FR3064389A1 - MODELING AND REPRESENTING DEVICE AND CORRESPONDING METHOD - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif (1), et le procédé correspondant, de modélisation et représentation d'au moins un point réel dans un espace virtuel défini par un référentiel. Ledit dispositif comprend un support (2), une caméra (8) fournissant des images, un dispositif d'affichage permettant d'afficher les images fournies par la caméra, un moyen de mesure d'une distance (10), monté mobile en rotation sur le support, et un moyen de mesure de l'orientation (12), configuré pour déterminer l'orientation du moyen de mesure d'une distance par rapport au support. Le dispositif (1) est configuré, lorsque le support (2) est immobile et que ledit moyen de mesure d'une distance (10) est orienté en direction dudit point réel, pour déterminer, dans le référentiel de l'espace virtuel, les coordonnées d'une modélisation dudit point réel, à partir des données fournies par ledit moyen de mesure d'une distance (10) et ledit moyen de mesure de l'orientation (12). Par ailleurs, ledit dispositif (1) est également configuré pour insérer et faire coïncider, sur les images affichées par le dispositif d'affichage, la modélisation dudit point réel avec ledit point réel affiché par le dispositif d'affichage.The present invention relates to a device (1), and the corresponding method, modeling and representation of at least one real point in a virtual space defined by a repository. Said device comprises a support (2), a camera (8) providing images, a display device for displaying the images provided by the camera, a distance measuring means (10) rotatably mounted on the support, and orientation measuring means (12) configured to determine the orientation of the measuring means by a distance from the support. The device (1) is configured, when the support (2) is stationary and said means for measuring a distance (10) is oriented towards said real point, to determine, in the virtual space repository, the coordinates of a modeling of said real point, from data provided by said distance measuring means (10) and said orientation measuring means (12). Furthermore, said device (1) is also configured to insert and make coincide, on the images displayed by the display device, the modeling of said real point with said real point displayed by the display device.
Description
Titulaire(s) : EASE-IT Société par actions simplifiée.Holder (s): EASE-IT Simplified joint-stock company.
Demande(s) d’extensionExtension request (s)
Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE Société civile.Agent (s): CABINET BEAU DE LOMENIE Civil society.
DISPOSITIF DE MODELISATION ET DE REPRESENTATION, ET PROCEDE CORRESPONDANT.MODELING AND REPRESENTATION DEVICE, AND CORRESPONDING METHOD.
FR 3 064 389 - A1 (Pf) La présente invention concerne un dispositif (1), et le procédé correspondant, de modélisation et représentation d'au moins un point réel dans un espace virtuel défini par un référentiel. Ledit dispositif comprend un support (2), une caméra (8) fournissant des images, un dispositif d'affichage permettant d'afficher les images fournies par la caméra, un moyen de mesure d'une distance (10), monté mobile en rotation sur le support, et un moyen de mesure de l'orientation (12), configuré pour déterminer l'orientation du moyen de mesure d'une distance par rapport au support.FR 3,064,389 - A1 (Pf) The present invention relates to a device (1), and the corresponding method, for modeling and representing at least one real point in a virtual space defined by a reference frame. Said device comprises a support (2), a camera (8) providing images, a display device making it possible to display the images supplied by the camera, a means for measuring a distance (10), mounted so as to be able to rotate on the support, and an orientation measuring means (12), configured to determine the orientation of the means for measuring a distance from the support.
Le dispositif (1) est configuré, lorsque le support (2) est immobile et que ledit moyen de mesure d'une distance (10) est orienté en direction dudit point réel, pour déterminer, dans le référentiel de l'espace virtuel, les coordonnées d'une modélisation dudit point réel, à partir des données fournies par ledit moyen de mesure d'une distance (10) et ledit moyen de mesure de l'orientation (12). Par ailleurs, ledit dispositif (1 ) est également configuré pour insérer et faire coïncider, sur les images affichées par le dispositif d'affichage, la modélisation dudit point réel avec ledit point réel affiché par le dispositif d'affichage.The device (1) is configured, when the support (2) is stationary and when said distance measuring means (10) is oriented in the direction of said real point, to determine, in the reference frame of the virtual space, the coordinates of a modeling of said real point, from data supplied by said distance measuring means (10) and said orientation measuring means (12). Furthermore, said device (1) is also configured to insert and make coincide, on the images displayed by the display device, the modeling of said real point with said real point displayed by the display device.
Arrière-plan de l'inventionInvention background
La présente invention concerne le domaine des appareils de mesure. Plus particulièrement, la présente invention concerne un appareil de mesure utilisant la réalité augmentée.The present invention relates to the field of measuring devices. More particularly, the present invention relates to a measuring device using augmented reality.
Il est connu d'utiliser un théodolite pour réaliser des mesures précises sur des distances relativement importantes et avec peu de points de repères. Les théodolites permettent notamment, par mesure des angles dans les plans horizontaux et verticaux puis par triangulation, de calculer des distances souhaitées.It is known to use a theodolite to make precise measurements over relatively large distances and with few landmarks. Theodolites allow in particular, by measuring the angles in the horizontal and vertical planes then by triangulation, to calculate the desired distances.
Cependant, les fonctionnalités des théodolites sont limitées par le fonctionnement basé sur la triangulation, et ils sont généralement utilisés que par des géomètres.However, the functionality of theodolites is limited by operation based on triangulation, and they are generally used only by surveyors.
