Les technologies 3D

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Projet de veille technologique sur les technologies 3D par Louise Crosnier, William Hans et Jérôme Blandeau, étudiants en 2ème année à l'ISTIA

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  • Bilan de l’expérience (difficultés rencontrées; répartition du travail) BLANDEAU Jéöme
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  • Les technologies 3D

    1. 1. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William
    2. 2. IntroductionLe sujet de veille que nous avons choisi est les technologies 3D.La 3D existe depuis les années 80. Mais ce n’est que durant les années 2000 qu’elle s’estréellement développée.Tout d’abord, la 3D signifie trois dimensions, c’est-à-dire un objet ou un espace ayant unelongueur, une profondeur et une hauteur. L’utilisation de la 3D introduit plusieurs idées : relief,profondeur et perspective.Ensuite, la création d’une image ou d’une animation 3d est cependant bien plus complexe quece qu’il n’y paraît.En effet, pour obtenir une image 3D de qualité, plusieurs étapes sont nécessaires. Certainessont très longues et nécessitent du matériel informatique de pointe ainsi qu’un savoir-faire.Nous décrirons ces différentes étapes plus loin.Il existe plusieurs techniques associées à la 3D.Ainsi, il convient de bien faire la différence entre la 3D temps réel et la 3D pré-calculée.Nous présenterons également ce qu’est la 3D relief, appelée stéréoscopie. C’est le procédénotamment utilisé au cinéma pour donner l’impression de relief au spectateur. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    3. 3. Plan de présentationI. La 3D virtuelle 1. CAO 2. Images de synthèse et cartographie 3. Télévision et Cinéma 3DII. Numérisation et création de la 3D 1. Scanner 3D 2. Imprimante 3D 3. Les applications de la 3DIII. Prospective 1. La 3D dans le futur 2. Comment imaginons-nous la 3D de demain?BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    4. 4. Carte heuristiqueBLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    5. 5. Vocabulaire anglais-français Français Anglais Trois dimensions Three-dimensional position Imprimante 3D 3D printer Télévision 3D 3D television Stéréoscopie Stereoscopy Images de synthèse Relief picture Infographie Computer graphics Holographie Holography Topographie Topography CAO CAD Scanner 3D 3D ScannerBLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    6. 6. I. La 3D virtuelleBLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    7. 7. 1. Conception Assistée par Ordinateur« La conception Assistée par Ordinateur (CAO) comprend lensemble des logiciels et des techniques demodélisation géométrique permettant de concevoir, de tester virtuellement - à laide dun ordinateur etdes techniques de simulation numérique - et de réaliser des produits manufacturés et les outils pour lesfabriquer. », Wikipédia, définition de la CAO.Un logiciel de CAO permet donc de créer tout type dobjets, de produits, de plans ou dassemblages depièces, numériquement en deux ou trois dimensions, en le décrivant parfaitement sous tous les angles.La Conception Assistée par Ordinateur peut se décliner sous plusieurs formes, comme par exemple :•le dessin assisté par ordinateur (DAO)•lingénierie assistée par ordinateur (IAO)•la fabrication assistée par ordinateur (FAO)Dessin Modèle CAO CAO enen 2D 3D BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    8. 8. La CAO se développa et sinstalla dans les entreprises entre les années 1975 à 1990, suite aux avantagesquelle offrait par rapport aux techniques de dessin et de calcul antérieures :•le gain de temps•la réduction des coûts du processus de conception•la grande précision des mesures•la visualisation sous tous les angles, en 2D ou 3D•les simulations numériques•la modification du concept aisée•la visualisation dassemblage de piècesEt bien dautres avantages encore. Les premières entreprises à utiliser cette technologie furent celles quiconcevaient des produits complexes, dans le domaine de laéronautique, de lautomobile ou delélectronique par exemple. De plus, la CAO sest répandue dans le secteur de lentreprise avec ladémocratisation de lordinateur.De nos jours, la CAO sest répandue dans le secteur de lentreprise, et le nombre de logiciels de CAO afortement augmenté, plus ou moins spécialisés dans de nombreux domaines :•la mécanique, dont les logiciels les plus connus sont Solidworks, Inventor, Catia, Pro Engineer, Shark.•larchitecture et la construction, avec pour leader AutoCAD. IntelliPlus, beaucoup moins onéreux, estune bonne alternative. On trouve aussi Revit Architecture, Archicad, ou IntelliPlus Architecturals, plusadaptés à larchitecture en 3D.