Essais & Simulations 144

DOSSIER SOLUTION Un

DOSSIER SOLUTION Un logiciel libre pour la préparation virtuelle d’essais complexes Bien que les articles de recherche ne mentionnent pas toujours cet aspect de la mesure par corrélation d’images numériques, la préparation des essais est une étape cruciale de la procédure. L’objectif est de s’assurer, en amont, que les images qui seront prises par les caméras seront exploitables avec un logiciel de corrélation d’images numériques. Matthieu Vitse Matthieu Vitse est spécialiste en visualisation scientifique freelance et chercheur contractuel à l’ENS Paris-Saclay. Docteur en mécanique numérique de l’ENS Paris-Saclay, son activité principale se concentre sur le post-traitement et la visualisation de larges jeux de données de simulations et d’essais complexes. Il est également le développeur de l’add-on blenDIC. Clara Minguet Clara Minguet est ingénieure d’études. Récemment diplômée de l’ISAE-ENSMA (option Matériaux Avancés) ainsi que d’un master en sciences des matériaux, elle a rejoint les équipes d’EikoSim en 2019. Cela revient à dire qu’il faut s’assurer que ces images vont mener à un étalonnage correct des caméras et par conséquent à un calcul de déplacements le plus juste et précis possible. Or tout cela dépend uniquement de l’instrumentation et des conditions de l’essai. En priorité, l’utilisateur doit valider que la zone imagée permettra de satisfaire les attendus en termes de qualité de mesure. Il faut donc être attentif à l’optimisation : - De la position des caméras entre elles et relativement à la pièce et son environnement, - De la qualité du mouchetis qui doit être adapté à l’application visée, - De l’éclairage qui doit être homogène dans le temps et l’espace, - De la méthode d’étalonnage en utilisant une mire si nécessaire. Il faut également s’assurer que la zone d’intérêt de la pièce soit visible pendant tout l’essai par au moins deux caméras dans un cas de stéréovision. Or l’environnement d’essai peut être particulièrement encombré avec au minimum une machine d’essai, les caméras, un éclairage et les trépieds associés. Il peut donc être complexe, lors de l’instrumentation de l’essai, d’optimiser l’étalonnage tout en s’adaptant à l’environnement d’essai, principalement dans un cadre industriel. En particulier, l’immobilisation de la machine d’essai pour un temps long est souvent impossible, ce qui empêche parfois d’utiliser ce type de mesures optiques. + d’infos > www.blender.org (actualité du 3 février 2021) Dans ce type de situation, il serait très avantageux de pouvoir anticiper le positionnement adéquat des caméras afin de garantir une bonne mesure. Cela permettrait de gagner un temps non négligeable lors de la mise en place de l’instrumentation et cela permettrait également d’éviter d’avoir à refaire les essais dans le cas d’images non exploitables. 32 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°144 • février-mars-avril 2021

DOSSIER Figure 1 - Image esthétique de synthèse à droite créée dans Blender à partir de la scène à gauche BLENDER : UN OUTIL DE CHOIX POUR PRÉPARER LES ESSAIS INSTRUMENTÉS PAR CORRÉLATION D’IMAGES NUMÉRIQUES Une solution à la problématique énoncée dans le paragraphe précédent est la réalisation d’une étude préliminaire en amont de l’essai avec le logiciel Blender. Cette étape préalable va permettre de s’assurer non seulement de la faisabilité de l’essai mais aussi de déterminer les conditions les plus adaptées à son bon déroulement. Blender est un logiciel open-source de modélisation et de rendu 3D photo-réaliste. Même s’il est open-source, il rivalise largement avec des logiciels commerciaux très connus dans son domaine. Sa principale utilisation réside dans la création de films d’animation et d’images esthétiques de synthèse (cf. Figure 1). Cependant, il peut également être utilisé dans le cadre d’essais mécaniques car son moteur de rendu peut produire des rendus physiquement réalistes. La solution proposée ici consiste à modéliser l’expérience dans son intégralité dans Blender en amont de l’essai. Ce logiciel permet l’intégration d’un environnement d’essai et d’un modèle éléments finis dans une même scène. De plus, il permet l’intégration de caméras afin de simuler le système de corrélation d’images numériques. À l’aide de ces deux fonctionnalités, il va donc être possible avec Blender de modéliser une scène de l’environnement d’essai dans laquelle l’utilisateur pourra choisir le positionnement La principale utilisation de Blender réside dans la création de films d’animation et d’images esthétiques de synthèse. Cependant, il peut également être utilisé dans le cadre d’essais mécaniques et produire des rendus physiquement réalistes. des caméras à partir de leurs champs de vision (cf. Figure 2). Blender permet ensuite la génération des images des états initiaux et déformés de l’essai mécanique. Pour cela, il déforme nœud à nœud le maillage de la pièce à partir des résultats fournis par un logiciel de simulation, et enregistre à chaque pas de chargement le champ de vision des caméras présentes dans la scène. Par la suite, ces images virtuelles peuvent être traitées avec un logiciel de corrélation d’images. L’utilisateur peut ainsi accéder à une estimation à l’avance de la performance qu’il est en droit d’attendre du logiciel de corrélation d’images numériques pour cet essai dans ces conditions les plus réalistes possibles. Blender permet ainsi de créer des essais virtuels au plus proche des essais réels afin de les préparer de façon optimale. Figure 2 – Scène Blender d’un essai virtuel de traction créé avec l’add-on blenDIC à gauche et champ de vision des caméras à droite L’utilité du logiciel Blender dans la préparation des essais instrumentés par corrélation d’images numériques est indéniable, mais se fait néanmoins au prix d’une prise en main du logiciel et des codes associés qui reste fastidieuse. C’est pourquoi nous avons développé, en collaboration avec la société SciViz, l’add-on blenDIC directement intégrable dans Blender (cf. Figure 2). L’objectif de cet add-on est de rendre la réalisation d’essais virtuels à l’aide de Blender plus rapide, intuitive, et accessible à des non-spécialistes de Blender. Illustration : réalisation d’une étude préliminaire avec l’add-on blenDIC dans Blender Prenons l’exemple d’une poutre en béton armé soumise à un ESSAIS & SIMULATIONS • N°144 • février-mars-avril 2021 I33