Il est également connu d'utiliser des moyens de mesure de distance sans contact, par exemple un télémètre optique ou acoustique. De tels appareils se sont démocratisés et peuvent être utilisés par le grand public. Néanmoins, la prise de mesures peut devenir fastidieuse si les distances à mesurer sont nombreuses, et nécessite de se déplacer aux différents coins de la pièce à mesurer. De plus, la fiabilité de la mesure dépend des éventuels obstacles rencontrés par le faisceau optique ou acoustique, ainsi que de la surface réfléchissante.It is also known to use contactless distance measuring means, for example an optical or acoustic rangefinder. Such devices have become more popular and can be used by the general public. However, taking measurements can become tedious if the distances to be measured are numerous, and requires moving to the different corners of the part to be measured. In addition, the reliability of the measurement depends on any obstacles encountered by the optical or acoustic beam, as well as on the reflecting surface.
Enfin, dans les différents cas, l'utilisateur est toujours limité, dans ses prises de mesures, par les éléments présents sur site, et peut même se retrouver à effectuer des mesures supplémentaires lorsque des obstacles sont présents entre les deux éléments distants à mesurer.Finally, in the various cases, the user is always limited, in his measurements, by the elements present on site, and may even find himself carrying out additional measurements when obstacles are present between the two distant elements to be measured.
Objet et résumé de l'inventionSubject and summary of the invention
La présente invention vise à résoudre les différents problèmes techniques énoncés précédemment. En particulier, la présente invention vise à proposer un dispositif de mesure permettant de déterminer facilement et intuitivement différentes grandeurs dans un environnement quelconque. L'invention vise notamment à proposer un dispositif permettant d'effectuer des mesures depuis un seul endroit. L'invention vise également à proposer un dispositif permettant de mesurer des distances par rapport à des éléments fictifs modélisés mais non installés sur site.The present invention aims to solve the various technical problems stated above. In particular, the present invention aims to propose a measurement device making it possible to easily and intuitively determine different quantities in any environment. The invention aims in particular to propose a device making it possible to carry out measurements from a single location. The invention also aims to propose a device making it possible to measure distances with respect to fictitious elements modeled but not installed on site.
Ainsi, selon un aspect, il est proposé un dispositif de modélisation et représentation d'au moins un point réel dans un espace virtuel défini par un référentiel, de préférence orthonormé. Ledit dispositif comprend :Thus, according to one aspect, a device is proposed for modeling and representing at least one real point in a virtual space defined by a frame of reference, preferably orthonormal. Said device comprises:
- un support,- a support,
- une caméra fournissant des images,- a camera providing images,
- un dispositif d'affichage permettant d'afficher les images fournies par la caméra,- a display device making it possible to display the images supplied by the camera,
- un moyen de mesure d'une distance, monté mobile en rotation sur le support eta means for measuring a distance, mounted so that it can rotate on the support, and
- un moyen de mesure de l'orientation, configuré pour déterminer l'orientation du moyen de mesure d'une distance par rapport au support.a means for measuring the orientation, configured to determine the orientation of the means for measuring a distance relative to the support.
Le dispositif est configuré, lorsque le support est immobile et que ledit moyen de mesure d'une distance est orienté en direction dudit point réel, pour déterminer, dans le référentiel de l'espace virtuel, les coordonnées d'une modélisation dudit point réel, à partir des données fournies par ledit moyen de mesure d'une distance et ledit moyen de mesure de l'orientation. Par ailleurs, ledit dispositif est également configuré pour insérer et faire coïncider, sur les images affichées par le dispositif d'affichage, la modélisation dudit point réel avec ledit point réel affiché par le dispositif d'affichage.The device is configured, when the support is stationary and said means for measuring a distance is oriented towards said real point, to determine, in the reference frame of virtual space, the coordinates of a modeling of said real point, from the data provided by said distance measuring means and said orientation measuring means. Furthermore, said device is also configured to insert and make coincide, on the images displayed by the display device, the modeling of said real point with said real point displayed by the display device.
Ainsi, grâce au dispositif selon l'invention, il devient possible de positionner, dans un référentiel virtuel, différents points choisis et mesurés par le dispositif selon l'invention. En particulier, grâce à l'affichage simultané de l'environnement filmé par la caméra et des modélisations virtuelles faites par l'utilisateur, il devient facile et intuitif d'effectuer les mesures nécessaires aux calculs de distances, et de calculer lesdites distances dans l'espace virtuel. On peut alors obtenir un véritable plan de modélisation d'une pièce dans laquelle se trouve le dispositif, ou bien d'un objet placé devant le dispositif.Thus, thanks to the device according to the invention, it becomes possible to position, in a virtual reference frame, different points chosen and measured by the device according to the invention. In particular, thanks to the simultaneous display of the environment filmed by the camera and virtual models made by the user, it becomes easy and intuitive to carry out the measurements necessary for distance calculations, and to calculate said distances in the virtual space. We can then obtain a real modeling plan of a room in which the device is located, or of an object placed in front of the device.
Plus précisément, grâce à l'utilisation de coordonnées pour positionner les modélisations dans l'espace virtuel, il devient plus facile de traiter les informations dans l'espace virtuel pour obtenir les renseignements voulus. Ainsi, la mesure d'une distance et d'une orientation, par exemple de deux angles selon deux plans, un vertical et un horizontal, permet d'obtenir, pour chaque point choisi, des informations similaires à des coordonnées sphériques permettant leur positionnement dans le référentiel virtuel.More precisely, thanks to the use of coordinates to position the models in the virtual space, it becomes easier to process the information in the virtual space to obtain the desired information. Thus, the measurement of a distance and an orientation, for example of two angles along two planes, a vertical and a horizontal, makes it possible to obtain, for each chosen point, information similar to spherical coordinates allowing their positioning in the virtual repository.