•lélectronique, avec pour leader européen Mentor Graphics.•mais aussi l’électrotechnique, le moléculaire...Comparatif de logiciels de CAO et leur prix sur http://www.logicielcao.fr/ BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    9. 9. 2. Images de synthèse 3D La troisième dimension a eu des apports en cartographie statistique, c’est-à-dire que les cartes en prismes imprimés sont devenus des modèles 3D interactifs. La représentation en trois dimensions peut être considérée comme une évolution de la carte classique. Voici un exemple de l’évolution due à la troisième dimension avec les densités de population en Europe en 2000.Carte en Carte enauréoles 2D relief 3D BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    10. 10. Les apports de la troisième dimension en cartographie statistique:•Tout d’abord, le principe d’extrusion des régions d’un fond de carte sur la troisièmedimension est un outil que l’on utilise pour apprécier visuellement la qualité d’unregroupement de valeurs en classes en vue d’une représentation cartographique.•Les apports de la troisième dimension en cartographie statistique est une représentationfacilement compréhensible et perceptible. La vision d’un relief, d’un paysage, fait appel àdes capacités d’interprétation beaucoup plus basiques que la lecture d’une carte en deuxdimensions.•Un intérêt plus pratique de ce type de représentation se perçoit lorsque l’on fait pivoter lacarte prismatique autour d’un point central. Pour illustrer cela, nous allons montrer unexemple avec l’évolution de la population des départements français entre 1999 et 2004(estimations annuelles INSEE) BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    11. 11. Exemple : l’évolution de la population des départements français entre 1999 et 2004(estimations annuelles INSEE)La partie sud de la France qui présente les taux d’évolution positive les plus forts forme une sortede «barrière», qui va gêner la visualisation si l’on utilise un positionnement «classique» du nordde la carte vers le haut de l’image. En pivotant le nord vers l’observateur, tout en abaissant lepoint de vue, on obtient une représentation beaucoup plus éloquente. On note une bienmeilleure lisibilité des différences de valeurs entre départements, différences masquéesauparavant par le regroupement en classes. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    12. 12. 3. Télévision et cinéma 3DLa TV 3D est une technologie qui permet dafficher sursa TV : des émissions, retransmissions sportives, films etreportages en 3 dimensions.Laffichage des images en 3D repose sur le principe de lastéréoscopie. Au lieu dafficher une seule image pour les2 yeux, il y a une image séparée pour chaque œil duspectateur.Entre 5 et 10 % des personnes souffrent d’une maladie :la cécité stéréo, qui ne leur permet pas de voir latélévision en 3 dimensions. Chez d’autres, uneexposition prolongée peut leur provoquer des maux detête.Conversion TV 2D en 3D : plusieurs marques detéléviseurs 3D proposent un moteur de conversion 2D Samsung et LG ont sorti leursen 3D (téléviseurs LCD et plasma compatibles 3D), c’est premiers téléviseurs 3D en enun processus de traitement vidéo en temps réel qui mars 2010, au Japon puis audonne du relief aux images 2D. Quel que soit le US. En Europe, ils sont sorti àprogramme regardé, il est possible dactiver le filtre"3D" qui donnera un effet de profondeur à la scène. lété 2010.Limpression de relief est toutefois inférieure auxdisques Blu-ray 3D. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    13. 13. Les lunettes 3D deviennent un objet de consommation, bientôt on les emmènera chez des amisou au cinéma. Des industriels se sont spécialisés dans ce domaine pour créer des lunettes 3Ddesign, et de plus en plus personnalisables pour que chacun y trouve son style.Il existe plusieurs types de lunettes :• Les lunettes anaglyphes : utilisées depuis les premiers films en 3D, peu coûteuses, compatibles avectous les téléviseurs, mais il y a des inconvénients : mauvaise colorimétrie, phénomène dimagesfantômes, fatigue visuelle.• Les lunettes passives : plus récentes, meilleur rendu, utilisées dans de nombreuses salles de cinéma.Chaque image affichée à lécran est constituée à la fois d’une image destinée à lœil droit et d’unedestinée à lœil gauche.•Les lunettes actives : verres moins sombres, meilleur rendu, utilisées dans certaines salles de cinéma3D et par les téléviseurs 3D, retenues par la norme 3D. Elles sont synchronisées avec le téléviseur oulécran de projection, et chaque verre se ferme et souvre alternativement, jusquà plusieurs centainesde fois par seconde.Avec les téléviseurs 3D actuels, lutilisation des lunettes actives est obligatoire. Ce type de lunettesnécessite une connexion infra-rouge entre la paire de lunettes et lécran, ce qui consomme delénergie, cest pourquoi les lunettes fonctionnent à piles. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William I ISTIA – EI2 2012-2013
