à-dire au fond.
L’étape de regroupement comprend une phase d’initialisation dans laquelle un premier pixel est défini comme un centre figuratif, correspondant au dessin, et au moins un deuxième pixel est défini comme un centre de fond, correspondant au support physique. Plusieurs pixels peuvent être définis comme des centres de fond.
Selon un mode de réalisation, le premier pixel et le deuxième pixel sont choisis arbitrairement parmi les pixels de l’image numérique.
Puis l’étape de regroupement comprend une phase d’utilisation dans laquelle une méthode non supervisée de partitionnement de données est utilisée de sorte à trier les pixels de l’image numérique afin d’obtenir le premier ensemble de pixels correspondant au dessin et l’au moins un second ensemble de pixels correspondant au support physique. La méthode non supervisée de partitionnement de données divise donc les données de chaque sous-ensemble partageant des caractéristiques communes.
Le fait que la méthode non supervisée de partitionnement de données de la phase d’utilisation s’applique à un premier ensemble des pixels de l’image numérique et à au moins un second ensemble de l’image numérique distinct du premier ensemble permet de traiter l’ensemble des pixels de l’image numérique.
Considérer l’ensemble des pixels de l’image numérique permet d’améliorer la performance du procédé et de faire abstraction de l’étalonnage de l’outil de reprographie numérique et des différences de couleurs sur le support physique dues à l’éclairage.
Le procédé réalise alors l’étape d’extraction dans laquelle le premier ensemble de pixels est isolé afin d’obtenir l’au moins un contour du dessin.
Le procédé applique alors à l’au moins un contour la stratégie définissant au moins une propriété de contour lors de l’étape de détermination. La stratégie est déterminée préalablement à cette étape. La stratégie est un groupe de règles qui est défini indépendamment du dessin et donc indépendamment de l’objet tridimensionnel à fabriquer. La stratégie a une portée générale et peut être appliquée à un grand nombre de dessin. Après l’étape de détermination, l’au moins un contour est associé à au moins une propriété formant ainsi le plan structurel de l’objet tridimensionnel à fabriquer. Le plan structurel s’étend dans un espace bidimensionnel dans lequel s’étend l’au moins un contour.
A partir du plan structurel, les étapes de discrétisation et de traitement informatique sont réalisées séquentiellement ou parallèlement.
L’étape de discrétisation du plan structurel consiste à appliquer une méthode connue à l’au moins un contour afin d’obtenir une surface interne de l’au moins un contour. Autrement dit, l’étape de discrétisation décompose le contour en une multitude de formes géométriques connues (triangle, carré...).
L’étape de traitement informatique consiste en une extrusion suivant l’axe normal à l’espace bidimensionnel dans lequel s’étend le plan structurel, et suivant l’au moins une propriété du contour, de sorte à représenter un objet virtuel tridimensionnel. La propriété du contour indique l’extrusion devant être réalisée comme par exemple, une hauteur de l’extrusion.
L’étape de création combine l’objet virtuel tridimensionnel et la surface interne qui ont été obtenus précédemment de sorte à créer la modélisation informatique.
L’outil numérique est alors commandé par la modélisation informatique lors de l’étape de fabrication de sorte à fabriquer l’objet tridimensionnel.
Le procédé selon l’invention nécessite uniquement la réalisation de l’image numérique du dessin par l’utilisateur. L’obtention de la modélisation informatique est alors automatique. Le procédé est donc particulièrement simple d’utilisation et ne nécessite pas de connaissance en informatique.
L’utilisateur peut donc simplement au moyen d’un dessin personnaliser la forme de l’objet tridimensionnel à fabriquer. Ainsi le procédé permet à la créativité de l’utilisateur de s’exprimer simplement.
Enfin le procédé selon l’invention est particulièrement économe en temps et en ressource de calcul. Le procédé ne nécessite pas de matériel particulier tel qu’une grande quantité de mémoire.
Selon un mode de réalisation, la modélisation informatique est réalisée en moins de 10s, 5s ou préférentiellement 1s, à partir de l’image numérique.
L’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, les pixels de l’image numérique sont codés sur au moins cinq dimensions comprenant au moins trois coordonnées colorimétriques, de préférence utilisant une méthode appelée LAB, et au moins deux coordonnées géométriques.