Par ailleurs, l'insertion et la superposition, sur le dispositif d'affichage, des points modélisés avec les points mesurés, permet d'avoir une correspondance exacte entre l'espace virtuel dans lequel sont modélisés différents éléments à mesurer ou à exploiter, et l'espace réel filmé par la caméra.Furthermore, the insertion and superimposition, on the display device, of the points modeled with the measured points, makes it possible to have an exact correspondence between the virtual space in which various elements to be measured or to be exploited are modeled, and the real space filmed by the camera.
Enfin, les mesures effectuées par le dispositif sont faîtes lorsque celui-ci est immobile : dit autrement, toutes les mesures peuvent être effectuées depuis un seul endroit, celui où est installé le dispositif. On facilite ainsi la prise de mesures, et la durée de prise de mesures, même dans des environnements étendus.Finally, the measurements made by the device are made when the latter is stationary: in other words, all the measurements can be carried out from a single location, that where the device is installed. This makes it easier to take measurements, and the duration of taking measurements, even in large environments.
Préférentiellement, le moyen de mesure d'une distance est monté solidaire de la caméra. La caméra permet de filmer la zone pouvant être ciblée par le moyen se mesure d'une distance, et peut donc être utilisée pour viser les points à modéliser dans l'espace virtuel.Preferably, the means for measuring a distance is mounted integral with the camera. The camera makes it possible to film the area that can be targeted by the means is measured from a distance, and can therefore be used to target the points to be modeled in virtual space.
Préférentiellement, le moyen de mesure d'une distance est un télémètre, de préférence laser. On utilise ici un moyen de mesure fiable, permettant également de visualiser la zone ciblée, pour garantir que la mesure de distance effectuée est bien celle voulue.Preferably, the means for measuring a distance is a rangefinder, preferably a laser. A reliable measurement means is used here, which also makes it possible to visualize the targeted area, to guarantee that the distance measurement carried out is indeed that desired.
Préférentiellement, le moyen de mesure de l'orientation comprend une deuxième caméra montée solidaire du moyen de mesure d'une distance, et une mire disposée dans le champ de la deuxième caméra et configurée pour permettre une mesure des déplacements angulaires de la deuxième caméra par rapport à la mire, la mire étant par exemple montée solidaire du support.Preferably, the orientation measurement means comprises a second camera mounted integral with the distance measurement means, and a target arranged in the field of the second camera and configured to allow a measurement of the angular displacements of the second camera by compared to the target, the target being for example mounted integral with the support.
Le moyen de mesure de l'orientation permet de déterminer notamment deux angles, par exemple dans un plan vertical et dans un plan horizontal. Afin de garantir une fiabilité de la mesure de l'orientation du moyen de mesure d'une distance, le moyen de mesure de l'orientation utilise une mire qui est fixe dans l'espace réel, par exemple solidaire du support, et une deuxième caméra solidaire du moyen de mesure d'une distance et orientée vers la mire. La mire comprend de préférence des motifs configurés pour présenter une forme déformée selon l'angle avec lequel on les observe. Ainsi, à partir de la forme observée par la deuxième caméra des motifs de la mire, le dispositif est capable de déterminer l'orientation dans laquelle se trouve la deuxième caméra par rapport à la mire (fixe), et donc l'orientation du moyen de mesure de distance. On peut ainsi déterminer de manière fiable et en continu l'orientation du moyen de mesure de distance. En particulier, un tel moyen de mesure de l'orientation n'est pas basé sur la variation d'une grandeur, comme cela peut être le cas dans une centrale à inertie avec les gyroscopes, mais sur l'observation, à un instant donné, de la mire : on limite donc les erreurs de mesure et notamment le phénomène de dérive pouvant se produire lors d'une utilisation du dispositif sur une période de temps prolongée.The orientation measurement means makes it possible in particular to determine two angles, for example in a vertical plane and in a horizontal plane. In order to guarantee a reliable measurement of the orientation of the distance measuring means, the orientation measuring means uses a target which is fixed in real space, for example secured to the support, and a second camera secured to the distance measuring means and oriented towards the target. The test pattern preferably includes patterns configured to have a deformed shape depending on the angle with which they are observed. Thus, from the shape observed by the second camera of the patterns of the test pattern, the device is able to determine the orientation in which the second camera is located relative to the (fixed) pattern, and therefore the orientation of the means. distance measurement. The orientation of the distance measuring means can thus be determined reliably and continuously. In particular, such a means of measuring the orientation is not based on the variation of a quantity, as may be the case in an inertial unit with gyroscopes, but on the observation, at a given time. , target: we therefore limit measurement errors and in particular the phenomenon of drift that can occur when using the device over an extended period of time.
Préférentiellement, le dispositif comprend également un cadre sur lequel sont montés le moyen de mesure d'une distance et les moyens de mesure de l'orientation du moyen de mesure d'une distance, le cadre étant monté, par une liaison rotule, sur ledit support.Preferably, the device also comprises a frame on which are mounted the means for measuring a distance and the means for measuring the orientation of the means for measuring a distance, the frame being mounted, by a ball joint, on said support.
