CIDE (2009) Charbonneau
Le recours à des environnements numériques pour documenter le patrimoine bâti : une approche basée sur la complémentarité entre photogrammétrie et objet paramétrique
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- Résumé
- Cet article expose une méthode qui a été développée afin de tirer profit de la complémentarité pouvant exister entre objet paramétriques et photogrammétrie, dans le cadre de projets de restitution architecturale. Nous explorons la possibilité d’élaborer la maquette numérique d’un artéfact par le biais d’un processus en trois étapes; i) d’abord sélectionner de façon interactive le type des composants, ii) ensuite, effectuer une mise à l’échelle automatique à partir d’un nuage de points de base densité et finalement iii) effectuer les retouches nécessaires pour adapter la topologie de l’objet virtuel au cas de figure observé. Pour ce faire, nous avons développé un environnement numérique faisant appel aux applications Maya 1 et Photomodeler 2 . Notre étude de cas porte sur les détails architecturaux composant les ouvertures dans les façades de bâtiments résidentiels. Nous retraçons la démarche de restitution à partir d’un exemple de fenêtre à guillotine dont la configuration est typique du patrimoine bâti montréalais.
- Abstract
- This paper describes the methodology of an ongoing research project concerned with the possibility of making use of parametrical objects and photogrammetric techniques within the framework of an architectural restitution project. We explore the possibilities of elaborating the 3D model of an artefact by means of a three steps procedure: i) select the components’ type in an iterative way, ii) put to scale the resulting model, automatically retrieving the relevant data from a points cloud and iii) retouching the model in order to adapt the object topology to the scenario under study. With this in view, we implement a digital environment making use of the following commercial software: Maya1 and Photomodeler2. Our case study deals with architectural details adorning openings in residential buildings. By way of example, we describe the restitution process of a sash window, typical of the Montreal built heritage.
Introduction
Le but d’un projet de restitution architecturale est habituellement de documenter un élément patrimonial et de présenter l’information tridimensionnelle de façon conviviale, afin de permettre l’extraction de données pertinentes par différentes catégories d’intervenants. Dans cette optique, le bâtiment (ou l’ensemble architectural) est modélisé afin de générer une maquette numérique. Dans le cadre du présent exposé, nous portons notre intérêt sur l’une des facettes du travail du modélisateur, soit la restitution des détails architecturaux. Pour documenter les éléments appartenant au patrimoine bâti, les technologies numériques offrent une vaste panoplie de solutions. Dans nombre de projets de restitution, on a recours aux outils de dessin de logiciels CAD pour élaborer la maquette numérique de bâtiments. Il est cependant notable que, lorsqu’il s’agit de modéliser certains éléments, tels que les détails architecturaux, développer un modèle géométrique distinct correspondant à chacun des cas de figure existant peut constituer un véritable ‘travail de moine’, dépendamment de l’ampleur du projet. Au cours des dernières années, plusieurs stratégies alternatives ont été développées par les chercheurs, pour pallier à ce problème. L’objet paramétrique est celle qui retient ici notre intérêt ; il s’agit d’une stratégie basée sur le concept de modules réutilisables. En effet, ce type d’approche permet de transformer la configuration d’un objet en modifiant de manière interactive les valeurs numériques associées aux paramètres. Dans le cadre de projets de restitution, les objets paramétriques, auxquels on a attribué les valeurs qui convenaient, sont ensuite insérés dans la maquette du bâtiment que l’on cherche à restituer. Une librairie d’objets interactifs peut contribuer à optimiser le travail du modélisateur, ce qui se traduit par un considérable gain de temps. Le lecteur trouvera un exemple de ce type d’approche sur le site GOP[1] qui présente les travaux menés par le CRAI [1].