Chaque pixel est défini par au moins trois coordonnées colorimétriques. Ces coordonnées représentent une sensation que l’utilisateur perçoit du pixel comme par exemple une couleur et une luminosité du pixel. Il existe plusieurs méthodes de coordonnées colorimétriques comme par exemple le RGB, HLS ou CMYK. Préférentiellement, le procédé selon l’invention utilise la méthode LAB qui décrit la luminosité et la couleur suivant deux vecteurs perpendiculaires. La méthode LAB permet de décrire finement la perception visuelle. Chacune de ces composantes est définie pour chaque pixel de l’image numérique.
Chaque pixel est défini par au moins deux coordonnées géométriques. Ces coordonnées représentent un positionnement du pixel dans l’espace bidimensionnel dans lequel s’étend l’image numérique. Préférentiellement, l’invention utilise une coordonnée d’abscisse et une coordonnée des ordonnées.
Selon un mode de réalisation, la phase d’initialisation analyse les coordonnées colorimétriques d’au moins un pixel positionné sur un bord de l’image numérique pour déterminer les coordonnées colorimétriques de l’au moins un centre de fond.
Le procédé selon l’invention détermine un pixel comme centre de fond de sorte à initialiser l’étape de regroupement. D’une manière alternative au choix arbitraire décrit ci-dessus, le centre de fond est un pixel auquel est associé des coordonnées colorimétriques particulières comme par exemple les coordonnées colorimétriques d’un pixel positionné sur le bord de l’image numérique. En effet, il est très probable que le dessin soit réalisé au centre de l’image numérique et donc qu’un pixel positionné sur le bord représente le fond de l’image numérique.
Le centre de fond peut avoir des coordonnées colorimétriques correspondant par exemple à une moyenne des coordonnées colorimétriques de tous les pixels positionnés sur le bord de l’image numérique. Ainsi, le procédé prend en compte la couleur de l’environnement reflétée par le fond. Selon un mode de réalisation, la phase d’initialisation analyse les coordonnées colorimétriques des pixels codés de l’image numérique de sorte à déterminer, au moyen d’une analyse en composante principale, un premier extremum dont les coordonnées colorimétriques seront associées au centre figuratif et un deuxième extremum dont les coordonnées colorimétriques seront associées à l’au moins un centre de fond.
De sorte à améliorer l’initialisation de l’étape de regroupement et ainsi sa rapidité d’exécution, la phase d’initialisation utilise une analyse en composante principale.
Selon un mode de réalisation, la phase d’initialisation détermine que le centre figuratif a des coordonnées géométriques correspondantes à un milieu géométrique de l’image numérique.
Comme il est très probable que le dessin soit réalisé au centre de l’image numérique, il est intéressant d’initialiser l’étape de regroupement avec un centre figuratif positionné au centre de l’image numérique. L’utilisateur est guidé au moment de la prise de l’acquisition de l’image numérique de manière à ce qu’il y ait un contour blanc. Dans le cas où l’utilisateur ne respecte pas cette indication, une partie de son dessin est ignoré. Etant donné que le traitement est rapide, l’utilisateur est invité à réitérer l’acquisition de l’image numérique en visant mieux. Selon un mode de réalisation, la phase d’initialisation détermine au moins deux centres de fond, ou au moins cinq centres de fond, ou préférentiellement huit centres de fond.
Lorsque plusieurs centres de fond sont déterminés lors de la phase d’initialisation, la phase d’utilisation détermine autant d’ensembles que de centres de fond augmenté d’une unité pour le centre figuratif.
Prévoir plusieurs centres de fond permet d’améliorer la prise en compte des différences de couleurs reflétées par le fond.
Selon un mode de réalisation, les centres de fond sont répartis sur un polygone régulier centré sur un milieu géométrique de l’image numérique.
Selon un mode de réalisation, les centres de fond sont répartis sur les bords de l’image numérique.
Selon un mode de réalisation, les centres de fond sont répartis dans l’image numérique suivant une loi aléatoire uniforme.
Ainsi, pour une feuille rectangulaire, on peut prévoir un centre de fond à chaque angle de l’image numérique et au centre de chaque bord de l’image correspond au bord de la feuille.
Les centres de fond sont initialisés sur des points bien précis qui sont en cohérence avec le choix de capturer sur fond blanc et sur un polygone régulier.
Selon un mode de réalisation, la méthode non supervisée de partitionnement de données utilise un algorithme des k-moyennes ou des k-médoïdes.
L’algorithme des k-moyennes est également appelé « classification par réallocation dynamique », « algorithme de quantification de Lloyd-Max » ou « k-means ».
