Représentation multi-échelle pour la documentation du patrimoine mégalithique orné

Note : ce billet a été réalisé à partir d’un poster présenté lors
des Folles journées de l’imagerie nantaise (7 février 2017).

En archéologie, les acquisitions tridimensionnelles sont devenues très courantes pour documenter les objets d’étude, et les architectures funéraires ornées du Néolithique armoricain n’échappent pas à cette règle. Les techniques d’acquisition peuvent s’appliquer à des échelles très diverses : de l’échelle kilométrique du paysage aux détails inframillimétriques d’une gravure, en passant par l’architecture. La diversité des capteurs (LIDAR, lasergrammétrie, photogrammétrie, lumière structurée) engendre une densité d’information jusqu’alors inégalée (résolution LIDAR de 30 cm, et pouvant aller jusqu’à 0,1 mm pour les parois ornées). Naturellement, ce gain d’information se traduit par une complexité de manipulation : en terme d’affichage, mais surtout au regard de la discrimination des données puisque l’obtention d’un duplicata virtuel n’est bien entendu pas suffisant. Il nous faut être en mesure d’exploiter tout ce que le modèle contient, à savoir les volumes et les textures – qu’il s’agisse des micro-reliefs ou des couleurs. Le choix de produire un maillage allégé et de maîtriser les coordonnées de texture autorise la conception d’un atlas permettant de cartographier tout ce qui est important de l’être. Les protocoles de traitement que nous avons mis en place sont donc à la croisée des domaines de la géomatique… et du jeu vidéo.

1. ENJEUX

Avant d’entrer dans le vif du sujet, il faut garder en tête que la 3D en archéologie est soumise à trois enjeux :

  • Comprendre l’objet, en le représentant mieux et en interrogeant ses volumes et ses états de surface ;
  • Conserver le vestige archéologique d’une part, mais aussi l’image produite en 3D à l’instant t pour les générations futures ;
  • Communiquer grâce à différents médias, sur différents écrans, pour différents publics.

Et bien entendu, ces enjeux sont légèrement contradictoires dans le sens où les données utilisées pour Comprendre sont généralement très lourdes, alors que la communication – quand elle repose sur l’interactivité – nécessite des données légères…

Dans notre cas, nous étudions les menhirs et dolmens ornés de gravures et nous intervenons donc du microrelief de la roche au paysage dans lequel l’architecture a été construite. Pour documenter cela, différents capteurs sont mobilisés. La densité d’information acquise présente un défi dans la manipulation et l’étude car on ne sait pas trop comment les traiter (en archéologie j’entends).

Exemple d’acquisition multi-échelle sur le tertre du Manio 2 (Carnac). De gauche à droite : acquisition du territoire (LIDAR — résolution décimétrique), acquisition de l’architecture (photogrammétrie par drone, résolution infra-centimétrique), et acquisition des gravures sur leur support (photogrammétrie terrestre, résolution infra-millimétrique)

Tout cela représente une masse de données considérables dont la finalité est pourtant celle d’être manipulée. Heureusement, nous ne sommes pas les premiers à nous frotter à ces questions…

2. INSPIRATIONS

A Boy and his kite est un court-métrage produit par Unreal Engine, un moteur de rendu 3D temps réel, afin de promouvoir le logiciel. Un grand territoire (près de 161 km²) modélisé et visualisable en temps réel sert de décor pour ce film.

 

Une autre source d’inspiration nous vient de l’étude des corps célestes, comme la comète 67P/TG. Si nous résumons l’opération, le satellite Rosetta et le robot Philae ont été envoyés vers un objet dont seule la trajectoire était connue. Pendant la phase d’approche et la mise en orbite, une grande quantité de clichés a été prise, ce qui a permis de construire un modèle 3D par photogrammétrie. Un planisphère a ensuite été créé en suivant les normes de représentation en vigueur en astronomie, c’est-à-dire une projection sphérique avec la ligne équatoriale parfaitement horizontale, et un méridien de référence comme l’illustre l’image ci-après :

Planisphère de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko. Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA. Source : http://sci.esa.int/rosetta/56344-mapping-comet-jets/

À partir de là, les observations ont été cartographiées et communiquées…

Dans les deux cas, des stratégies sont mises en place pour assurer les résultats. L’enjeu est d’adapter ces protocoles aux objectifs de la documentation archéologique.