Préférentiellement, le dispositif est configuré pour déterminer la distance absolue, ou selon une direction déterminée de l'espace, entre la modélisation de deux points réels. Grâce au placement, dans l'espace virtuel, des différents points ciblés par le dispositif, il devient possible et aisé de déterminer des distances dans ledit espace virtuel, à partir des coordonnées des modélisations. Ainsi, il est possible de calculer la distance absolue séparant deux modélisations de points, mais également la distance selon une direction particulière, par exemple selon l'un des axes du référentiel de l'espace virtuel. Dans ce cas, il suffit de soustraire les coordonnées des deux modélisations selon ledit axe, pour connaître la distance séparant les deux modélisations selon cet axe. Une telle fonctionnalité permet notamment de déterminer facilement la distance séparant deux murs parallèles ou la hauteur sous plafond d'une pièce, sans nécessiter de cibler deux points exactement en regard l'un de l'autre.Preferably, the device is configured to determine the absolute distance, or according to a determined direction of space, between the modeling of two real points. Thanks to the placement in the virtual space of the different points targeted by the device, it becomes possible and easy to determine distances in said virtual space, from the coordinates of the models. Thus, it is possible to calculate the absolute distance separating two models of points, but also the distance according to a particular direction, for example according to one of the axes of the reference frame of the virtual space. In this case, it is enough to subtract the coordinates of the two modelizations according to said axis, to know the distance separating the two modelizations according to this axis. Such a functionality notably makes it possible to easily determine the distance separating two parallel walls or the ceiling height of a room, without the need to target two points exactly opposite one another.
Par exemple, pour mesurer une hauteur sous plafond, il suffira de cibler un point quelconque du plafond et un point du sol, et de calculer la distance séparant les modélisations des deux points selon l'axe vertical du référentiel de l'espace virtuel.For example, to measure a height under ceiling, it will be enough to target any point of the ceiling and a point of the ground, and to calculate the distance separating the modelizations of the two points according to the vertical axis of the reference frame of the virtual space.
Préférentiellement, le dispositif est également configuré pour créer, dans l'espace virtuel, un élément virtuel tel une poutre ou une cloison, par exemple à partir de la modélisation d'un ou plusieurs points réels ou à partir d'un fichier informatique de modélisation en trois dimensions de l'élément virtuel.Preferably, the device is also configured to create, in the virtual space, a virtual element such as a beam or a partition, for example from the modeling of one or more real points or from a computer modeling file in three dimensions of the virtual element.
Il s'agit ici d'une fonctionnalité qui ne se retrouve pas dans les dispositifs de l'art antérieur. Plus particulièrement, les points ciblés par le dispositif étant modélisés dans un espace virtuel, il devient possible d'ajouter, dans ledit espace virtuel, des éléments virtuels permettant d'enrichir l'environnement virtuel sur lequel effectuer les mesures. Les éléments virtuels peuvent être positionnés, selon le choix de l'utilisateur, à partir de points ciblés ou bien peuvent être ajoutés dans le référentiel virtuel à partir de coordonnées. Les éléments virtuels peuvent ainsi représenter une poutre ou une cloison qui est destinée à être installée dans l'environnement réel où sont effectuées les mesures. Par ailleurs, grâce à la fonctionnalité de réalité augmentée, les éléments virtuels apparaissent sur le dispositif d'affichage, insérés dans les images fournies par la caméra : l'utilisateur peut alors déplacer la caméra et voir l'élément virtuel dans l'environnement réel pour se rendre compte des proportions ou des points de blocage éventuels.This is a functionality which is not found in the devices of the prior art. More particularly, the points targeted by the device being modeled in a virtual space, it becomes possible to add, in said virtual space, virtual elements making it possible to enrich the virtual environment on which to carry out the measurements. The virtual elements can be positioned, according to the user's choice, from targeted points or can be added to the virtual repository from coordinates. The virtual elements can thus represent a beam or a partition which is intended to be installed in the real environment where the measurements are made. Furthermore, thanks to the augmented reality functionality, the virtual elements appear on the display device, inserted into the images provided by the camera: the user can then move the camera and see the virtual element in the real environment to realize the proportions or possible blocking points.
Préférentiellement, le dispositif est configuré pour déterminer la distance absolue, ou selon une direction déterminée de l'espace, entre la modélisation d'un point réel et un élément virtuel ou entre deux éléments virtuels.Preferably, the device is configured to determine the absolute distance, or according to a determined direction of space, between the modeling of a real point and a virtual element or between two virtual elements.
De même que pour la distance entre deux modélisations de points réels, le dispositif peut également calculer, à partir des coordonnées des modélisations et des éléments virtuels, la distance séparant une modélisation d'un point réel et un élément virtuel, ou bien la distance séparant deux éléments virtuels. Le dispositif offre alors une fonctionnalité qui n'est pas accessible avec les appareils de mesure actuels, qui permet de mesurer des distances entre des éléments qui n'existent pas en vrai mais qui ont été créés virtuellement dans l'espace virtuel.As for the distance between two models of real points, the device can also calculate, from the coordinates of the models and virtual elements, the distance between a modeling of a real point and a virtual element, or else the distance separating two virtual elements. The device then offers a functionality which is not accessible with current measuring devices, which makes it possible to measure distances between elements which do not actually exist but which have been created virtually in virtual space.
Préférentiellement, le dispositif est configuré pour faire correspondre l'affichage, par le dispositif d'affichage, de l'espace virtuel avec l'affichage, par le dispositif d'affichage, des images filmées par la caméra.Preferably, the device is configured to match the display, by the display device, of the virtual space with the display, by the display device, of the images filmed by the camera.
Ainsi, le dispositif permet d'avoir une correspondance entre les éléments de l'espace virtuel affichés par le dispositif d'affichage et les images fournies par la caméra et affichées également par le dispositif d'affichage. On obtient des modélisations de points réels positionnés de manière conforme aux points réels ciblés, et les éléments virtuels créés dans l'espace virtuel apparaissent en taille réelle dans les images fournies par la caméra.Thus, the device makes it possible to have a correspondence between the elements of the virtual space displayed by the display device and the images supplied by the camera and also displayed by the display device. We obtain real point models positioned in accordance with the real target points, and the virtual elements created in the virtual space appear in real size in the images provided by the camera.