Selon un mode de réalisation, l’étape de discrétisation utilise une méthode de triangulation appelée Ear Clipping.
Le méthode Ear Clipping est particulièrement efficace lorsque le contour à discrétiser a une forme quelconque (convexe, concave ou monotone).
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de stratégie, préalable à l’étape de détermination, dans laquelle la stratégie est choisie parmi une stratégie prédéterminée ou une stratégie personnalisable.
Selon un mode de réalisation, la stratégie comprend une propriété de hauteur.
Selon un mode de réalisation, la stratégie comprend en outre une propriété de matériau et/ou une propriété de texture et/ou une information de couleur et/ou une information de positionnement de l’au moins un contour.
Ainsi, la stratégie indique pour un contour, selon son positionnement par rapport aux autres contours et aux zones qu’ils définissent, en quel matériau la zone doit être réalisée, suivant quelle texture, par exemple lisse ou rugueux, et suivant quelle couleur.
Selon un mode de réalisation, la propriété de hauteur correspond à une durée d’extrusion. Dans le cas d’un outil à commande numérique tel qu’une extrudeuse, la hauteur de l’objet est indiquée par la durée d’extrusion.
Selon un mode de réalisation, la propriété de hauteur correspond à un nombre de couche.
Dans le cas d’un outil à commande numérique tel qu’une découpe bidimensionnelle, la hauteur de l’objet est indiquée par le nombre de couche.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de traitement d’image dans laquelle une inversion des couleurs de l’image numérique est réalisée.
L’étape de traitement d’image est réalisée avant l’étape de regroupement de sorte à pouvoir prendre en compte un dessin qui serait réalisé avec une encre claire sur un support physique sombre.
L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation selon la présente invention, donné à titre d’exemple non limitatif et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
[Fig. 1] est une représentation schématique du procédé selon l’invention ;
[Fig. 2] est une image numérique d’un dessin ;
[Fig. 3] est une distribution des pixels de l’image numérique dans un espace défini suivant la méthode LAB ;
[Fig. 4] est une représentation d’une luminosité des pixels de l’image numérique en fonction des coordonnées géométriques ;
[Fig. 5] est une représentation des ensembles de pixels après réalisation d’une phase d’utilisation ;
[Fig. 6] est une représentation tridimensionnel d’un objet fabriqué suivant l’image numérique de la figure 2 en appliquant une première stratégie définie selon un premier mode de réalisation.
[Fig. 7] est une représentation vue de dessus d’un objet fabriqué suivant l’image numérique de la figure 2 en appliquant une seconde stratégie définie selon un second mode de réalisation.
L’invention s’applique à tous outils à commande numérique pour lesquels une modélisation informatique 71 d’un objet tridimensionnel 81 , 81’ à fabriquer est nécessaire. Dans la suite de la description, il est pris en exemple d’outil à commande numérique une imprimante tridimensionnelle alimentaire, c’est-à-dire qu’un objet tridimensionnel 81 , 81’ fabriqué par l’imprimante est un aliment. L’aliment désigne, dans la présente description, une préparation alimentaire salée ou sucrée comme par exemple un biscuit ou une pizza.
La figure 1 illustre un schéma de principe du procédé de fabrication 100 selon l’invention. L’utilisateur réalise le procédé de fabrication 100 au moyen d’un ordinateur, d’un téléphone portable ou tout autre moyen numérique. Le procédé de fabrication 100 peut prendre la forme d’un site internet ou d’une application installée sur le moyen numérique. L’objet tridimensionnel 81 , 81’ est un objet physique réel, et plus particulièrement une pizza, représenté en figure 6 selon un premier mode de réalisation et en figure 7 selon un second mode de réalisation, présentant une épaisseur E, une longueur L1 et une largeur L2 non nulles données.
Un utilisateur utilisant le procédé de fabrication 100 débute par prendre un support physique tel qu’une feuille de papier. Le support physique utilisé est une page blanche présentant un aspect sensiblement uniforme. Le support physique comprend une longueur et une largeur qui s’étendent dans un espace bidimensionnel. L’espace bidimensionnel représente un fond 12 sur lequel l’utilisateur va tracer un dessin 10. Le dessin 10, tel que représenté en figure 2, est tracé avec un feutre rouge. Le dessin 10 représente l’objet tridimensionnel 81 , 81’ vu suivant une projection dudit objet tridimensionnel 81 , 81’ sur un plan.
Le procédé réalise une étape de réalisation 1 d’une image numérique 11 du dessin 10, dans laquelle l’image numérique 11 du dessin 10 est faite au moyen d’un outil de reprographie numérique comme par exemple un appareil photographique, une caméra ou un scanner. L’image numérique 11 est un groupe de pixels, chaque pixel étant codé sur 5 dimensions X, Y, L, A, B, comprenant trois coordonnées colorimétriques L, A, B utilisant une méthode appelée LAB. La méthode LAB permet de représenter une sensation que l’utilisateur perçoit du pixel comme par exemple une couleur et une luminosité du pixel. La méthode LAB comprend une coordonnée de luminosité L et deux coordonnées de couleurs représentées par deux vecteurs A, B perpendiculaires. La méthode LAB permet de décrire finement la perception visuelle. Une répartition des pixels de l’image numérique 11 en fonction de la luminosité L, et des vecteurs A, B, est représentée en figure 3.
Chaque pixel est défini par deux coordonnées géométriques X, Y représentant un positionnement du pixel dans l’espace bidimensionnel dans lequel s’étend l’image numérique 11.
Le procédé effectue alors une étape de regroupement 2 des pixels de l’image numérique 11 , l’étape de regroupement 2 comprenant une phase d’initialisation dans laquelle un centre figuratif, correspondant au dessin, et huit centres de fond, correspondant au support physique, sont déterminés.
Le centre figuratif a des coordonnées géométriques X, Y correspondant à un milieu géométrique de l’image numérique 11 , et a des coordonnées colorimétriques L, A, B correspondant à une luminosité faible.
Les centres de fond sont des pixels répartis sur les bords de l’image numérique 11 de la manière suivante : quatre ont pour coordonnées géométriques X, Y les coordonnées géométriques de chaque coin de l’image numérique 11 , et quatre ont pour coordonnées géométriques X, Y les coordonnées géométriques de chaque milieu d’un segment pris entre deux coins successifs de l’image numérique 1 1.
Les centres de fond ont des coordonnées colorimétriques L, A, B correspondant à une luminosité forte.
Puis l’étape de regroupement 2 comprend une phase d’utilisation dans laquelle une méthode non supervisée de partitionnement de données appelée k-moyennes est utilisée de sorte à trier les pixels de l’image numérique 11 afin d’obtenir un premier ensemble de pixels 21 correspondant au dessin 10, et huit ensembles de pixels 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 correspondant au support physique, tels que représentés en figure 5.
La figure 4 représente la luminosité L de l’ensembles de pixels 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 en fonction des coordonnées géométriques des pixels.
Selon le centre figuratif et les centres de fond choisis, les ensembles 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 sont sensiblement différents de la représentation illustrée aux figures 4 et 5.
Le procédé réalise alors une étape d’extraction 3 du premier ensemble de pixels 21. Le dessin 10 comprend une pluralité de lignes qui s’étendent sur le fond 12. Dans le cas pris en exemple, chaque ligne correspond à deux contours. Le dessin 10 comprend donc neuf contours 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 dont le contour 31 est le plus extérieur et les contours 37, 38 et 39 les contours les plus intérieurs. En outre, chaque contour défini une zone correspondant à une surface fermée.
Le procédé 100 comprend une étape de stratégie 9 dans laquelle une stratégie 91 définissant au moins une propriété de contour est choisie. La stratégie 91 comprend une propriété de hauteur, une propriété de matériau ainsi qu’une information de positionnement du contour.
Une première stratégie est définie de la manière suivante : plus le contour à de niveaux parents, plus la couche imprimée sera en altitude, et les contours ayant une épaisseur de un sont en matériau « pâte à pizza », les contours ayant une épaisseur de deux sont en matériau « sauce tomate » et les contours ayant une épaisseur de trois sont en matériau « mozzarella ».
Le niveau parent, ou de parenté, d’un contour correspond aux nombres de contours, c’est-à-dire aux nombres de zones, entre le contour le plus à l’extérieur et le contour considéré ; le contour le plus à l’extérieur étant un contour sans parent numéroté un. Le niveau parent traduit une hiérarchisation des contours les uns par rapport aux autres en fonction de leur éloignement du contour le plus à l’extérieur.
Autrement dit, en partant de l’extérieur, chaque contour, et donc chaque zone associée, a une épaisseur augmentée de un par rapport au niveau de la zone précédente, et l’épaisseur de la zone détermine son matériau.