3. TRAITEMENTS

Les données issues de lasergrammétrie, LIDAR, photogram-métrie ou encore lumière structurée produisent des maillages denses et triangulés, donc très lourds et difficilement manipulables. La retopologie permet d’alléger considérablement le modèle tout en conservant la volumétrie.

La dalle R3 de Mané er Groez (Carnac, Morbihan) issu de photogrammétrie. A gauche, le maillage dense texturé ; à droite, la texture appliquée sur le modèle (seule les parties bleutées sont mobilisées sur le modèle).

Ce modèle peut être aisément déplié de manière à obtenir une carte de la surface et ainsi définir un système de projection. Différentes options permettent de remplir l’espace de manière optimale, et de maîtriser les déformations (contractions, élongations, etc.) dues à l’aplanissement des reliefs.

Après retopologie, le modèle conserve sa volumétrie tout en étant isolé de son contexte pour faciliter son étude. Les données sont cette fois beaucoup plus légères à manipuler, et il es possible de maîtriser parfaitement le dépliage des UV (les coordonnées de la texture venant s’appliquer sur le modèle 3D).

La retopologie a pour effet de supprimer tous les détails : microreliefs contenus dans la géométrie et textures du modèle haute définition sont les aspects les plus évidents… Les opérations de transfert de texture (baking) permettent d’encoder de grandes quantités d’informations explorables ultérieurement, d’où l’importance de maîtriser le dépliage des UV.

La dalle R3 de Mané er Groez après transfert de la texture photoréaliste sur el modèle issu de la retopologie. A droite, la carte couleur produite lors du transfert illustre la continuité des surfaces et l’intérêt de maîtriser le dépliage des UV.

4. DÉCLINAISONS

De nombreuses cartes peuvent être générées lors du transfert, chacune affectant d’une manière spécifique le rendu en temps réel de l’objet. Néanmoins, les plus courantes sont les cartes couleur (diffuse maps), les cartes des micro-reliefs (normal maps) et les cartes d’occlusion ambiante (ambient occlusion maps). Parmi celles-ci, deux sont particulièrement intéressantes car elles peuvent être déclinées, réinterrogées ultérieurement pour caractériser les surfaces.

La carte couleur peut être explorée à l’aide de l’extension DStretch du logiciel ImageJ. Des phénomènes invisibles à visible à l’œil nu le deviennent après décorrélation d’image :

Déclinaison de la carte couleur de la dalle R3 de Mané er Groez à l’aide de l’extension DStretch d’ImageJ.

La carte des micro-reliefs peut être ré-éclairée virtuellement pour faire apparaître les tracés gravés. Cette carte permet de simuler visuellement des micro-reliefs en encodant les variations d’orientation de surface x, y et z en rouge, vert et bleu. La géométrie n’est pas modifiée, c’est seulement un artifice graphique.

Déclinaison de la carte des micro-reliefs, faisant apparaître sous certaines incidences des tracés gravés

C’est deux cartes permettent de faire des phénomènes difficilement accessibles pour qualifier les surfaces archéologiques. Ce sont des aides précieuses qui permettent de cartographier une grande quantité d’information — qu’il conviendra de structurer à travers une base de données pour permettre de futures exploitations.

5. CONCLUSION

Le protocole mis en place permet à la fois de produire des représentations 3D utiles à la documentation archéologique et à sa diffusion à travers une interface en temps réel. Les quelques exemples de déclinaison sur un bloc orné montrent tout le potentiel de la procédure : c’est le point de départ pour cartographier tout ce qu’on veut. L’intérêt réside également dans sa capacité à s’adapter à toutes les échelles ; il faut simplement construire la base de données correspondante au corpus étudié.

Bibliographie :

Grimaud V. 2015. Réexplorer et valoriser les architectures funéraires néolithiques de l’Ouest de la France, étude du cairn de Gavrinis (Larmor-Baden, Morbihan), thèse de doctorat dirigée par S. Cassen et L. Lescop, Université de Nantes.

Grimaud V., Cassen S., Rodriguez-Rellan C., 2016. De l’usage de la représentation tridimensionnelle pour documenter les architectures funéraires monumentales ornées du Néolithique de l’ouest de la France. Les Nouvelles de l’archéologie, n° 146, Décembre 2016, pp. 23-27.

 


Valentin Grimaud

Architecte-archéologue, ingénieur d'étude contractuel au LARA, Université de Nantes

Vous aimerez aussi...

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *