Des expériences de terrain et des réalisations concrètes ont été examinées afin de produire une classification des modes opératoires de restitution 3D pour le patrimoine. Des opérateurs (publics et privés) ont été interviewés pour collecter les matériaux nécessaire à la constitution d'un catalogue.

À côté des centres de recherche, différentes sociétés de services françaises ont été sollicitées afin de recueillir un éventail d'expériences techniques et de méthodologies concernant les domaines du relevé et de la modélisation 3D pour la production de films, de dispositifs muséographiques et/ou la mise en ligne de ressources sur Internet.

Ce catalogue prend en compte à la fois les outils déployés (scanners 3D, appareils photos numériques, etc.) et les techniques d'acquisition employées. Compte tenu de l'hétérogénéité des éléments à traiter et de leurs exploitations variées (analyse scientifique, documentation métrique, diffusion culturelle, etc.), l'examen des travaux s’est focalisé sur plusieurs critères : échelle, volumétrie (interne-externe), objectif de la restitution 3D, niveau de définition requis, format et structure de l'archive.

Laboratoires de recherche  :

1. 1. 1. •Archéovision (centre de recherche de l’Archéologie, l’Histoire de l’Antiquité et du Moyen-Age)
         

      2. •Université de Caen - équipe ERSAM - Plan de Rome (équipe chargée de l’étude du plan de Rome)
         

      3. •Laboratoire MAP (laboratoire Modèles et simulations pour l'Architecture, l'urbanisme et le Paysage)
         

2. 
   

Entreprises :

1. 1. 1. •ARCHITECTURES MULTIMEDIA (création multimédia et NTIC)
         

      2. •Aristéas (création en multimédia culturel)
         

      3. •Art Graphique & Patrimoine (photogrammétrie, lasergrammétrie)
         

      4. •Ateliers 7D Works (numérisation et reproduction de volumes sculptés)
         

      5. •Cabinet Guy Perazio (géomètres, topographie et imagerie 3D)
         

      6. •Dynamic 3D (conception de systèmes de mesures 3D, numérisation 3D)
         

      7. •IMA Solutions (tomographie, numérisation)
         

      8. •Lumiscaphe (développement d’outils 3D temps réel et rendu photo réaliste)
         

      9. •mgdesign (développement d’une technologie de visualisation 3D temps réel)
         

      10. •Nautilus (réalité virtuelle)
          

      11. •on-situ (création graphique, systèmes immersifs, réalité augmentée)
          

      12. •TPLM 3D (topographie, lasergrammétrie)
          

      13. •Véodis-3D (numérisation de fouilles archéologiques)
          

2. 
   

L'analyse des travaux de numérisation 3D d’artefacts patrimoniaux réalisés ces dernières années par des laboratoires de recherche comme par des prestataires privés, permet d'isoler un ensemble d’approches méthodologiques et de cadres applicatifs susceptibles de fournir une vision d’ensemble sur les approches et les modes opératoires actuelles. Les applications de la numérisation 3D pour l’étude et la valorisation du patrimoine portent sur des terrains et des thématiques très différents, mettant en œuvre des méthodes de travail et des technologies variées. 

Les applications typiques qui émergent d’une analyse des pratiques en voie de diffusion sont:

1. •la numérisation 3D de fouilles archéologiques, de grottes, d’édifices historiques, de collections d’objets d’art, de fossiles, etc. pour l’étude, la documentation, la conservation et la valorisation ;
   

2. •la reconstruction physique de répliques de sculptures et/ou d’objet à l’échelle 1:1 pour la restauration ou à des échelles réduites pour la muséographie.
   

3. •la reconstitution hypothétique d’édifices et/ou d’objets pour l’élaboration de supports d’interprétation et de présentation au grand public.
   

Sur le plan purement technologique, durant la génération de la représentation 3D d’un artefact, les besoins d’une précision géométrique détaillée, l’accès à tous les détails, les performances d’affichage en temps réel et le photoréalisme sont aujourd’hui des aspects fondamentaux. La plupart des projets de documentation d’objets culturels emploient une méthode et une seule, tandis qu’un petit nombre d’expériences utilisent une combinaison de techniques. Certaines approches combinent par exemple la lumière structurée et la stéréophotogrammétrie pour modéliser finement des objets sculptés, d’autres utilisent le balayage laser avec la modélisation et le rendu basé sur l’image pour associer aspects géométriques et visuels.