Une deuxième stratégie consiste à numéroter les contours en fonction de leur niveau de parenté, puis d’exclure les contours ayant une numérotation paire, de renuméroter les contours restants en fonction de leur nouveau niveau de parenté, puis d’appliquer la « première stratégie » sur ces contours renumérotés. Autrement dit, en partant de l’extérieur, chaque contour, et donc chaque zone associée ayant un niveau de parenté impair, a une épaisseur augmentée de un par rapport au niveau de la zone précédente, et l’épaisseur de la zone détermine son matériau. Le procédé 100 effectue alors une étape de détermination 4 dans laquelle la stratégie 91 est appliquée aux contours 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 de sorte à déterminer un plan structurel 41 s’étendant dans un espace bidimensionnel, chaque contour 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 étant associé à une propriété.
Lorsque la première stratégie est appliquée, les contours ont les propriétés suivantes : [Table 1]
En effet, le contour le plus à l’extérieur est le contour 31. Il définit donc une zone ayant une épaisseur de 1. Ensuite, les contours 32, 33, 34, 35, 36 sont adjacents à la zone 31 , ils définissent donc une zone ayant une épaisseur de 2. Les contours 37 et 39 ont également une épaisseur de 2 car ils sont adjacents à la zone définie par le contour 31 qui a une épaisseur de 1 . Enfin, le contour 38 est adjacent à la zone définie par le contour 34, il définit donc une zone d’épaisseur
3.
Lorsque la deuxième stratégie est appliquée, les contours ont les propriétés suivantes :
[Table 2]
En effet, le contour le plus à l’extérieur est le contour 31. Il a donc un niveau de parenté de un, donc impair. Ensuite, les contours 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39 sont adjacents à la zone 31 , ils ont donc un niveau de parenté de deux donc pair. Ils ne seront donc pas pris en compte. Enfin, le contour 38 est adjacent à la zone définie par le contour 34, il a donc un niveau de parenté de trois, donc impair. L’application de la première stratégie au contour 31 et 38 amène à ce que le contour 31 définit une zone ayant une épaisseur de 1 en pâte à pizza, et que le contour 38 définit une zone ayant une épaisseur de 2 en sauce tomate.
A partir du plan structurel 41 , des étapes de discrétisation 5 et de traitement informatique 6 sont réalisées séquentiellement ou parallèlement.
L’étape de discrétisation 5 du plan structurel 41 consiste à appliquer une méthode de triangulation appelée Ear Clipping de sorte à représenter une surface interne 51 du plan structurel 41.
L’étape de traitement informatique 6 consiste en une extrusion suivant un axe normal à l’espace bidimensionnel dans lequel s’étend le plan structurel 41 et suivant l’au moins une propriété du contour, de sorte à représenter un objet virtuel tridimensionnel 61.
Le procédé 100 comprend ensuite une étape de création 7 d’une modélisation informatique 71 en combinant la surface interne 51 et l’objet virtuel tridimensionnel 61.
Enfin, le procédé 100 effectue une étape de fabrication 8 de l’objet tridimensionnelle 81 , 81’ par l’outil numérique commandé au moyen de la modélisation informatique 71. L’objet tridimensionnel 81 fabriqué en appliquant la première stratégie est représenté en figure 6. L’objet tridimensionnel 81 a la forme du dessin 10. En outre, il présente une partie de pâte à pizza 82, une partie de sauce tomate 83 et une partie de mozzarella 84.
L’objet tridimensionnel 81’ fabriqué en appliquant la deuxième stratégie est représenté en figure 7. L’objet tridimensionnel 81’ a la forme du dessin 10. En outre, il présente une partie de pâte à pizza 82’, et une partie de sauce tomate 83’.
Le procédé 100 selon l’invention nécessite uniquement la réalisation de l’image numérique 11 du dessin 10 par l’utilisateur. L’obtention de la modélisation informatique 71 est alors automatique. Le procédé 100 est donc particulièrement simple d’utilisation et ne nécessite pas de connaissance en informatique.
