Maquette numérique

Exemple de maquette numérique (représentation d'un char XM1202

Une maquette numérique est une représentation géométrique d'un produit, généralement en 3D, réalisée sur ordinateur en vue de l'analyser, de le contrôler et d'en simuler certains comportements.

En anglais, maquette numérique se dit "Digital Mock-Up" ou DMU

Exemples d'utilisation

Contrôle de montabilité

Par exemple, pour valider la trajectoire d'une fusée au décollage, le contrôle de non-collision pourra être réalisé entre la fusée et sa table de lancement.

Simulation cinématique

La simulation cinématique permet d'animer un objets ou une série d'objet en respectant leurs liaisons cinématiques, puis d'analyser le système en fonctionnement et :

• connaître la vitesse ou l'accélération d'un point particulier
• déterminer le volume-enveloppe d'un composant
• s'assurer de la non-collision d'un composant cinématique avec son environnement

Elle peut être utilisé dans un environnement virtuel, pour la formation ou la rééducation fonctionnelle (après un accident vasculaire cérébral (AVC) par exemple ; inferface adaptable au handicap de chaque patient (100 000 à 145 000 personnes/an en France ; 1^re source de perte d'autonomie en France^[1]).

Contrôle d'accessibilité

Ici, on insère un mannequin dans la maquette numérique, ce qui permet de vérifier qu'il n'est pas gêné par un élément de son environnement, et qu'il accède comme prévu à tous les composants.

Cette fonction est beaucoup utilisée pour simuler des tâches de maintenance ou de MCO (Maintien en Conditions Opérationnelles)

Contrôle du design et de l'esthétique

La maquette numérique d'aspect permet de valider des choix de design en termes de couleurs et de matières. Par exemple, à partir de la maquette numérique de l'intérieur d'une voiture, la maquette numérique d'aspect permet d'étudier et de valider de harmonies de couleurs et de matières.

Les maquettes numériques en architecture

Pour élaborer les projets de conservation et de restauration, ou pour étudier l'insertion d'un immeuble ou objet nouveau dans son environnement ou le paysage, il est bon de ne pas s’en tenir aux dessins d'architecture. L'ordinateur permet maintenant la création rapide d'images de synthèse, avec simulation de la lumière et des ombres portées à différentes heures du jour et à différentes saisons ; Une pièce, un appartement, une maison, un immeuble, un quartier peuvent ainsi être étudiés et observés virtuellement de plusieurs points-de vue (extérieurs ou intérieurs), via une caméra virtuelle et de manière enrichie grâce à une dimension sémantique (attributs et propriétés associés à chaque élément de la maquette)^[2].

La réussite des projets bâtiments complexes passe par une collaboration efficace entre architectes et ingénieurs. À partir des données 2D ou 3D fournies par l’architecte, le bureau d’études travaille à la fois sur le modèle physique 3D et sur le modèle analytique destiné aux besoins d’analyse. Les multiples ressaisies et les allers et retours de données en cours de projet font perdre un temps précieux et peuvent engendrer des erreurs aux conséquences parfois catastrophiques. Les éditeurs ont donc développé de nouveaux logiciels plus automatiques, avec des interfaces plus visuelles et plus simples, qui s’adressent aussi bien à l’ingénieur qu’à l’architecte. Car au-delà de l’établissement de passerelles automatisées et fiables entre logiciels, l’enjeu est de réunir les différents intervenants d’un projet autour de données communes –la maquette numérique– avec des méthodes efficaces de mise à jour.

Dans l'environnement, une simulation en accéléré de la pousse des arbres et de leur ombre peut également être faite.

Et grâce à une interface homme-machine adaptée, l'outil peut s'insérer dans un dispositif de communication avec des acteurs concernés directement (ex : futurs habitants ou usagers) ou indirects ou influents ^[2] (riverains, financeurs, paysagistes, etc. qui peuvent naviguer dans un projet avec un simple joystick, voir avec une interface d'immersion virtuelle) Ce peut aussi être un outil d' environnement virtuel pour l'apprentissage humain ou pour la formation sur objets virtuels. Certains outils permettent aussi un travail collaboratif sur une même maquette, par des personnes éloignées dans l'espace.

En France, une plateforme logicielle EVE (Environnement Virtuel Enrichi), développée par le CSTB^[2] sur la base des standards ouverts (IFC, GML, standards Open Sources pour la gestion et la représentation de scènes virtuelles…), compatible avec les outils de CAO et système d'information géographique (SIG). Les IFC (Industry Foundation Classes) sont le standard d'échange et d’archivage des données techniques de la maquette numérique de construction, individualisant les objets tels que site, bâtiment, étage, mur, poutre…. Il permet intègre si on le souhaite des propriétés tels que nature des matériaux, coefficients thermiques, acoustiques, de réverbération lumineuse, etc nécessaire pour la création de simulations poussées.