Mais, au delà de la simple application d’un procédé technique, qu’il soit simple ou intégré, d’autres dimensions d’ordre méthodologique jouent un rôle essentiel dans l’identification des objectifs de représentation qui conduisent les différentes analyses qu’il est possible de réaliser à partir de numérisations 3D. En effet, dans la plupart des cas, le type de représentation souhaité ou requis pour l’analyse, l’observation et la présentation de l’artefact véhicule les modalités de collecte de données et détermine leur traitement. Dans cette optique, quatre catégories d’approches principales peuvent être identifiées parmi les pratiques diffuses.

Approches visant à l’exactitude du modèle géométrique. Ces approches s’appuient généralement sur l’application d’une démarche standard de reconstruction 3D à partir d’un balayage laser 3D. Dans ces travaux, une attention particulière est donnée à l’évaluation de l’exactitude géométrique du modèle résultant de la phase de reconstruction. Toutes les informations, ou presque, acquises en phase de numérisation 3D sont exploitées pour la génération d’un modèle polyédrique décrivant la géométrie de l’objet de la façon la plus cohérente possible avec  les points saisis.

Approches se basant sur des exigences de description. Ce genre d’approches est caractérisé par une stratégie de numérisation 3D et de traitement conçues en cohérence avec un objectif d’analyse et de représentation. En général il s’agit d’acquérir un ensemble d’informations pertinentes pour la restitution des seules aspects pris en compte (dimensions, extraction des profils, analyse des déformations, analyse des altérations, etc.).

Approches visant à la restitution de l’apparence visuelle. Ces approches se concentrent principalement  sur la restitution de l’aspect visuel des surfaces qui composent l’objet patrimonial. Les procédés techniques adoptés associent des informations photographiques à une description géométrique sommaire des objets. Le niveau de description géométrique exploitée pour le rendu est très variable : il peut être représenté par les simples points d’un nuage, par un réseau approximatif de polygones, ou par des mailles polyédriques plus fines.

Approches visant à la restitution de plusieurs aspects à la fois. Ces approches sont basées sur l’utilisation complémentaire ou sur l’intégration de différents procédés techniques. Plusieurs méthodes d’acquisition sont exploitées pour la restitution des différents aspects qui participent à la représentation exhaustive de l’objet étudié. En phase d’acquisition, la saisie d’informations métriques et photographiques est prise en compte en fonction des différents niveaux de complexité géométrique que l’objet patrimonial présente et par rapport aux contraintes spécifiques de plusieurs besoins d’analyse.

Cas d’étude

Les 13 études de cas retenues et présentées ici portent sur des terrains et des thématiques très différents, mettant en oeuvre des méthodes de travail et des technologies variées, et répondant aux technologies innovantes les plus récentes.

Projets de recherche et developpement

Un certain nombre de projets de recherche et développement se sont focalisés sur la définition de solutions, de standards et d’approches pour la numérisation 3D du patrimoine.

3D-Coform. Le réseau d’excellence européen réunit différents laboratoires de recherche sur les problèmes de numérisation des œuvres en 3D. Ces recherches ont pour but de développer des méthodes d’acquisition fiables permettant une visualisation de ces œuvres en très haute définition. Il s’agit d’un des projets phares ICT (Information and communication technology) de la Commission européenne, au budget de 8 millions d’euros. Le projet vise à perfectionner les procédures de numérisation 3D, afin d’inclure l’image 3D dans la pratique courante de la gestion et de la valorisation des œuvres culturelles. Les recherches menées au cours de ce programme envisagent aussi le traitement du format des images et des métadonnées, afin de constituer des bases de données dans lesquelles de nouveaux critères de recherche pourraient être pris en compte. Financé par la Commission, le consortium réunit 19 partenaires (universités, centres de recherche, institutions culturelles) avec lesquels collaborent des musées comme le Louvre ou les Musées de Florence et de Berlin. Il s’agit de permettre la numérisation à grande échelle d’objets en trois dimensions et d’étendre la couverture numérique des collections à la 3D. A terme, ces ressources pourront être intégrées à des outils comme la bibliothèque numérique européenne.
http://www.3D-coform.eu