    14. 14. Les premiers films en 3D donnent un effet de profondeur et le spectateur a l’impression d’êtrephysiquement à l’intérieur de l’intrigue, il est ainsi « projeté » dans le film. La 3D a également faitnaître de nouvelles formes de mise en scène et de narration, renouvelant ainsi le septième art.Les années 2000 marquent une révolution du numérique.Le public est à la recherche de nouvelles expériencesvisuelles. Il y a des contrastes entre des bonnesproductions au relief soigné (« Avatar », 2009, dont JamesCameron s’impose comme le maître de la 3D) et desœuvres plus négligées (« Choc des Titans », 2010).De plus en plus, les grands classiques du cinéma sont convertis en 3D, ce qui fait renaître ainsi uncinéma expressif et populaire. Depuis 2009, Disney produit tous ses films en 3D.La Blu-ray 3D est actuellement la meilleure source disponible pour regarder des films à domicile.Concrètement, un film Blu-ray nécessite un espace de stockage environ 1,5 plus grand quun filmen HD.Le jeu vidéo PC ou sur console de salon constitue une excellent source dimage pour lestéléviseurs 3D. En reliant un PC portable ou fixe (doté dune carte graphique compatible 3D) à untéléviseur 3D, on peut jouer avec un effet de profondeur sur la plupart des jeux vidéo PC récents.Du côté des consoles de jeux, seule la PS3 est compatible avec la 3D. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    15. 15. II. Numération et création en 3DBLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    16. 16. 1. Scanner 3D• Un scanner 3D ou tridimensionnel est un appareil de numérisation et dacquisition 3D.• Un scanner 3D est un appareil qui analyse les objets ou leur environnement proche pour recueillir des informations précises sur la forme et éventuellement sur lapparence (couleur, texture, …) de ceux-ci.• L’apparition de ces outils ou plutôt de la numérisation 3D dans les années apporte dorénavant aux bureaux d’études un complément intéressant à la CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Ainsi, on peut scanner des coques et des ponts de bateaux, des pièces mécaniques, des parties du corps etc.• Le scanner 3D peut aussi compléter le travail réalisé en CAO et réduire les coûts de développement et de construction. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    17. 17. • En ce qui concerne le marché des scanners 3D : FARO® Laser Scanner Focus3D est le Leader du marché de la documentation 3DIl présente les caractéristiques suivantes :•Le Focus3D est un scanner 3D ultrarapide qui permet deréaliser des mesures détaillées et de la documentation 3D.Grâce à la technologie laser, le Focus3D Multi-Sensor estcapable de générer en quelques minutes des images 3Ddétaillées de la réalité et de leur géométrie.•Exemple : images d’immeubles et leurs déformations defaçades et de structure, scènes de crime, détails d’accident,géométries de produit, usines, industrie des processus.•Avantages : cet outil grâce au Focus3D Multi-Sensor dansSCENE 5.0 permet un niveau d’automatisation inégalé quiréduit les opérations manuelles et accélère les projets.BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    18. 18. 2. Imprimante 3DL’impression 3D a été inventée par MIT (Massachussetts Institute of Technology) dans les années80. Les premières imprimantes 3D étaient grandes, coûteuses et très limitées dans ce qu’ellespouvaient produire. Le terme «impression 3D» a été inventé plus tard, en 1995.L’impression 3D est un procédé de fabrication en trois dimensions développée pour leprototypage rapide. Un objet est créé en fixant des couches successives de matière. Limpression3D est considérée comme distinct du traditionnel usinage techniques (coupe, forage…).Principe : il est assez proche de celui d’uneimprimante 2D classique.Suivant lutilisation des différents procédés, il estpossible dobtenir de nombreux matériaux :plastique, cire, métal... L’impression 3D produit unobjet réel à partir dun fichier CAO (ConceptionAssistée par Ordinateur). La machine lit laconception, découpe en tranches, puis déposecouche par couche de la matière, sous forme liquideou en poudre, afin d’obtenir une pièce terminée.Cest lempilement de ces couches qui crée unvolume. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    19. 