Préférentiellement, le dispositif comprend un moyen de visualisation de l'espace virtuel, le moyen de visualisation étant configuré pour fournir au dispositif d'affichage, des images de l'espace virtuel visualisé depuis une position dont les coordonnées, dans le référentiel virtuel, correspondent à la position de la caméra dans l'espace réel, et visualisé avec des propriétés optiques, par exemple un angle de champ et/ou un champ, sensiblement identiques à celles de la caméra.Preferably, the device comprises a means of visualizing the virtual space, the visualization means being configured to supply the display device, images of the virtual space viewed from a position whose coordinates, in the virtual reference frame, correspond at the position of the camera in real space, and viewed with optical properties, for example an angle of field and / or a field, substantially identical to those of the camera.
De cette façon, le champ et la proportion des objets vus par la caméra du dispositif (et affichés sur le dispositif d'affichage) correspondent à ceux des éléments virtuels visualisés depuis le point d'observation de l'espace virtuel par le moyen de visualisation. On peut alors, par superposition des deux images sur le dispositif d'affichage, obtenir une réalité augmentée (avec les éléments virtuels visualisés par le moyen de visualisation).In this way, the field and the proportion of the objects seen by the device's camera (and displayed on the display device) correspond to those of the virtual elements viewed from the observation point of the virtual space by the viewing means. . We can then, by superimposing the two images on the display device, obtain an augmented reality (with the virtual elements visualized by the visualization means).
Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de modélisation et de représentation d'au moins un point réel dans un espace virtuel défini par un référentiel, de préférence orthonormé, comprenant :According to another aspect, a method is also proposed for modeling and representing at least one real point in a virtual space defined by a frame of reference, preferably orthonormal, comprising:
- une étape d'acquisition d'images dudit au moins un point réel,a step of acquiring images of said at least one real point,
- une étape d'affichage des images dudit au moins un point réel,a step of displaying images of said at least one real point,
- une étape de mesure de la position dudit au moins un point réel, par exemple dans un référentiel sphérique,a step of measuring the position of said at least one real point, for example in a spherical frame of reference,
- une étape de détermination, dans le référentiel de l'espace virtuel, des coordonnées d'une modélisation dudit au moins un point réel, à partir des mesures de la position dudit au moins un point réel, eta step of determining, in the reference frame of the virtual space, the coordinates of a modeling of said at least one real point, from measurements of the position of said at least one real point, and
- une étape d'insertion et de superposition sur l'affichage des images dudit au moins un point réel, de la modélisation dudit point réel.a step of inserting and superimposing on the display of the images of said at least one real point, of the modeling of said real point.
Préférentiellement, le procédé comprend une étape de calcul de la distance absolue, ou selon une direction déterminée de l'espace, entre la modélisation de deux points réels.Preferably, the method comprises a step of calculating the absolute distance, or according to a determined direction of space, between the modeling of two real points.
Préférentiellement, le procédé comprend une étape de création, dans l'espace virtuel, d'un élément virtuel tel une poutre ou une cloison, par exemple à partir de la modélisation d'un ou plusieurs points réels ou à partir d'un fichier informatique de modélisation en trois dimensions de l'élément virtuel.Preferably, the method includes a step of creating, in virtual space, a virtual element such as a beam or a partition, for example from the modeling of one or more real points or from a computer file three-dimensional modeling of the virtual element.
Préférentiellement, le procédé comprend une étape de calcul de la distance absolue ou selon une direction déterminée de l'espace, entre la modélisation d'un point réel et un élément virtuel ou entre deux éléments virtuels.Preferably, the method comprises a step of calculating the absolute distance or according to a determined direction of space, between the modeling of a real point and a virtual element or between two virtual elements.
Préférentiellement, le procédé comprend une étape dans laquelle on affiche l'espace virtuel et on fait correspondre l'affichage de l'espace virtuel, avec l'affichage des images dudit au moins un point réel.Preferably, the method comprises a step in which the virtual space is displayed and the display of the virtual space is matched, with the display of the images of said at least one real point.
Préférentiellement, le procédé comprend une étape de visualisation de l'espace virtuel, dans laquelle on fournit des images de l'espace virtuel visualisé depuis une position et avec des propriétés optiques correspondant à l'étape d'acquisition des images dudit au moins un point réel.Preferably, the method comprises a step of visualizing the virtual space, in which images of the virtual space visualized are provided from a position and with optical properties corresponding to the step of acquiring the images of said at least one point. real.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier, pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels :The invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description of a particular embodiment, taken by way of non-limiting example and illustrated by the appended drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de modélisation selon la présente invention,FIG. 1 is a schematic perspective view of a modeling device according to the present invention,
- la figure 2 est une autre vue schématique en perspective du dispositif de modélisation selon la présente invention,FIG. 2 is another schematic perspective view of the modeling device according to the present invention,
- la figure 3 illustre des mouvements possibles du dispositif de modélisation selon la présente invention,FIG. 3 illustrates possible movements of the modeling device according to the present invention,
- la figure 4 est la visualisation de l'espace virtuel avec les modélisations et les éléments virtuels,FIG. 4 is the visualization of the virtual space with the models and the virtual elements,
- la figure 5 est un exemple d'image affichée par le dispositif d'affichage du dispositif de modélisation selon la présente invention, avec l'espace virtuel représenté à la figure 4, etFIG. 5 is an example of an image displayed by the display device of the modeling device according to the present invention, with the virtual space represented in FIG. 4, and
- la figure 6 est un exemple d'organigramme mis en oeuvre par le procédé selon la présente invention.- Figure 6 is an example of a flow diagram implemented by the method according to the present invention.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
Les figures 1 et 2 illustrent de manière schématique des vues en perspective d'un dispositif de modélisation, selon la présente invention. Le dispositif de modélisation 1 comprend ainsi un support 2 permettant de positionner et de maintenir en place le dispositif 1 dans un environnement réel donné, un cadre 4 monté sur le support 2 par une liaison rotule 6 et sur lequel sont montés, de manière solidaire, une caméra 8, un moyen de mesure d'une distance 10 et un moyen de mesure de l'orientation 12.Figures 1 and 2 schematically illustrate perspective views of a modeling device according to the present invention. The modeling device 1 thus comprises a support 2 making it possible to position and hold in place the device 1 in a given real environment, a frame 4 mounted on the support 2 by a ball joint 6 and on which are mounted, in a solid manner, a camera 8, a means for measuring a distance 10 and a means for measuring the orientation 12.