L’utilisateur peut donc simplement au moyen d’un dessin 10 personnaliser une forme de l’objet tridimensionnel 81 , 81’ à fabriquer.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication (100) d’un objet tridimensionnel (81 , 81’) au moyen d’un outil à commande numérique, comprenant :
Une étape de réalisation (1 ) d’une image numérique (11 ) d’un dessin (10) comprenant au moins un contour (31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39) fermé, ledit dessin (10) étant réalisé sur un support physique s’étendant dans un espace bidimensionnel qui présente un aspect sensiblement uniforme sous un éclairage déterminé;
Une étape de regroupement (2) des pixels de l’image numérique (11 ), l’étape de regroupement (2) comprenant une phase d’initialisation dans laquelle un centre figuratif, correspondant au dessin (10), et au moins un centre de fond, correspondant au support physique, sont déterminés, et une phase d’utilisation dans laquelle une méthode non supervisée de partitionnement de données est utilisée de sorte à obtenir un premier ensemble (21 ) de pixels correspondant au dessin (10) et au moins un second ensemble (22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) de pixels, distinct du premier ensemble (21 ) de pixels, correspondant au support physique;
Une étape d’extraction (3) du premier ensemble (21 ) de pixels de sorte à obtenir l’au moins un contour (31 ,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39) du dessin (10);
Une étape de détermination (4) dans laquelle une stratégie (91 ) définissant au moins une propriété de contour est appliquée à l’au moins un contour (31 ,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39) de sorte à déterminer un plan structurel (41 ) s’étendant dans un espace bidimensionnel, chaque contour (31 ,32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39) étant associé à au moins une propriété ;
Une étape de discrétisation (5) du plan structurel (41 ) de sorte à représenter une surface interne (51 ) du plan structurel (41 );
Une étape de traitement informatique (6) consistant en une extrusion suivant un axe normal à l’espace bidimensionnel dans lequel s’étend le plan structurel (41 ) de sorte à représenter un objet virtuel tridimensionnel (61 );
Une étape de création (7) d’une modélisation informatique (71 ) en combinant la surface interne (51 ) et l’objet virtuel tridimensionnel (61 );
Une étape de fabrication (8) de l’objet tridimensionnel (81 , 81’) par l’outil numérique commandé au moyen de la modélisation informatique (71 ).
2. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 1 , dans lequel les pixels de l’image numérique (11 ) sont codés sur au moins cinq dimensions comprenant au moins trois coordonnées colorimétriques (L, A, B) , de préférence utilisant une méthode appelée LAB, et au moins deux coordonnées géométriques (X, Y).
3. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 2, dans lequel la phase d’initialisation analyse les coordonnées colorimétriques (L,A, B) d’au moins un pixel positionné sur un bord de l’image numérique (11 ) pour déterminer les coordonnées colorimétriques (L, A, B) de l’au moins un centre de fond.
4. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la phase d’initialisation analyse les coordonnées colorimétriques (L, A, B) des pixels codés de l’image numérique (11 ) de sorte à déterminer, au moyen d’une analyse en composante principale, un premier extremum dont les coordonnées colorimétriques (L, A, B) seront associées au centre figuratif et un deuxième extremum dont les coordonnées colorimétriques (L, A, B) seront associées à l’au moins un centre de fond.
5. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la phase d’initialisation détermine que le centre figuratif a des coordonnées géométriques (X, Y) correspondantes à un milieu géométrique de l’image numérique (11 ).
6. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase d’initilisation détermine au moins deux centres de fond, ou au moins cinq centres de fond, ou préférentiellement huit centres de fond.
7. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 6, dans lequel les centres de fond sont répartis sur un polygone régulier centré sur un milieu géométrique de l’image numérique.
8. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 6, dans lequel les centres de fond sont répartis sur les bords de l’image numérique.
9. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 6, dans lequel les centres de fond sont répartis dans l’image numérique suivant une loi aléatoire uniforme.
10. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la méthode non supervisée de partitionnement de données utilise un algorithme des k-moyennes ou des k-médoïdes.
11. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de discrétisation (5) utilise une méthode de triangulation appelée Ear Clipping.
12. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de stratégie (9), préalable à l’étape de détermination (4), dans laquelle la stratégie (91 ) est choisie parmi une stratégie prédéterminée ou une stratégie personnalisable.
13. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 12, dans lequel la stratégie (91 ) comprend une propriété de hauteur. 16
14. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 13, dans lequel la stratégie (91 ) comprend en outre une propriété de matériau et/ou une propriété de texture et/ou une information de couleur et/ou une information de positionnement de l’au moins un contour.
15. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la propriété de hauteur correspond à une durée d’extrusion.
16. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la propriété de hauteur correspond à un nombre de couche.
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