Numérisation 3D
La numérisation 3D permet d’enregistrer la forme d’un objet réel afin d'en créer une version numérique. C’est une technique d’acquisition de données 3D existantes. Ainsi, le procédé mesure, sans contact, les formes, les volumes et les couleurs d’un édifice ou d’un objet.
Les objectifs de la numérisation 3D sont multiples :
- un moyen d’archiver la géométrie. L’objet ou l’architecture est conservé sous format numérique
- un support d’étude. Le chercheur a la possibilité de visualiser, de dupliquer l’objet scanné, d’exploiter les clichés, etc.
- une base à la modélisation 3D
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Photogrammétrie
La photogrammétrie est une technique de mesure des dimensions et des volumes d'un objet à partir de photographies. Elle permet donc de restituer à partir de plusieurs clichés photographiques, un objet en trois dimensions avec toutes ses caractéristiques comme les données topographiques. Les prises de vue sont alors superposées et converties en modèle numérique 3D.
Aujourd'hui, il est possible de réaliser de la photogrammétrie à partir de son téléphone. De nombreuses applications, comme Modelified, simplifient tout le processus de traitement et proposent un résultat plus que convenable, en peu de temps.
Comment fonctionne la photogrammétrie ?
La photogrammétrie repose sur la photographie. Les photos doivent être, de préférence, prises tout autour de l’objet ou de l’édifice. 40 voire 50 clichés sont généralement suffisants pour des petits objets, à condition qu’ils ne soient pas pris de la même position.
Quelques règles sont à respecter comme un arrière-plan chromatique contrasté, des photos stables et nettes ou un sujet d’étude fixe tout à long de l’acquisition.
La série de photos est ensuite importée dans un logiciel de photogrammétrie. Un algorithme met en correspondance les images et en crée un maillage 3D. Même si les étapes de création sont principalement réalisées par le logiciel, un travail de post-traitement est nécessaire afin de nettoyer le nuage de points, d’orienter et de mettre à l’échelle le modèle, pour obtenir un modèle 3D correct.
Alignement de photographies pour la numérisation de la façade de la Faculté de Pharmacie de l'université Paris Cité sur le logiciel Metashape Pro 2.0.3 (E. Pinard, S. Tudoce, T. Aires Da Cruz) Comme pour toute méthode d'obtention d'un modèle 3D, un protocole précis doit être suivi. Ce dernier peut légèrement varier, notamment selon le logiciel employé.
Les différentes étapes intervenant dans la réalisation d'un modèle 3D par procédé photogrammétrique avec le logiciel Metashape Pro 2.0.3 (E. Pinard, S. Tudoce, T. Aires Da Cruz) Accéder à la description de l'organigramme ci-dessus (PDF - 38,9 Ko)
Un exemple de l'usage de la photogrammétrie : la numérisation des artefacts chypriotes du Museum of Mediterranean and Near Eastern Antiquities (Suède)
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Lasergrammétrie
La lasergrammétrie est une technique d’acquisition exploitant la technique « LiDAR » (Light Detection And Ranging) à partir d’une station laser comme un scanner laser. Le LiDAR est une technique de télédétection : une impulsion de lumière IR est émise, puis réfléchie par la cible. En captant le faisceau retour, l’appareil géolocalise la cible en mesurant le temps retour par rapport à la vitesse de la lumière. Ceci permet de numériser la surface, y compris la couleur (texture), de la cible pour en faire un modèle 3D déjà à l'échelle.
Contrairement à la photogrammétrie, la lasergrammétrie peut être employée avec des conditions climatiques diverses comme la neige. Néanmoins, la pluie ou les flocons peuvent faire dévier le faisceau.
Tout comme la photogrammétrie, il est aujourd'hui possible d'utiliser la technique LiDAR à partir de certains téléphones. Des applications comme Polycam simplifient la prise en main.
Le scanner peut être à main ou sur trépied, automatique ou manuel. Lors d'une numérisation par lasergrammétrie, la pièce ou l'environnement de numérisation doit être le plus vide possible pour éviter l'ajout de points ne concernant pas l'objet cible, ce qui rendrait l'étape de nettoyage du nuage de points plus fastidieuse et le modèle plus lourd qui ne l'est déjà.
Tout comme pour la photogrammétrie, une succession d'étapes précises doivent être effectuées pour aboutir au modèle 3D. Elles dépendent de l'objet ou de la structure à numériser, du logiciel et du scanner utilisés et de la technique lasergrammétrique employée (laser ou lumière structurée/pulsée).
Etapes intervenant dans la réalisation d'un modèle 3D par lasergrammétrie avec un scanner laser à lumière pulsée Artec Spider (T. Aires Da Cruz, S. Tudoce, E. Pinard) Comment fonctionne la lasergrammétrie ?
La cible (édifice, site de fouille, artefact, etc.) est balayée par un rayonnement laser. La station laser mesure donc la distance entre l’appareil et la cible impactée, puis génère un nuage de points. Le nuage est référencé selon les axes X, Y et Z. Chaque point peut également nous renseigner sur la réflectance ou le taux de réflexion. Plusieurs passages du scanner peuvent être nécessaires.
Les données LiDAR sont ensuite importées dans un logiciel spécialisé qui construit une carte en trois dimensions.
Une autre technique consiste en l'emploi d'un scanner à lumière pulsée qui projette une trame lumineuse sur la cible. Des optiques vont mesurer les déformations de la trame, dues à la surface de projection, et l’appareil va "comprendre" que pour qu’une telle déformation ait lieu, c'est que l'objet à cette forme là. Un scanner à lumière pulsée n'utilise donc pas de laser. C’est de l’imagerie.
Modèle 3D non texturé d'une reproduction d'un buste de pharaon (objet souvenir), réalisé avec le scanner laser à lumière pulsée Artec Spider, et interface du logiciel Artec Studio 16 Pro (E. Pinard, T. Aires Da Cruz, S. Tudoce) Accéder à la description de l'organigramme ci-dessus (PDF - 52,6 Ko)
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Tomodensitométrie
La tomodensitométrie (ou scanographie) permet d’acquérir une image de la structure interne et externe d’un artefact. Cette technique d’imagerie mesure l’absorption des rayons X par l’objet et effectue des coupes tomographiques de celui-ci. Les paramètres de la tomodensitométrie doivent être adaptés en fonction de la nature, de la taille et des composants de l’objet exposé.
Comment fonctionne la tomodensitométrie ?
Des radiographies sont réalisées autour de l’artéfact analysé. Les images en coupe obtenues sont ensuite assemblées par un logiciel spécialisé qui génère une reconstruction 3D.