Le support 2 est destiné à être positionné dans l'environnement à mesurer et à rester immobile pendant la prise de mesure. Le support 2 permet de fixer un point d'origine, par exemple la liaison rotule 6, pour le référentiel dans lequel seront déterminées les coordonnées des points à mesurer.The support 2 is intended to be positioned in the environment to be measured and to remain stationary during the measurement. The support 2 makes it possible to fix a point of origin, for example the ball joint 6, for the frame of reference in which the coordinates of the points to be measured will be determined.
Le moyen de mesure de la distance 10 peut être un télémètre, par exemple laser, afin d'obtenir une précision de mesure élevée. Le moyen de mesure de la distance 10 permet d'obtenir la distance entre celui-ci et le point ciblé par ledit moyen de mesure de la distance 10.The distance measuring means 10 can be a rangefinder, for example laser, in order to obtain a high measurement accuracy. The distance measuring means 10 makes it possible to obtain the distance between the latter and the point targeted by said distance measuring means 10.
Le moyen de mesure d'une distance 10 est solidaire du moyen de mesure de l'orientation 12.The means for measuring a distance 10 is integral with the means for measuring the orientation 12.
Le moyen de mesure de l'orientation 12 peut comprendre une deuxième caméra 12a et une mire 12b disposée dans le champ de la deuxième caméra 12a. La mire 12b peut comporter sur sa surface, des motifs configurés pour présenter une forme déformée selon l'angle avec lequel on les observe. Ainsi, à partir de la forme observée par la deuxième caméra 12a des motifs de la mire 12b, le dispositif 1 est capable de déterminer l'orientation dans laquelle se trouve la deuxième caméra 12a par rapport à la mire 12b (fixe), et donc l'orientation du moyen de mesure de distance 10. On peut ainsi déterminer de manière fiable et en continu l'orientation du moyen de mesure de distance 10. En particulier, un tel moyen de mesure de l'orientation 12 n'est pas basé sur la variation d'une grandeur, comme cela peut être le cas dans une centrale à inertie avec les gyroscopes, mais sur l'observation, à un instant donné, de la mire 12b : on limite donc les erreurs de mesure et notamment le phénomène de dérive pouvant se produire lors d'une utilisation du dispositif sur une période de temps prolongée.The orientation measurement means 12 can comprise a second camera 12a and a test pattern 12b arranged in the field of the second camera 12a. The test pattern 12b can have patterns on its surface configured to have a deformed shape depending on the angle with which they are observed. Thus, from the shape observed by the second camera 12a of the patterns of the test pattern 12b, the device 1 is capable of determining the orientation in which the second camera 12a is in relation to the test pattern 12b (fixed), and therefore the orientation of the distance measuring means 10. It is thus possible to reliably and continuously determine the orientation of the distance measuring means 10. In particular, such a means of measuring the orientation 12 is not based on the variation of a quantity, as may be the case in an inertial unit with gyroscopes, but on the observation, at a given time, of the test pattern 12b: we therefore limit measurement errors and in particular the phenomenon drift that may occur when using the device over an extended period of time.
Le moyen de mesure de l'orientation 12 permet par exemple de mesurer deux angles formés par le moyen de mesure de la distance par rapport à deux plans orthogonaux.The orientation measurement means 12 allows for example to measure two angles formed by the distance measurement means with respect to two orthogonal planes.
En pratique, le support 2 du dispositif 1 est positionné immobile dans la pièce ou l'environnement dans lequel on souhaite effectuer des mesures. Puis le télémètre laser 10 est orienté en direction d'un point qu'on souhaite positionner dans un espace virtuel. Pour cibler le point voulu, le cadre 4 sur lequel est monté le télémètre 10 est orienté de manière à ce que le télémètre 10 pointe vers le point à mesurer. Une telle orientation du cadre 4 est notamment possible grâce à la liaison rotule 6 (voir figure 3).In practice, the support 2 of the device 1 is positioned stationary in the room or the environment in which it is desired to carry out measurements. Then the laser rangefinder 10 is oriented in the direction of a point that one wishes to position in a virtual space. To target the desired point, the frame 4 on which the range finder 10 is mounted is oriented so that the range finder 10 points towards the point to be measured. Such an orientation of the frame 4 is in particular possible thanks to the ball joint connection 6 (see FIG. 3).
Lorsque le point réel est ciblé par le télémètre 10, ce dernier mesure la distance le séparant du point réel 10 et le moyen de mesure de l'orientation 12 détermine l'angle présenté par le télémètre par rapport à deux plans orthogonaux, notamment à partir de la forme des motifs de la mire 12b vus par la deuxième caméra 12a.When the real point is targeted by the range finder 10, the latter measures the distance separating it from the real point 10 and the orientation measurement means 12 determines the angle presented by the range finder with respect to two orthogonal planes, in particular from of the shape of the patterns of the test pattern 12b seen by the second camera 12a.