Europeana. Ce projet vise à la création d’un site Internet opérationnel qui constituera la bibliothèque numérique européenne, à partir de 2012. Il donnera accès, dans plusieurs langues, à plus de dix millions de documents en s’appuyant sur les développements du web sémantique. Le projet repose en outre sur l’utilisation d’applications en open source. Au-delà des recherches conduites pour faciliter l’utilisation de métadonnées de nature et de forme très diverses, il vise à développer des applications permettant aux institutions culturelles partenaires d’utiliser sur leurs propres sites Internet des données issues d’Europeana sous forme d’API d’interrogation et de manipulation. Ce réseau thématique s’inscrit dans le prolongement d’un programme de recherche financé par la Commission européenne sur les bibliothèques numériques dans la société de l’information (eContentplus programme). Il est basé sur un partage de connaissances et de compétences au sein d’un consortium qui réunit des universités, des centres de recherche et des institutions du patrimoine (musées, bibliothèques, centres d’archives).

http://www.europeana.eu

Terranumerica. Labellisé par le pôle de compétitivité Cap Digital dans le domaine du « patrimoine numérique », le projet Terra Numerica a bénéficié d’une aide dans le cadre du 1er appel à projets de R&D du fonds unique interministériel (FUI). Terra Numerica a pour objectif le développement des technologies nécessaires à la production et à l’exploitation visuelle de représentations en trois dimensions de territoires urbains de grandes dimensions. Il envisage notamment une représentation de grande résolution et développe des technologies associées à des services d’accès aux contenus géolocalisés, que ce soit pour l’internet ou les téléphones portables. L’ambition de Terra Numerica était d’apporter une réponse aux nouveaux enjeux économiques et environnementaux du développement et de la ville durable. Parmi les applications possibles, l’administration des collectivités urbaines, l’urbanisme et l’aménagement des territoires, la gestion des risques environnementaux mais également, les services pour l’immobilier, le tourisme et la valorisation du patrimoine.

Les travaux menés dans le cadre du projet se traduisent par :

1. •le développement de technologies de production et d’exploitation de bases de données 3D urbaines ;
   

2. •l’intégration de ces technologies dans une plate-forme de production qui permette la génération de quartiers complets ;
   

3. •le traitement de la diversité des sources d’acquisition des données, l’amélioration de la fidélité de la représentation, et enfin l’automatisation du processus de production ;
   

4. •le traitement de la diversité des cibles d’exploitation couvrant un spectre large allant de la réalité virtuelle, de la réalité augmentée, de la virtualité augmentée, des services en ligne et en situation de mobilité;
   

5. •l’intégration des technologies dans des plates-formes d’exploitation associées aux différentes cibles et environnements applicatifs;
   

6. •le prototypage d’applications et d’usages dans le but d’illustrer les applications potentielles de ces nouvelles technologies.
   

A l’heure actuelle, l’exploitation de ces représentations fait l’objet de plusieurs démonstrateurs illustrant différents usages et domaines applicatifs, tels que l’urbanisme, la gestion des risques environnementaux, la valorisation du patrimoine culturel, l’immobilier, le tourisme, la navigation, mais également l’art.

http://terranumerica.com

3D-Monuments. Le ministère de la Culture et de la Communication a proposé dès 2003, dans le cadre de son plan de numérisation du patrimoine culturel, le lancement d’un projet coordonné de numérisation en trois dimensions des grands monuments français : le programme 3D-monuments. Il en a confié la maîtrise d’œuvre au laboratoire MAP – Modèles et simulations pour l’Architecture, l’Urbanisme et le Paysage (Unité mixte de recherche du CNRS et du Ministère de la Culture et de la Communication). De nombreux outils et techniques (balayage laser, photo-modélisation) sont constamment expérimentées au sein de ce programme afin d’identifier les voies méthodologiques autorisant une meilleure maîtrise de la complexité des objets étudiés, complexité concernant à la fois leur morphologie, l’organisation et l’accès aux connaissances qui leur sont associées. Associant approche historique et emploi des maquettes numériques, les travaux menés dans le cadre de ce programme ont pour ambition de mettre en place pour chaque ensemble patrimonial étudié un système d’informations de référence et une maquette 3D, interface privilégiée de navigation dans les jeux de données.

www.map.archi.fr/3D-monuments