Article in Le Monde, April 11, 1996
by Francis Pisani
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SAN FRANCISCO - Certaines inventions sont si surprenantes qu'elles doivent etre imaginees plutot que comprises. Representez-vous la scene suivante: votre gamine rentre le soir avec une statuette qu'elle a faite de ses mains a l'ecole. Rien de merveilleux, mais elle meure d'envie de la montrer a ses grands parents qui vivent a des centaines de kilome tres. Rien de plus simple, vous ouvrez votre "fax-3 dimensions" qui est a peu pres de la taille d'un four a micro-onde, vous y placez la statuette et vous appuyez sur un bouton. Peu de temps apres vos parents retirent de leur propre machine une replique exacte, mais en resine synthetique, du chef d'oeuvre de leur petite fille. Impossible? Pas pour des raisons techniques en tous cas. Un prototy pe realise par Marc Levoy professeur de Sciences de l'ordinateur de l'Uni versite de Stanford permet desormais de faxer des objets. Contrai rement a ce qu'on pourrait croire, la difficulte n'est pas dans la reproduc tion a distance. La technique existe et s'appelle stereo litho graphie. On envoie les donnees definissant la chose voulue a une machine qui la recree en coulant les unes sur les autres des couches successives de resine dont l'epaisseur se mesure dixiemes de millimetres. Ce qui est difficile c'est d'obtenir un modele mathematique de l'ob jet en question qui puisse donner les ordres a la machine. Il faut suivre chaque point de sa surface avec un stylet enregistreur. Ca prend un temps fou. L'innovation de Levoy et de son equipe permet d'aller beaucoup plus vite. Pour leur experience, ils ont choisi une statuette chinoise de 20 cm de haut, pleine de courbes et de mouvement baptisee "le Joyeux Bouddha". Ils l'ont placee devant un scanner special de la taille d'un four a micro-ondes, dote d'un emetteur laser d'un cote et d'une camera de l'autre. Le rayon laser dessine un profil de la statuette qui est enregistree par la camera. Pour avoir une vision totale il faut faire tourner la statuette sur elle meme et repeter l'operation autant de fois que la complexite de l'ob jet l'exige. Il aura fallu 58 "profils" pour obtenir une reproduction exacte du Joyeux Bouddha. Tout l'art consiste ensuite a faire que chacune de ces mesures, qui corres pond a une coupe virtuelle, se fonde avec les autres. Pour y parvenir, l'equipe de Stanford a decoupe la surface de la statuette en 2,5 millions de minuscules triangles qui forment une sorte de filet dont les formes epou sent parfaitement celles de la statue. "Le triangle est la forme plane la plus simple" explique Levoy "toute surface peut etre decomposee en trian gles." Pour en rendre le volume, ils ont ensuite projete cette image a l'in terieur d'un cube fait de dizaines de millions d'unites minuscules qui per mettent de situer le contour de l'objet. Le cube peut etre imagine comme une pile de briques de 0,25 mm de cote, une unite de volume baptisee "vo xel" par l'equipe de Levoy. Chaque voxel peut avoir 3 valeurs distinctes: occupe, vide ou indetermine. Les "vides" correspondent a l'espace entre l'emetteur du rayon laser et la statue. Les voxels "occupes" sont ceux qui figurent sur la surface de la statuette. Et les "indetermines" figurent les quelques recoins trop compliques pour que le rayon puisse y parvenir. Une comparaison entre voxels "vides" et "incertains" permet ensuite de dessi ner une frontiere "acceptable". Le modele final, compose de 2,6 millions de triangles est, selon Le voy, "plus complexe que tout modele numerise d'un objet jamais realise." Il est "etanche" en ce sens qu'il n'a ni trou, ni surfaces qui se recoupent, une propriete indispensable a la reproduction de l'objet. C'est une version "simplifiee" composee de 800.000 polygones qui, transmise a la machine de stereolythographie, a permis de creer une representation en plastique du Joyaux Bouddha. Les delais et les couts sont encore tels qu'il est preferable d'avoir recours a un service de messagerie. Il a fallu 3 heures a l'equipe de Levoy pour scanner sa statuette, 2 heures pour realiser le modele mathematique et 10 heures a l'entreprise 3-D Systems, de Valencia au sud de la Califor nie, pour le reproduire. Le plus rapide reste l'envoi des informations qui s'est fait par courrier electronique c'est a dire de maniere presque instan tanee. La machine de stereo lithographie coute aujourd'hui 60.000 dollars et les scanners varient entre 5.000 et 10.000 dollars. Mais les couts de vraient baisser assez vite et Marc Levoy estime qu'on devrait arriver au prix d'une grosse photocopieuse. "Ce ne sera jamais un appareil d'apparte ment mais ca pourra rentrer dans la categorie des equipements de bureau" estime-t-il. Un tel appareil peut servir a faxer des pieces entre deux usines qui travaillent sur le meme projet, a creer une representation en plastique d'un objet qu'on ne peut pas toucher - comme une decouverte archeologique fragile - ou encore a creer des etres virtuels pour animation dans des films de fiction. Les "acteurs" de Toy Story, ont ete entierement realises a partir de l'imagination de leurs createurs directement dans l'ordinateur. Ils etaient des dizaines et ont travaille pendant pres d'un an. Le procede mis au point par l'equipe de Stanford permet de partir d'un objet (une pou pee, un monstre, un animal) qui une fois modelise peut-etre soumis de maniere quasi instantanee aux mouvements les plus compliques. L'equipe de Stanford ayant resolu le probleme infiniment complexe de la representation mathematique d'un objet, leur technique peut etre appliquee a des immeubles - "rafinerie ou cathedrale" dit Levoy - que l'on pourra bientot scanner avant de les restaurer ou de leur ajouter une aile. C'est tout un nouveau domaine de l'architecture assistee par ordinateur qui peut ainsi s'ouvrir. De facon infiniment plus triviale, le fax en 3D pourra servir au tele achat. Les clients interesses par un vase pour decorer leur salon telechar geront d'abord un modele 3D dans leur "ordinateur-television" (tout en un). Ils pourront alors le tourner et retourner a leur gre. Et pour le toucher, le voir in situ, il leur suffira de faxer les donnees au service de telecopie du coin et le tour sera joue. Revenant a l'image de depart, il est vraissemblable que le cout de l'operation restera trop eleve pour que vous puissiez envoyer de cette maniere une representation de la statuette de votre fille a ses grands parents. Le courrier restera pendant longtemps une solution plus econo mique. Seul probleme: si vous la leur envoyez par la poste, vous ne l'aurez plus. D'ou l'interet de pouvoir faxer des objets. Diverses photos du Bouddha et des informations techniques plus detaillees peuvent etre consultees a: http://www-graphics.stanford.edu/projects/faxing/happy/
(The printed article differs slightly from this manuscript.)