Grâce au télémètre 10 et au moyen de mesure de l'orientation 12, il est possible alors de déterminer des coordonnées sphériques du point réel ciblé par le télémètre 10, dans un référentiel sphérique centré sur la rotule 6.Thanks to the rangefinder 10 and to the orientation measurement means 12, it is then possible to determine spherical coordinates of the real point targeted by the rangefinder 10, in a spherical frame of reference centered on the ball 6.
Le dispositif 1 comprend également des moyens de calcul 14, par exemple un ordinateur, permettant de déterminer la position du point réel ciblé dans le repère sphérique défini par le dispositif 1, et de calculer les coordonnées d'une modélisation dudit point réel ciblé, dans un espace virtuel défini par un référentiel, par exemple orthonormé.The device 1 also comprises calculation means 14, for example a computer, making it possible to determine the position of the targeted real point in the spherical coordinate system defined by the device 1, and to calculate the coordinates of a modeling of said targeted real point, in a virtual space defined by a repository, for example orthonormal.
Un tel exemple d'espace virtuel est représenté à la figure 4 sur laquelle on observe différents éléments virtuels, par exemple des poutres 16 formant une structure virtuelle destinée à correspondre avec la pièce réelle. Dans l'espace virtuel illustré à la figure 4, les différents points ciblés par le dispositif 1 sont ajoutés à partir de leurs coordonnées, ou bien des éléments virtuels modélisés en trois dimensions dans un fichier informatique, peuvent être positionnés dans l'espace virtuel, notamment à partir de points ciblés par le dispositif 1.Such an example of virtual space is represented in FIG. 4 in which we observe different virtual elements, for example beams 16 forming a virtual structure intended to correspond with the real part. In the virtual space illustrated in FIG. 4, the different points targeted by the device 1 are added from their coordinates, or else virtual elements modeled in three dimensions in a computer file, can be positioned in the virtual space, in particular from points targeted by device 1.
Le dispositif 1 permet notamment de modéliser un environnement ou un objet réel dans un espace virtuel, à partir de coordonnées de points réels mesurés par le dispositif 1, et de l'enrichir avec des éléments virtuels supplémentaires.The device 1 makes it possible in particular to model an environment or a real object in a virtual space, from coordinates of real points measured by the device 1, and to enrich it with additional virtual elements.
Le dispositif 1 comprend également un moyen d'affichage 18 pouvant afficher les images filmées par la caméra 8. Ainsi, le dispositif d'affichage 18 peut permettre de viser les points réels qu'on souhaite mesurer avec le dispositif 1 lors de la prise de mesure.The device 1 also comprises a display means 18 which can display the images filmed by the camera 8. Thus, the display device 18 can make it possible to target the real points which it is desired to measure with the device 1 when taking measured.
Le dispositif d'affichage 18 peut également afficher l'espace virtuel créé à partir de points mesurés et/ou d'éléments virtuels insérés. Par ailleurs, afin de rendre concrets les éléments virtuels créés dans l'espace virtuel, le dispositif 1 est configuré pour permettre d'insérer les éléments de l'espace virtuel dans les images filmées par la caméra 8, tout en les faisant correspondre avec les images filmées par la caméra 8.The display device 18 can also display the virtual space created from measured points and / or inserted virtual elements. Furthermore, in order to make the virtual elements created in the virtual space concrete, the device 1 is configured to allow the elements of the virtual space to be inserted into the images filmed by the camera 8, while making them correspond with the images filmed by the camera 8.
A cet effet, le dispositif 1 peut comprendre un moyen de visualisation 20 de l'espace virtuel, dont la position dans l'espace virtuel correspond à la position de la caméra 8 dans la pièce mesurée, et dont les propriétés optiques, notamment l'angle de champ, correspondent à celles de la caméra 8. De cette façon, on s'assure d'observer la pièce dans laquelle sont effectuées les mesures et l'espace virtuel avec ses modélisations et ses éléments virtuels 16, de la même façon, sous le même angle. On peut alors superposer les deux images, à savoir celles fournies par la caméra 8 et celles fournies par le moyen de visualisation 20, pour obtenir une image de réalité augmentée, c'est-à-dire une image de la pièce réelle dans laquelle sont insérées des éléments virtuels positionnés de manière fixe dans l'image de la pièce réelle, tel que cela est illustré à la figure 5.To this end, the device 1 can comprise a means 20 for viewing the virtual space, the position of which in the virtual space corresponds to the position of the camera 8 in the measured room, and the optical properties of which, in particular the angle of field, correspond to those of the camera 8. In this way, we make sure to observe the room in which the measurements are made and the virtual space with its models and its virtual elements 16, in the same way, from the same angle. We can then superimpose the two images, namely those provided by the camera 8 and those provided by the display means 20, to obtain an augmented reality image, that is to say an image of the real room in which are inserted virtual elements fixedly positioned in the image of the real part, as illustrated in Figure 5.
Par ailleurs, le moyen de mesure de l'orientation 12 permettant d'effectuer des mesures en valeur absolue, il est également possible de garder et de déplacer les éléments virtuels en même temps que les images filmées par la caméra 8 lors du déplacement du cadre 4 : à partir des valeurs du moyen de mesure de l'orientation 12, le moyen de visualisation 20 de l'espace virtuel est déplacé et orienté de manière à toujours correspondre à la position et à l'orientation de la caméra 8. Il devient alors aisé et intuitif de voir les éléments virtuels dans la pièce réelle, et de se déplacer dans celle-ci tout en visualisant les éléments virtuels.Furthermore, the orientation measurement means 12 making it possible to carry out measurements in absolute value, it is also possible to keep and move the virtual elements at the same time as the images filmed by the camera 8 during the movement of the frame. 4: from the values of the orientation measurement means 12, the display means 20 of the virtual space is moved and oriented so as to always correspond to the position and the orientation of the camera 8. It becomes so easy and intuitive to see the virtual elements in the real part, and to move in this one while visualizing the virtual elements.