Pour attribuer aux différents paramètres les valeurs qui conviennent, il faut nécessairement connaître les dimensions de l’objet réel. Or, arriver à connaître les dimensions d’un élément architectural peut poser problème selon l’accessibilité de cet objet. Dans le cas des ouvertures, il arrive qu’on doive effectuer toute une série de mesures fines sur des détails situés en hauteur. Par ailleurs, il arrive qu’on doive mesurer à maintes reprises des éléments semblables (linteaux, appui, petits bois, etc.) sur des ouvertures de même type ou de types similaires. Ces problèmes peuvent ralentir, voire entraver, le déroulement des travaux de restitution numérique. C’est pourquoi nous cherchons à proposer une méthode visant d’une part à augmenter ce que l’on pourrait appeler ‘l’accessibilité virtuelle’ de l’objet et, d’autre part, visant à systématiser la façon de consigner les caractéristiques de l’objet et d’effectuer les relevés. Un paramètre important dans la définition d’une méthodologie de relevé, et dans le choix d’une technologie, est le niveau de complexité de l’objet [2]. Notre étude de cas sur les ouvertures dans les bâtiments résidentiels nous amène à analyser des objets d’une géométrie relativement peu complexes, mais dont les différentes ‘instances’ sont déclinées avec de multiples variations. Le peu de complexité de ces objets découle du fait qu’un ensemble relativement restreint de primitives géométriques et de dimensions suffisent habituellement à en décrire la géométrie. Pour un type donné d’ouverture, ces dimensions forment un ensemble que l’on peut définir a priori (largeur et hauteur de l’ouverture, largeur et hauteur du linteau, etc.). Dans ce contexte, il est permis de présumer que le recours à l’objet paramétrique pour consigner les caractéristiques de l’objet, ainsi que l’utilisation de nuages de points pour extraire les données numériques nécessaires, pourrait optimiser la démarche du modélisateur. Nos travaux reposent sur la possibilité de combiner les avantages de ces deux méthodes, soit la flexibilité de l’objet paramétrique et la précision, en termes de dimensionnement, propre à l’application de techniques de photogrammétrie. Dans cette optique, nous avons développé un environnement numérique faisant tour à tour appel à deux applications, Maya [2] et Photomodeler [3], la première pour le développement d’algorithmes rendant possible l’élaboration d’objets paramétriques, la seconde pour permettre le recours aux techniques de photogrammétrie [4]. Au cours de l’exposé qui suit, nous retraçons la démarche qui nous a permis de combiner le potentiel de deux approches distinctes mais complémentaires. À partir d’un exemple concret (la génération de la maquette numérique d’une fenêtre), nous expliquons de quelles façons les données sont saisies, traitées et exploitées. Cette démarche, qui est présentée au cours des prochaines sections, se déroule en trois phases, soit la sélection des composants, la mise à l’échelle automatique et les modifications finales.
Première étape : la sélection des composants
Nous travaillons depuis plusieurs années à formaliser, par le biais d’algorithmes, la logique de composition d’artéfacts appartenant au patrimoine bâti [3]. En nous référant à une typologie donnée, l’expertise développée nous permet maintenant de décrire des ensembles de cas de figure sous forme de modèles fédérateurs. Ceux-ci ont pour mandat de permettre la génération (semi-automatique) de maquettes numériques représentant un maximum de cas de figure divers, mais inter-reliés au niveau formel. Ce type d’approche offre la possibilité de développer des objets paramétriques avec lesquels l’utilisateur interagira par le biais d’interfaces graphiques. Le mandat de cette interface est de permettre à l’utilisateur de sélectionner les différents composants (et type d’organisation) de l’artéfact et de transmettre ces informations au système qui, lui, génèrera le modèle 3D.
Références bibliographiques
[1] ↑ Chevrier, C. et Perrin, J.P. (2009). Generation of architectural parametric components, Proceedings of CAAD future 2009, Montréal, June 17-19, pp. 1005-118.
[2] ↑ Grussenmeyer, P. (2008). Photogrammétrie et lasergrammétrie pour la documentation du patrimoine culturel. In Patrimoine et Enjeux, p. 15-34. Paris : Europia Productions.
[3] ↑ Charbonneau, N., Boulerice D. et Booth, D. (2006). Understanding Gothic Rose Windows with Computer-Aided Technologies. Actes de la conférence eCAADe24, Volos, p.770-777.
[4] ↑ Gould, A. D. (2002). Complete maya programming. San Francisco: Morgan Kaufmann.[4] Gould, A. D. (2002). Complete maya programming. San Francisco: Morgan Kaufmann.
Notes
- ↑ GOP: http://anabar.crai.archi.fr/~chevrier/Gop/gop.html
- ↑ Maya: http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/index?id=7635018&siteID=123112
- ↑ Photomodeler : http://www.photomodeler.com
- ↑ Notons que pour être en mesure de travailler dans un tel environnement numérique, il est essentiel que l’utilisateur ait une connaissance pratique de ces deux logiciels.
