Reconstruction 3D et structuration sémantique d’édifices patrimoniaux

Comme on l’a vu dans le chapitre précédent, notre approche se base sur une représentation tridimensionnelle de la morphologie de l’édifice basé sur le réel, c’est à dire sur l’acquisition et le traitement de données métriques de terrain. Il ne s’agit pas d’une prérogative absolue, mais il facile de comprendre que cet aspect conditionne forcement le degré de précision en phase de référencement spatial des sources iconographiques et de segmentation. Pour donner un exemple, prenons le cas le plus simples, celui d’une photographie d’un édifice. Plus d’approximation existera entre le modèle 3D et l’édifice réel, moins précise sera la superposition entre la photo et le modèle et l’annotation sémantique résultante. L’élaboration de la maquette 3D d’un édifice (tel que construit) passe par l’expression géométrique des objets qui le composent puis par la détermination de l’aspect de surface de ses différentes parties [De Luca L., 2006]. Deux phases d’élaboration interdépendantes sont nécessaires : L’acquisition des données spatiales. Il s’agit du relevé de la morphologie, des dimensions et des aspects de surface de l’édifice étudié. Cette phase peut utiliser différents dispositifs basés sur le principe de mesure par scanner laser 3D, ou sur la photogrammétrie. Le résultat de cette phase consiste en un nuage de points qui peut présenter des caractères différents de morphologie du bâtiment par rapport de la fonction de la modalité d’acquisition employée. La reconstruction géométrique de la morphologie. C’est l’étape de modélisation qui consiste à construire le modèle géométrique de l’édifice en s’appuyant sur les mesures issues de la phase de relevé. Plusieurs techniques permettent une reconstruction automatique, semi-automatique ou manuelle des surfaces à partir des nuages de points. Ces techniques diffèrent en fonction des données d’entrée qu’elles peuvent traiter et du type de représentation géométrique qu’elles peuvent générer.

Acquisition informations spatiales

Cette phase du relevé peut utiliser des dispositifs d’acquisition directe (scanners laser 3D), qui restituent les points acquis sous forme de coordonnées dans l’espace 3D, ou des méthodes d’acquisition indirectes (photogrammétrie), qui se basent sur l’exploitation du support photographique pour extraire les coordonnées spatiales à l’aide de différentes techniques de restitution. « La photogrammétrie est la science ou la technique permettant d’obtenir des informations fiables sur l’espace naturel ou sur des objets physiques par l’enregistrement, la mesure et l’interprétation d’images photographiques …. » [AmericanSociety of Photogrammetry, 1980].  L’enregistrement photogrammétrique a utilisé pendant longtemps uniquement des chambres métriques et semi-métriques [Carbonnel M., 1968]. Aujourd’hui, des images numériques peuvent être acquises directement par une caméra à matrice DTC (en anglais CCD). Qu’elles soient employées en configuration mono ou stéréo, en photogrammétrie, les chambres appartiennent à trois catégories principales [Grussenmeyer P. et al., 2001] : chambres métriques, chambres semi-métriques, chambres à DTC. Le principe fondamental sur lequel la mesure à partir des photographies se base est la déduction des paramètres d’orientation externes et internes de l’appareil photo [Kraus K. et al., 1997]. L’orientation interne consiste à fixer la position du centre de projection par rapport au support de l’image (pellicule ou capteur DTC) et à chiffrer la distorsion d’image. L’orientation externe détermine la position et l’orientation de la caméra dans l’espace. On détermine six paramètres, trois pour la position et trois pour l’orientation dans l’espace (voir détaille en 6.1 et 6.2).

Restitution à partir d’un couple d’images. La restitution à partir d’un couple d’images utilise une configuration stéréo. En phase d’acquisition, les chambres (avec une orientation interne connue et étalonnée et une distorsion négligeable de l’objectif) sont presque parallèles entre elles. Dans les solutions de restitution numérique, l’observation stéréoscopique consiste en un système d’asservissement en temps réel qui agit sur l’un des clichées et qui prend en compte les paramètres d’orientation internes et externes des perspectives. Ce dispositif commande les déplacements en translation du deuxième cliché en fonction de la position observée sur le premier de façon à ce que les deux points observés soient toujours homologues. Ce mécanisme permet à l’opérateur de réaliser des représentations bidimensionnelles de façades, ou des modèles en trois dimensions