La très haute définition 3D

Depuis plusieurs années, des recherches ont été engagées afin d’améliorer les techniques de numérisation des œuvres en 3D.

Des enjeux multiples pour les musées

  • Les objets numérisés peuvent être mis en ligne dans le cadre de visites virtuelles, par exemple, et accroître les possibilités de valorisation des œuvres de diffusion des savoirs en histoire de l’art et dans les sciences du patrimoine. Des recherches se poursuivent pour faciliter la visualisation d’objets en trois dimensions en haute définition.
  • Les enjeux sont aussi importants en termes scientifiques pour les conservateurs et les professionnels du patrimoine, auxquels les bases de données d’objets numérisés en trois dimensions apportent de nouveaux outils. Ces numérisations permettent aux conservateurs et aux restaurateurs notamment d’observer l’objet dans ses détails en le manipulant virtuellement. En outre, le C2RMF développe des systèmes d’annotation pour permettre aux professionnels d’enrichir le contenu 3D par des informations de toute nature (texte, image, rapports d’analyse, archives sur l’œuvre, etc.).

Des interfaces plus intuitives

Dans sa recherche de simplification des interfaces existantes, le C2RMF travaille en collaboration avec les élèves ingénieurs de l'ECE pour réussir à rendre la 3D plus accessible aux spécialistes du patrimoine culturel. Ainsi, une interface multitouch a été développée pour le logiciel libre Meshlab, pour pouvoir étudier les modèles 3D haute définition de manière intuitive.


Utilisation du multitouch pour la 3D

Les techniques de numérisation 3D

  • La photogrammétrie consiste à prendre des photographies d’un objet pour créer un modèle 3D à partir de ces prises de vue. On distingue la photogrammétrie par silhouette de la photogrammétrie basée sur les ombres. Dans le premier cas, l’objet, placé sur une table tournante, est photographié à intervalles réguliers par une caméra fixe. Dans le second cas, l’objet est fixe, mais le photographe tourne autour de l’objet sans que l’éclairage ne soit modifié entre les prises de vue. Outre son prix, cette technique présente l’avantage de permettre la numérisation d’objets, quelle que soit leur taille, mais le degré de précision est moins bon qu’avec d’autres techniques (de l’ordre de quelques millimètres).
  • La triangulation laser repose sur l’utilisation d’une caméra spécifique, qui détermine l’emplacement du point d’impact du laser projeté sur l’objet. En connaissant l’emplacement de la caméra, on cherche le point d’impact du faisceau sur l’objet pour en déduire sa forme. La précision de la numérisation est alors beaucoup plus grande (de 50 micromètres à 0,2 millimètres). Ce type d’acquisition est cependant limité par la taille de l’objet.
  • L’acquisition par laser dite « time-of-flight » nécessite l’utilisation d’un laser beaucoup plus puissant que pour la triangulation. Il est alors possible de déterminer la forme de l’objet à partir de la mesure du temps mis par le laser pour atteindre l’objet sur lequel il a été projeté. Cette méthode permet de numériser en trois dimensions des objets de grande – voire très grande – taille. Le prix est cependant beaucoup plus élevé et la précision dépend de la distance entre à laquelle est placé l’objet.

De manière générale, la recherche en imagerie numérique 3D se heurte à un certain nombre de difficultés. Sa qualité dépend d’abord de la finesse et de la composition des matériaux de l’objet (la numérisation est rendue beaucoup plus aléatoire dans le cas de matériaux réfléchissants). Elle peut aussi dépendre de la couleur de l’objet, dans la mesure où le laser détecte mal le noir pur, par exemple. Enfin, au-delà de la numérisation de l’objet, la création d’un modèle 3D suppose tout un travail de reconstruction des objets, rendu complexe par le traitement des couleurs notamment.

La haute définition 3D

La définition de l’image est déterminée par le nombre de points captés par cm². Elle se conjugue à la précision, qui dépend des caméras et de la distance à laquelle l’objet est numérisé. Ainsi, la caméra utilisée au C2RMF pour les acquisitions par triangulation a deux modes de fonctionnement. La définition de l’image varie en fonction de chacun :

  • En mode macro, la résolution est maximale de 6800 points par cm². La caméra est alors disposée à une distance variant de 12 à 22 cm de l’objet (tout ce qui est en-deçà ou au-delà de cette distance n’apparaît pas dans le modèle 3D), et la précision est d’un quart de millimètre.
  • En mode « wide », la caméra permet de numériser des surfaces plus importantes. L’acquisition se fait alors entre 35 et 55 cm de l’objet, mais la résolution est divisée par dix et la précision est d’un demi-millimètre.

Visualisation des données 3D

Les vases du style de la chèvre sauvage

Entre février et juillet 2010, soixante vases grecs de la période archaïque – des oenochoé, principalement – au style dit « de la chèvre sauvage » auront été numérisés en trois dimensions au C2RMF. Ils proviennent des salles d’exposition et des réserves du Musée du Louvre (département des Antiquités grecques, étrusques et romaines). Pour la conservatrice en charge de ces collections, il s’agissait de faire connaître ces vases, marqués par le renouvellement des techniques, des sujets et des formes (l’importance du décor animal en particulier) dans le monde grec de la fin du VIIe s. et du début du VIe s.

La méthode de numérisation choisie a été la triangulation laser, qui offre un rendu optimal et un grand degré de précision. Cette opération s’est inscrite dans le cadre du projet 3D-COFORM : il s’agissait de développer des outils informatiques permettant de rendre la 3D utile aux conservateurs. Les fonctionnalités les plus attendues par les spécialistes de ces collections sont les outils de comparaison ou de volume et les outils de reconnaissance des motifs. Ce projet permet en outre de réfléchir à la visualisation des modèles 3D sur internet.

D’autres projets doivent être menés prochainement dans le cadre de 3D-COFORM. La numérisation de deux bustes de Filippo Strozi (dont l’un est conservé par les musées de Berlin et l’autre au Louvre) devrait par exemple permettre de comparer les volumes des deux sculptures représentant le banquier florentin.