Qu’est-ce que la photogrammétrie ?

S’il est une activité, dans le petit univers de la 3D, qui reste encore peu accessible, c’est celle du scan 3D. Un bon scanner coûte en effet une petite fortune. Les différents types de scanners sont du coup inaccessibles au commun des mortels, en dépit d’une multitude de techniques employées. Mais il existe une méthode pour reproduire en 3D des objets réels accessible à tous : la photogrammétrie.

Qu’est-ce que la photogrammétrie ?

La photogrammétrie est un principe qui se base sur la vision humaine appelée stéréoscopie. Lorsque nous regardons un objet, notre oeil gauche et notre oeil droit offrent à notre cerveau deux points de vue différents. Le cerveau va alors analyser les différences et les points communs des deux images, leur orientation (parallaxe) et va ensuite déduire les informations de profondeur.

Ainsi, nous reconstituons dans notre cerveau une modélisation tridimensionnelle du monde qui nous entoure.

By Iste ridiculum vitam est [CC BY-SA 4.0 ], from Wikimedia Commons
Un minimum de deux images est indispensable pour interpréter correctement la profondeur. Vous remarquerez qu’en fermant un oeil, même si le cerveau réussit à analyser la profondeur, cette information est moins précise que lorsqu’on a les deux yeux ouverts.

La stéréoscopie a été reproduite artificiellement assez tôt, au XIXe siècle, et consistait à observer à l’aide d’un appareil dédié, le stéréoscope, deux images en 2D dont l’angle de vue variait très peu, afin d’avoir une impression de relief. Encore aujourd’hui, cette technologie est employée au cinéma.

By User Davepape on en.wikipedia (Photo by Davepape) [Public domain], via Wikimedia Commons
La photogrammétrie emploie donc ce principe afin de mesurer avec précision un objet ou un relief dans les trois dimensions. Cette technologie est couramment utilisée en cartographie, car très adaptée aux prises de vues aériennes. Mais elle l’est aussi de plus en plus pour reproduire en 3D des objets ou des bâtiments dans des logiciels dédiés, qui permettront ensuite d’exporter les résultats pour une utilisation dans d’autres logiciels ou encore pour reproduction sur une imprimante 3D.

Comment ça marche ?

Concrètement, il s’agit de prendre un maximum de photos d’un objet, sous tous ses angles, en décrivant un chemin cohérent pour toutes les photos. Il est ainsi nécessaire que les différentes photos aient des zones communes d’une photo à l’autre, afin que le logiciel interprète ces points communs et les place dans une représentation 3D. Plus les photos ont des zones communes, plus la modélisation résultante sera précise.

Début de la procédure de scan

Le logiciel va générer un nuage de points plus ou moins dense, qui sera ensuite utilisé pour créer un maillage. Plus le nuage possède de points, plus le modèle sera détaillé. Ce paramètre est réglable dans la plupart des logiciels, mais sera également directement dépendant de la qualité de l’appareil photo utilisé.

Restrictions et conseils

Certains facteurs pourront altérer la qualité du modèle obtenu :

  • un nombre insuffisant de photos provoquera des trous dans le maillage, qu’il faudra reboucher manuellement dans un logiciel de modélisation.
  • Les surfaces réfléchissantes posent problème pour le calcul de la profondeur. Il en va de même pour les surfaces transparentes. L’usage d’un filtre polarisant pour l’objectif est recommandé afin d’atténuer les reflets.
  • la qualité de l’éclairage environnant est primordiale. Une série de photos bruitées donnera de mauvais résultats.
  • L’usage d’un fond uni pour le scan d’objets de petite dimension pourra faciliter le travail au logiciel.
  • Toujours pour les petits objets, un plateau rotatif et un trépied pour l’appareil photo donneront de meilleurs résultats.

En pratique

Matériel nécessaire

  • un appareil photo
  • un objet à scanner
  • un logiciel de traitement (3DF Zephyr est gratuit, c’est celui que j’utilise ici)
  • un plateau tournant (optionnel)
  • un trépied (optionnel)

Mode opératoire

Commencez par prendre une première photo de votre objet. Évitez de le prendre de trop près afin d’éviter toute distorsion, et fermez le diaphragme au maximum afin d’éviter le flou de profondeur de champ qui risque de perturber le logiciel. Répétez l’opération autant de fois que nécessaire en vous déplaçant à chaque fois de quelques centimètres. Variez aussi les hauteurs de prises de vues : un premier cercle autour de l’objet à sa hauteur, un second cercle un peu plus haut, etc. Vous devez former un dôme autour de l’objet.

3DF Zephyr Free vous permet de traiter jusqu’à 50 images à la fois, ce qui est largement suffisant pour la plupart des utilisations. Vous pourrez aussi faire une vidéo de 50 secondes maximum (de préférence en 4K si vous en avez la possibilité) et envoyer cette vidéo à 3DF Zephyr, en lui indiquant de ne traiter qu’une image par seconde (soit 50 images au total).

Envoyez ensuite les images au logiciel sans aucun post-traitement (pas de recadrage ou de correction de quel type que ce soit). Le logiciel va créer un nuage de points. Générez ensuite le maillage (mesh) puis exportez-le dans votre logiciel de 3D favori. Vous pourrez également passer par une conversion au format STL pour l’envoyer au trancheur de votre imprimante 3D. Notez qu’une machine suffisamment puissante sera nécessaire, la génération de maillage 3D demandant beaucoup de ressources, notamment au niveau de la carte graphique. Un ordinateur portable d’entrée de gamme n’est pas indiqué pour ce type d’opération.

Le scan terminé

 

Vue de dos

Pour aller plus loin

Page wikipédia sur la photogrammétrie

Page wikipédia sur la stéréoscopie

3DF Zephyr free