19. L’impression 3D fournit rapidement des pièces physiques de qualité en haute définition. Selonvos besoins, vous pouvez choisir entre les différents systèmes d’impression 3D et les différentsmatériaux de fabrication. Les applications sont nombreuses, diverses et variées, elles vont delindustrie (production de voitures, davions…) à la visualisation de projets (vérificationdergonomie pour larchitecture, les études de design…) et sont capables d’imprimer nimportequelle forme ou fonction géométrique.Il existe plusieurs technologies d’impression professionnels 3D (de 15 000 à 100 000 euros ) :•Impression 3d par jets multiples•Impression 3d par collage de poudre•Impression 3d par dépôt de fil de résine•Impression 3d par flashage UV de couche de résine liquideLe leader du marché pour les imprimantes 3D est Stratasizs. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    20. 20. 3. Les applications de la 3DLes technologies 3D ont plusieurs applications principalement sur les domaines suivants : ledesign/conception, le médical, l’art, l’archéologie, le patrimoine, la bijouterie, la joaillerie,l’inspection, la comparaison 3D et le contrôle 3D .Le design et la conceptionLa numérisation 3D est utilisée dans l’industrie pour aider au design par l’intermédiaire d’unscanner 3D servant à numériser des formes existantes.Ces formes peuvent être de plusieurs types :•Formes organiques, issues d’un modelage réalisé à la main (en résine, en terre cuite typeargile,...)•Forme organique issue de la nature (exemple : pierre, morceaux de bois,...)•Produits déjà existants dont on ne dispose pas des fichiers CAO (objet quelconque, pièceinterne,...) BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    21. 21. La bijouterie et la joaillerieLes scanners 3D sont aussi utilisés dans la bijouterieet la joaillerie pour différentes applications :•numérisation d’un bijou pour lutter contre le vol.•duplication d’un bijou réalisé à la main pourproduire une série de bijoux à l’identique.•numérisation de pierres précieuses pour créer unbijou sur mesure.L’art, l’archéologie et le patrimoineL’art depuis quelques années utilisent égalementles scanners 3DLes utilisations sont vastes :•archiver des œuvres d’art•se protéger contre la contrefaçon•capitaliser sur la collection•pouvoir recréer l’œuvre si besoin.Exemples : reconstitution d’une fresque, d’unestatue ancienne endommagée par le temps. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    22. 22. Le médical :Le domaine médical utilise, de plus en plus, les systèmes de numérisation 3D comme desscanners à triangulations et des scanners IRM qui permettent de reconstituer en 3Dcertaines parties du corps.Le domaine dentaire :•numérisation de modèles de mâchoires de patientpour réaliser des prothèses fixes, mobiles, appareilsdentaires, et implants.Le domaine de l’orthopédie :•numérisation du corps des patients comme uneprise d’empreinte numérique pour réaliser desprothèses sur mesure comme : des corsets, desminerves, des sièges et des matelas sur mesure.•les podo-orthopédistes prennent une empreintenumérique du pied des patients pour réaliser deschaussures sur mesure. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    23. 23. III. Prospective dans le futurBLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    24. 24. 1. La 3D dans le futurLe futur de la télévision en 3D sont les films en 4D, la quatrième dimension étant les mouvementsdes fauteuils, les odeurs, les effets dhumidité et de chaleur.Des personnes réfléchissent pour inventer la télévision 3D sans lunettes pour améliorer le confortdes utilisateurs.A ce stade, la réalité aura rejoint la fiction comme dans Star Wars lorsque princesse Leia appelle àlaide au travers dun hologramme...Le futur des imprimantes 3D serait qu’elles impriment plus rapidement.Des chercheurs travaillent actuellement sur des imprimantes 3D capables de fabriquer de lanourriture avec des cartouches de protéines, de graisses, et ainsi " imprimer ", ou plutôtreproduire, créer un steak. Mais ce sont des recherches, et cet avenir semble encore bien loin.Un certain chimiste aimerait créer des plans de molécules qui pourraient être téléchargés etimprimés depuis une imprimante spéciale, on pourrait faire ainsi un objet avec une imprimante3D, et aussi imprimer des médicaments….Mais ceci semble dangereux car chaque utilisateur pourraient faire ces propres médicaments… BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    25. 25. 2. Comment imaginons-nous la 3D?Jérôme : Pour moi, la technologie 3D pourrait être développé afin de réaliser une ville holographique.La 3D pourrait aussi servir à améliorer les modes d’entraînements pour différents sports et de facilitél’accessibilité aux activités sportives.Exemple : pratiquer le tennis ou football chez soi (sport qui nécessite un grand espace et ainsi undéplacement aux lieux de lactivité).Louise : Pour moi, la 3D de demain sera un objet que l’on verra au quotidien. La plupart des foyerspossédera une imprimante 3D, elle remplacera l’imprimante 2D ! Nous imaginerons un objet, nous lefabriqueront sur l’ordinateur et nous n’aurons plus qu’à l’imprimer !Tous les films seront en 3D, et nous n’arriverons plus à regarder un film en 2D, tellement noustrouverons la 2D « fade ». Avec la 3D, nous nous sentirons totalement dans le film.En ce qui concerne le domaine médical, pour moi, la 3D va faire évoluer la médecine.William : Jimagine la 3D de demain à travers la vision des films futuristes ou de sciences-fictions.Comme dans Star Wars, peut-être que nous auront un jour des projecteurs holographiques pour êtreprésent virtuellement à dautres endroits. Ou peut-être quen marchant dans la rue les grands écranspublicitaires diffuseront des images holographiques interactives avec les passants, comme dans retourvers le futur, lorsque Marty se fait « manger » par un requin holographique... BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    26. 26. ConclusionPour nous, « les technologies 3D » était un sujet très vague, c’est pour cela que nous avons voulu ensavoir plus sur ce thème, et nous avons appris beaucoup de choses.Ce sujet est très large, il a donc fallu évaluer et retenir uniquement les informations les plusimportantes, ce qui n’a pas toujours était facile.En effet, la « 3D » se développe énormément en ce moment dans tous les domaines. Il n’était donc paspossible de parler de tout ce qui concernait ce sujet.Ce projet nous a vraiment appris pleins de choses que nous ne connaissions pas, cela était donc trèscaptivant de s’y intéresser.Faire de la veille technologique n’a pas forcément été facile aussi, il faut apprendre à trier lesinformations, à chercher sur un nombre important de moteurs de recherches, de sites… ce que nousn’avions pas l’habitude de faire auparavant. Une des difficultés rencontrée a été l’indisponibilité decertain flux RSS, comme avec le site Topsy, malgré des tentatives sur plusieurs ordinateurs. La prise enmain des logiciels utilisés a demandé aussi un certain temps d’adaptation.Nous avons d’abord, tous les trois fait des recherches sur les sites, différents moteurs de recherches,blogs, encyclopédies… puis nous avons partagé les résultats les plus intéressants sur Diigo (nous avonscréé un groupe), puis nous avons discuté sur les sujets les plus importants à traiter, ce qui nous aamené au plan, ensuite nous nous sommes répartis le plus équitablement possible les sous-parties, etle reste du travail à faire. Nous avons également créé un compte Netvibes pour travailler encollaboration. BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
    27. 27. ZOTERO Articles d’encyclopédie1. Télévision en 3D - Wikipédia [Internet]. [cité 9 janv 2013]. Disponible sur: http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9l %C3%A9vision_en_3D2. Trois dimensions - Wikipédia [Internet]. [cité 9 janv 2013]. Disponible sur: http://fr.wikipedia.org/wiki/Trois_dimensions3. 3D film - Wikipedia, the free encyclopedia [Internet]. [cité 9 janv 2013]. Disponible sur: http://en.wikipedia.org/wiki/3D_film4. Conception assistée par ordinateur - Wikipédia [Internet]. [cité 20 janv 2013]. Disponible sur: http://fr.wikipedia.org/wiki/Conception_assist%C3%A9e_par_ordinateur5. Liste des logiciels CAO pour l’architecture, l’ingénierie et la construction - Wikipédia [Internet]. [cité 20 janv 2013]. Disponible sur: http://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_logiciels_CAO_pour_l%27architecture,_l%27ing%C3%A9nierie_et_la_construction Articles de magazine6. Bembaron E. Le Figaro - High-Tech : Télé tactile, photos 3D  : les premiers gadgets de 2013. 6 janv 2013 [cité 9 janv 2013]; Disponible sur: http://www.lefigaro.fr/hightech/2013/01/06/01007-20130106ARTFIG00034-tele-tactile-photos-3d-les- premiers-gadgets-de-2013.php7. 3D : les différentes technologies utilisées – Le mag 3D - Le mag 3D. [cité 9 janv 2013]; Disponible sur: http://lemag3d.orange.fr/le-guide/guide-la-3d-comment-ca-marche/chapitre-2-premiers-pas-vers-la-3d/3d-les-differentes- technologies-utilisees/ Billet de blog8. Demey J. Créations en trois dimensions - leJDD.fr [Internet]. 2012 [cité 10 janv 2013]. Disponible sur: http://www.lejdd.fr/Societe/Sciences/Actualite/Creations-en-trois-dimensions-582466 Enregistrement vidéo9. Explication sur le fonctionnement des films en 3D | Blog-Note [Internet]. [cité 10 janv 2013]. Disponible sur: http://www.blog-note.com/le-fonctionnement-des-films-en-3D/ BLANDEAU Jérôme CROSNIER Louise HANS William ISTIA – EI2 2012-2013
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