La modélisation 3D par photogrammétrie

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En 1849, Aimé Laussedat, un officier de l’armée française, réalise pour la première fois la photogrammétrie sur la façade de l’Hôtel des Invalides. Il utilise les photos des paysages pour observer et pour mesurer le terrain. Outre cet officier considéré comme père de la photogrammétrie, Félix Tournachon, aéronaute et photographe français, est également un personnage clé de ce domaine. Dans les années 1860, il monte en ballon en vue de photographier plusieurs villes, dont Paris. Tournachon a déjà saisi l’intérêt de la photographie aérienne dans les domaines civils et militaires.

La France est donc le berceau de la photogrammétrie qui s’est développée et étendue en Allemagne. Avec l’essor de l’aviation, la photographie aérienne prend son envol durant la période de l’entre-deux-guerres. La photogrammétrie est ensuite utilisée pour établir des cartes de pays entiers. L’imagerie spatiale à haute résolution donne encore une nouvelle dimension à ce domaine. Actuellement, divers moyens et appareils comme les drones servent à la photogrammétrie.

Principe de la photogrammétrie

La photogrammétrie est une technique destinée à recréer la forme d’un objet à partir des photos prises sous plusieurs angles. Le modèle 3D obtenu représente une copie exacte de l’original. Plusieurs secteurs font recours à cette méthode se servant des photographies.

La technique de la photogrammétrie s’inspire en partie du regard humain qui voit en relief, car deux yeux fonctionnent. En observant un objet à partir de différents points de vue, mais de manière simultanée, une appréciation tridimensionnelle de la surface considérée est possible. Ce principe nommé stéréoscopie joue un rôle considérable dans la photogrammétrie. Plus les points de vue se multiplient, meilleur sera le résultat. Les clichés obtenus passent par la suite sous traitement. Le logiciel utilisé compare les photos afin d’identifier la position des points homologues. Il conçoit un modèle 3D en alignant ces points avec la position initiale des appareils utilisés lors de la prise de vue. La version non-texturée du modèle est issue de ce stade. Afin de finaliser la modélisation, l’outil applique une peau sur l’objet à partir des images originales.

Les différentes étapes de modélisation 3D par photogrammétrie

Pour obtenir un modèle 3D par photogrammétrie, l’équipe passe par quelques étapes incontournables.

• Le géoréférencement

La photogrammétrie exige la clarification des coordonnées géographiques relatives au terrain d’intervention. Cette étape consiste à appliquer un emplacement spatial à une entité cartographique. Pour modéliser par exemple un bâtiment, il faut effectuer un relevé topographique de quelques points. Une canne GNSS ou GPS topographique associée à un réseau révèle les coordonnées des points au centimètre près.

• Les prises de vue

Le drone ou les autres appareils utilisés pour les prises de vue captent des images en grande quantité sous différents angles. Pour ce faire, ils adoptent un plan de vol automatique. La captation vise un taux de recouvrement de 60 à 90 %. Ainsi, le logiciel de traitement utilisé pourrait déterminer les points communs entre les images afin de concevoir le modèle 3D.

• Le post traitement

Cette étape se répartit en quelques tâches. D’abord, pour établir la base du modèle, les cibles géoréférencées sont intégrées dans le logiciel et forment le nuage de points. Ce dernier peut être densifié et sert à générer le maillage de base pour le modèle. La dernière partie du post traitement correspond à l’ajout des orthophotos, des modèles numériques de terrain (MNT) ou des modèles numériques de surface (MNS). Elle apporte donc du relief aux images traitées.

• Le rendu obtenu

Les images de courbes de niveau extraites se présentent sous format .pdf, .shp ou .dxf. Elles peuvent être utilisées pour de nombreuses finalités comme le plan de rénovation du bâtiment.

Quels sont les domaines d’application ?

La topographie, le bâtiment et l’architecture, la cartographie, la géologie et divers autres domaines bénéficient de cette technique.

La photogrammétrie terrestre concerne divers types de relevés à prises de vues sur terre. Elle s’applique par exemple à la métrologie de pièces industrielles et aux travaux d’architecture. Pour couvrir les territoires plus étendus, il faut passer à la photogrammétrie aérienne. Cette technique se sert de caméras embarquées dans des avions, des drones ou des images spatiales des satellites. La photogrammétrie subaquatique, quant à elle, s’applique en milieu subaquatique ou sous-marin. Elle convient en milieux difficiles étant donné la simplicité de la technique et la légèreté du matériel.

Des logiciels de photogrammétrie

Plusieurs types de logiciels s’offrent à la disposition des professionnels de photogrammétrie. Reality Capture, Autodesk Remake, Agisoft Metashape… figurent parmi les plus connus.

• Reality Capture

Ce logiciel se distingue par sa rapidité de traitement et la qualité des livrables. Il propose des outils performants, qui nécessitent en conséquence un ordinateur approprié. Le PC d’installation doit être au moins équipé de mémoire vive en grande quantité, de disques durs à forte capacité et de carte graphique performante. Reality Capture permet de combiner la photogrammétrie avec la lasergrammétrie. Dans ce cas, le modèle 3D prend forme avec les nuages de points du scanner laser 3D.

• Autodesk Remake

Ce logiciel propose divers outils pertinents, tels que le remodelage, le géoréférencement et la mise à l’échelle. Il permet une décimation qui consiste à alléger les modèles lourds en diminuant le nombre de faces. Autodesk Remake se distingue par sa capacité à calculer les points en mode Cloud. La procédure de traitement ne se réalise donc pas sur le PC de l’usager. Une fois arrivées sur les serveurs du logiciel, les photos passent par toutes les étapes avant d’être disponibles en téléchargement. Grâce à la possibilité d’export dans différents formats, les livrables conviennent aux logiciels de BIM.

• Agisoft Metashape

Ce logiciel anciennement connu sous l’appellation Photoscan rivalise bien Reality Capture, malgré son temps de traitement plus long et sa précision moindre. Il est optimisé pour les systèmes multi-GPU et les processeurs multi-cœurs. Une option de traitement en Cloud ajoute de la valeur à Agisoft Metashape 1.5.

Des limites liées à la photogrammétrie

Comme cette technique repose sur l’image, elle tient largement compte de l’apparence des objets. Toutefois, les surfaces photographiées adoptent une apparence variable, tel un miroir selon les angles de vue.

La photogrammétrie présente également des limites en cas de scènes en mouvement. À titre de rappel, elle détecte des points identiques avec divers angles de vue capturés à des instants différents. Sur une rue, les objets en mouvement conduisent à un modèle de faible qualité. 

Publié le : 20 Avr 2021

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