Voir le BIM (Building Information Modeling)

Simulations numériques

Les modèles numériques de simulation (éléments finis ou autres) sont des codes de calcul informatiques capables de simuler tout ou partie du comportements d'objets réels. On utilise souvent l'expression « maquette numérique » pour désigner l'ensemble que constitue 1/ le code de calcul proprement dit, 2/ l'environnement de visualisation, en général en 3D, qui fournit une représentation graphique animée du résultat de la simulation, 3/la description numérique de l'objet modélisé et de ses caractéristiques pertinentes et, 4/ le jeu de paramètres qui permet au modèle numérique de simuler le comportement de cet objet précis conformément à des mesures préalablement effectuées en vue du calage du modèle.
On peut citer en exemple les maquettes numériques d'objets industriels en cours de conception (pneus de voiture, dont on simule la déformation et l'échauffement en fonction des propriétés mécaniques de la chaussée etc.) On peut citer aussi les maquettes numériques d'objets naturels (la plaine d'Alsace, dont on simule la manière dont elle absorbe dans ses sols et dans sa nappe phréatique les polluants d'origine agricole, par exemple).

Intérêt de la maquette numérique

La maquette numérique permet d'abord de comprendre un produit avant qu'il n'existe physiquement. Voir le produit c'est commencer à le comprendre.
Les techniciens et ingénieurs qui définissent le produit peuvent discuter plus facilement sur les solutions techniques possibles et peuvent en choisir la meilleure.
Les contrôles et simulations réalisés sur le produit avant qu'il n'existe vont permettre de détecter très tôt certains problèmes ou erreurs. Plus les problèmes sont résolus tôt, moins la correction coûtera cher à l'entreprise. L'intérêt n'est donc pas uniquement technique, il est aussi économique.

Les domaines connexes

• La CAO (conception assistée par ordinateur). Les données analysées en maquette numérique ont d'abord été créées quelque part : à l'aide des logiciels de CAO qui permettent de construire les formes des pièces et de les assembler en un produit.

• L'usine numérique est la maquette numérique d'une usine : cette fois-ci, c'est l'usine qui sera analysée et simulée. On pourra donc faire fonctionner virtuellement l'usine avant qu'elle ne soit construite et ainsi localiser des problèmes comme un goulot d'étranglement dans une chaîne de fabrication.

• La réalité virtuelle. Ici, l'être humain sera immergé dans la maquette à l'aide d'un dispositif de visualisation stéréoscopique (casque immersif ou écran + lunettes). L'utilisateur pourra de plus interagir avec la maquette: déplacer des éléments, sentir le contact à l'aide d'un bras à retour d'efforts ou tout autre interface haptique.

• La GDT (Gestion des Données Techniques). Les maquettes numériques lourdes (on parle aussi « des grands assemblages » ) peuvent contenir des centaines de milliers de pièces. Cette complexité doit être gérée. Cette problématique (la gestion) n'est pas du ressort de la maquette numérique mais de la GMN (Gestion de Maquette Numérique) ou plus largement de la GDT. Elle est traitée par d'autres logiciels.

• La modélisation par éléments finis étudie le comportement du produit soumis à des sollicitations physiques : forces de pression ou de contact, forces aérodynamiques ou thermiques. (on parle alors parfois de maquette numérique comportementale)

Les limites de la maquette numérique

La représentation du produit est numérique donc forcément simplifiée et idéalisée. Par exemple, elle ne contient ni la description de la structure moléculaire interne des matériaux ni les dispersions possibles sur les états de surface.

On ne peut pas tout simuler avec une maquette numérique !

La maquette numérique n'est pas la réalité !

Les logiciels

• Teamcenter Visualization de Siemens PLM Software
• DMU Navigator de Dassault Systèmes
• Patchwork3D de Lumiscaphe en maquette numérique d'aspect
• Orealia de Onesia pour la Maquette Numerique 3D Interactive
• Showcase d'autodesk
• GPure de DeltaCAD
• Twinmotion

Voir aussi

Articles connexes

• Maquette
• Modélisation
• Modèle numérique de terrain

Liens externes

• (fr)
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Bibliographie

• Thèses du Le2i, Laboratoire d'électronique, Informatique et Image, est associé aux départements INSIS (principal) et INS2I (secondaire) du CNRS (FRE CNRS 2309 en janvier 2001 puis UMR CNRS 5158 depuis janvier 2003).
• Souheil Soubra, La ville numérique, un outil innovant pour faciliter la mise en débat, PPT, 18 pages

Références

• Portail de l’imagerie numérique