Introduction

La photogrammétrie est une méthode de documentation d'objets, d'architecture et de topographie notamment. Bien qu'elle soit présente depuis de nombreuses années, elle n'est devenue accessible au public que récemment avec l'apparition des appareils photo numériques et les ordinateurs personnels de plus en plus puissants. Cette méthode est un outil pour les archéologues permettant la diffusion numérique d'objets, l'analyse cartographique, la reconstruction numérique, pour l'enregistrement des aires de fouilles ou encore une analyse poussée (morphométrie, volumétrie) du sujet d'étude. Elle est aussi utilisée à des fins de sauvetage ou sauvegarde de matériel ancien et peut ultimement permettre la reconstruction en 3 dimensions d'un objet, créant ainsi une copie physique à l'aide d'une imprimante 3D. Cette méthode dépend et repose sur la qualité des clichés et les méthodes d'acquisition.

Bien que cette méthode paraisse particulièrement attrayante, elle doit être utilisée en lien avec plusieurs questions qu'il nécessaire de soulever. La première porte sur le pourquoi d'utiliser la photogrammétrie. Y a-t-il une question de recherche ou un enjeu sous-jacent à l'utilisation de la méthode. Le recours à la méthode est-il réellement nécessaire ? En effet, il est bon de considérer l'un des principaux désavantages : le poids des données. Pour réaliser un modèle numérique, il sera nécessaire de prendre (pour un petit objet) d'une soixantaine à près de 200 de photos pouvant représenter plusieurs gigaoctet de données. Outre cela, prenons en compte l'objet en lui-même et sa signification pour la personne l'ayant réalisé ou possédé. Cela mène donc à l'éthique du chercheur. Finalement, le problème de la diffusion au public. Il existe plusieurs plateformes de mises en ligne de modèles 3D, mais tout ne peut pas être partagé, particulièrement les objets sensibles ou possédant une grande signification pour la communauté d'où ils proviennent.

Méthodes

En soi, la photogrammétrie n'est pas une méthode à obligatoirement mettre en place et doit avant tout répondre à des questions de recherches scientifiques et non uniquement esthétiques. Il est d'ailleurs intéressant de noter que dans la chaîne des processus reliés au logiciel utilisés pour générer un modèle, rarement sont utilisées les étapes finales permettant de générer la texture.

Il n'existe pas qu'un seul protocole pour obtenir un modèle 3D. Le concept de base repose sur la qualité des photos et le chevauchement entre celles-ci (Bisson-Larrivée and LeMoine 2022). L'idée est de réaliser une série de photo « panoramique » que le logiciel traitera. Dans le cas d'une structure ou d'un objet, le but sera donc de tourner autour de celui-ci en prenant un cliché à chaque pose

Il y a 3 grandes catégories de photogrammétrie : l'objet, la structure et la topographie. Chacune implique une méthode différente mais repose sur les mêmes principes présentés précédemment à savoir le chevauchement et l'angle de la caméra. Pour résumer en quelques simples phrases : pour un objet, la caméra est fixe et l'objet bouge. Pour une structure, la caméra bouge et l'objet reste fixe. Pour la topographie, c'est la caméra qui bouge et le paysage reste fixe.

Idéalement, on souhaitera un chevauchement minimal de 50 % par photo. Ce chevauchement peut être calculé mathématiquement par l'équation :

Ici, on considère donc la distance de l'objet d'où sont prises les photos que l'on multiplie par la tangente du champ de vision (FOV) divisé par 2. Ce champ de vision dépend de la lentille utilisée que le manufacturier doit avoir calculé.

Certains considèrent, en laboratoire, que le chiffre magique pour un modèle est de 10 (10 photos pour 360 degrés de rotation, incrémentation de 36 degrés). D'autres choisiront 13 (30 degrés de rotation), ou 16 (22.5 degrés de rotation). Ce chiffre dépendra avant tout de l'objet, de sa morphologie et de sa taille, il est donc nécessaire d'adapter sa méthode à l'objet que l'on désire numériser (il en va de même pour les réglages d'appareil photo). Afin de donner un maximum d'information au logiciel de photogrammétrie pour qu'il puisse comprendre la morphologie de l'objet, il est souvent nécessaire de donner un ou deux angles à la caméra. Dans une étude expérimentale réalisée sur le terrain pour la topographie, l'opérateur a réalisé 3 vols en changeant l'angle de la caméra afin de trouver l'angle optimal permettant de capter le mieux les variations topographiques. De ces 3 angles, 45 °, 65 ° et 90 °1, seuls les deux derniers semblent bons, celui à 65 ° apportant plus de détails aux modèles en termes d'élévation. Considérant cela, il est nécessaire de garder à l'esprit que pour l'obtention d'un bon modèle il est nécessaire d'avoir un angle inférieur à 45 °. En laboratoire, la règle des angles s'applique aussi, mais est plus simple à gérer. Par exemple, une série de photo faisant face à l'objet, suivi d'une série de photo à un angle de 35 ° pris en plongée fonctionne, car dans ce cas-là c'est l'objet qui bouge de façon contrôlée. Une des méthodes utilisées dans le laboratoire consiste à prendre une série de photos avec une rotation de 30 ° avec un angle de 5 °, suivi d'une série de photos avec une rotation de 30 ° avec un angle à 35 °, l'objet restant dans la même position. Par la suite, l'objet peut être déplacé selon ses faces dépendant de sa morphologie. L'idée en arrière de ce processus est de former une sphère de photos permettant d'interconnecter les séries avec un chevauchement entre photos suffisant. Notons de plus qu'il est nécessaire, dans des clichés à visée scientifique, de conserver une échelle qui permet de donner une dimension à l'objet, mais aussi, dans le cas de la photogrammétrie, mettre le sujet à l'échelle.

Figure 6. Schéma de prise de vue

Figure 7. Schéma idéalisé de la prise de données d'une sépulture (vue de profil).

Figure 8. Schéma idéalisé de la prise de données d'une structure (vue en plan).