On obtient donc une correspondance entre les images fournies par le moyen de visualisation 20 et celles fournies par la caméra 8.A correspondence is therefore obtained between the images supplied by the display means 20 and those supplied by the camera 8.
Le moyen de calcul 14 permet également, à partir de la modélisation dans l'espace virtuel, d'effectuer différentes mesures. En effet, à partir des coordonnées des modélisations des points réels et/ou des éléments virtuels créés dans l'espace virtuel, il devient aisé de calculer une distance absolue ou selon une direction donnée de l'espace. Ainsi, grâce au dispositif 1, il est notamment possible de calculer l'écart entre deux murs parallèles en ciblant avec le télémètre 10 un point quelconque de chaque mur, et en calculant la distance entre ces deux points selon la direction perpendiculaire aux deux murs.The calculation means 14 also makes it possible, from modeling in the virtual space, to carry out different measurements. Indeed, from the coordinates of the models of real points and / or virtual elements created in virtual space, it becomes easy to calculate an absolute distance or according to a given direction of space. Thus, thanks to the device 1, it is in particular possible to calculate the difference between two parallel walls by targeting with the rangefinder 10 any point of each wall, and by calculating the distance between these two points in the direction perpendicular to the two walls.
De même, il devient possible d'insérer un élément virtuel dans la pièce réelle, par exemple une poutre 16, et d'effectuer des mesures de distance entre la poutre virtuelle 16 et différents points réels ciblés par le dispositif 1. Cela peut notamment être utile lorsqu'on souhaite déterminer comment positionner une machine dans un entrepôt ou un meuble dans une pièce : on peut alors déterminer les différentes distances entre la machine ou le meuble et les éléments de la pièce.Likewise, it becomes possible to insert a virtual element into the real part, for example a beam 16, and to perform distance measurements between the virtual beam 16 and different real points targeted by the device 1. This can in particular be useful when you want to determine how to position a machine in a warehouse or piece of furniture in a room: you can then determine the different distances between the machine or piece of furniture and the elements of the room.
La figure 6 représente un organigramme de mise en œuvre dun procédé de modélisation et représentation 22 selon la présente invention. Ainsi, le procédé 22 comprend une première étape 24 d'acquisition d'images d'au moins un point réel, par exemple à l'aide de la caméra 8 du dispositif 1 décrit plus haut. Puis, dans une deuxième étape 26, on affiche ledit au moins un point réel, notamment sur le dispositif d'affichage 18. On mesure, dans une troisième étape 28, la position dudit au moins un point réel, à l'aide du télémètre 10 et du moyen de mesure de l'orientation 12, puis on détermine, dans une quatrième étape 30, des coordonnées d'une modélisation dudit point réel dans l'espace virtuel. Dans une cinquième étape 32, on insère et on fait coïncider sur l'affichage dudit au moins un point réel, la modélisation dudit point réel.FIG. 6 represents a flowchart for implementing a modeling and representation method 22 according to the present invention. Thus, the method 22 comprises a first step 24 of acquiring images of at least one real point, for example using the camera 8 of the device 1 described above. Then, in a second step 26, said at least one real point is displayed, in particular on the display device 18. In a third step 28, the position of said at least one real point is measured, using the rangefinder. 10 and of the orientation measurement means 12, then in a fourth step 30, coordinates of a modeling of said real point in virtual space are determined. In a fifth step 32, the modeling of said real point is inserted and made to coincide on the display of said at least one real point.
On peut alors, dans une sixième étape 34 créer, dans l'espace virtuel, un élément virtuel, par exemple une poutre 16, et, dans une septième étape 36, calculer la distance entre la modélisation de deux points réels, entre la modélisation d'un point réel et un élément virtuel ou entre deux éléments virtuels.We can then, in a sixth step 34, create, in virtual space, a virtual element, for example a beam 16, and, in a seventh step 36, calculate the distance between the modeling of two real points, between the modeling d 'a real point and a virtual element or between two virtual elements.
Ainsi, grâce à l'invention, il devient possible de modéliser différents éléments d'un environnement réel dans un espace virtuel, pour pouvoir calculer aisément différentes distances dans ledit environnement. Par ailleurs, il est également possible, par réalité augmentée, d'ajouter des éléments virtuels dans les images filmées de l'environnement réel, et d'effectuer des mesures s'appuyant sur lesdits éléments virtuels. En particulier, le dispositif 1 permet de représenter en taille réelle les éléments virtuels, de sorte que ceux-ci peuvent être appréhendés aisément et de manière intuitive par l'utilisateur, lors de sa prise de mesures. Enfin, toutes les mesures peuvent être réalisées depuis un seul endroit, tout en permettant d'obtenir un plan de modélisation de l'espace réel dans lequel est placé le dispositif.Thus, thanks to the invention, it becomes possible to model different elements of a real environment in a virtual space, in order to be able to easily calculate different distances in said environment. Furthermore, it is also possible, by augmented reality, to add virtual elements in the filmed images of the real environment, and to carry out measurements based on said virtual elements. In particular, the device 1 makes it possible to represent the virtual elements in real size, so that they can be grasped easily and intuitively by the user, when taking measurements. Finally, all the measurements can be carried out from a single location, while making it possible to obtain a plan for modeling the real space in which the device is placed.
Claims (13)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112678023A (en) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 天津路安工程咨询有限公司 | Rail transit clearance detection device and detection method |
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2017
- 2017-03-22 FR FR1752342A patent/FR3064389B1/en active Active
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| CN112678023A (en) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 天津路安工程咨询有限公司 | Rail transit clearance detection device and detection method |
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