Texte en relation avec l'enregistrement n° 1

Introduction à l’environnement 3D en archéologie

Cette première partie de la séance constitue l’introduction théorique et méthodologique indispensable avant toute sorte d'opération pratique. Elle vise à vous donner les bases conceptuelles nécessaires pour comprendre ce qu’est un environnement 3D en archéologie, et surtout ce qu’il n’est pas.

Il ne s’agit pas de produire des images spectaculaires, mais de comprendre comment un objet ou un site peut être retranscrit en données géométriques exploitables.

1. L’archéométrie : une discipline d’interface

L’archéométrie est une discipline qui mobilise des méthodes issues des sciences physiques et chimiques pour analyser les vestiges archéologiques. Elle constitue un espace d’interface entre :

• la mesure de l’espace
• la mesure du temps
• l’analyse des matériaux
• l’étude du vivant

L’archéologie est, par nature, une science spatiale. Elle s’appuie sur la position, la stratification, la relation entre objets et structures. Sans spatialisation rigoureuse, il n’y a pas d’interprétation solide. Cependant, toute production de données implique :

• une méthode clairement définie
• une explicitation des limites
• une conscience des biais

Un modèle 3D n’est pas neutre. Il est le résultat d’un protocole technique et d’une interprétation.

2. De la 2D à la 3D : changement de paradigme

L’archéologie traditionnelle repose essentiellement sur des représentations bidimensionnelles :

• plans
• coupes
• profils
• relevés

Ces documents ne restituent pas directement la profondeur volumétrique. Ils impliquent une traduction mentale du volume.

La modélisation 3D permet d’intégrer :

• la volumétrie
• la profondeur
• les relations spatiales complètes

Mais une dimension supplémentaire est fondamentale : le temps. Sans dimension temporelle (stratigraphie, séquences, matrice de Harris), un modèle 3D reste une simple surface figée.

La 3D n’annule donc pas la nécessité de l’analyse stratigraphique ; elle la complète.

3. Les techniques de numérisation 3D

3.1 La photogrammétrie

La photogrammétrie consiste à prendre un grand nombre de photographies d’un objet sous différents angles afin de reconstituer sa géométrie numérique.

Principe :

• détection de points homologues
• calcul de la position des caméras
• génération d’un nuage de points
• construction d’un maillage
• projection de la texture

Cette méthode nécessite :

• un recouvrement suffisant des images
• une gestion des zones difficiles d’accès
• une référence métrique pour l’échelle

3.2 Le scanner laser

Le scanning laser repose sur la mesure directe des distances par impulsions lumineuses. Il est plus coûteux mais peut être plus précis pour certains relevés architecturaux.

3.3 La modélisation géométrique

Contrairement à la photogrammétrie, la modélisation géométrique ne reconstruit pas un objet à partir de photographies : elle construit un volume à partir de primitives géométriques.

Logiciels utilisés en séance :

• GeoGebra (modélisation géométrique pédagogique)
• SketchUp (modélisation architecturale intuitive)

4. Fondamentaux géométriques : comprendre le maillage

Tout modèle 3D repose sur une structure fondamentale :

• sommets
• arêtes
• faces

Les surfaces sont composées de polygones, le plus souvent triangulaires. Cette structure filaire (wireframe) constitue la base mathématique du modèle.

La texture (couleur, image projetée) est secondaire : elle habille une structure géométrique.

Les logiciels travaillent d’abord sur le maillage. L’éclairage, la couleur et les effets visuels dépendent de cette géométrie.

5. Opérations fondamentales de modélisation

5.1 L’extrusion

Principe : transformer une surface plane en volume.

Exemples :

• un rectangle extrudé devient un parallélépipède
• un cercle extrudé devient un cylindre

L’extrusion est une opération commune à SketchUp, Blender et à la plupart des logiciels 3D.

5.2 La révolution

Principe : faire tourner une forme autour d’un axe.

Exemples :

• un triangle rectangle tourné autour d’un axe génère un cône
• un demi-cercle tourné génère une sphère

Ces opérations simples suffisent à comprendre la logique volumétrique.

6. Exercices fondamentaux

Les formes étudiées :

• cube
• cylindre
• cône
• sphère

Ces volumes permettent d’intégrer :

• la notion de face
• la notion d’arête
• la notion de sommet
• la logique des polygones

La maîtrise de ces formes conditionne la compréhension des modèles archéologiques complexes.

7. Exemples concrets de numérisation

Des modèles issus de projets étudiants ont été présentés :

• figurines en terre cuite
• tessons céramiques
• vase antique numérisé à partir de 1 112 photographies

L’analyse en mode wireframe a permis d’identifier des détails invisibles à l’œil nu, notamment des traces de peinture blanchâtre sur une surface sur-peinte.

Les outils de visionneuse 3D permettent :

• la rotation libre
• la mesure
• la modification de l’éclairage
• l’affichage du maillage
• le partage en ligne

Des plateformes comme Sketchfab permettent la diffusion pédagogique et scientifique des modèles.

Texte en relation avec l'enregistrement n° 2

De la numérisation par photogrammétrie à la modélisation 3D avec Agisoft Metashape

La deuxième partie de la séance était consacrée à un objectif précis : comprendre l’ensemble de la chaîne opératoire qui mène de la prise de vue photographique d’un objet archéologique à la production d’un modèle 3D exploitable scientifiquement.

Il ne s’agissait pas simplement d’une démonstration technique, mais d’une réflexion sur les usages scientifiques des modèles numériques dans le cadre de l’archéologie et de la conservation des données.

1. Le Conservatoire national des données (CND)

La séance a débuté par la présentation du Conservatoire national des données (CND), une plateforme dédiée à la conservation, au stockage et à la diffusion d’objets culturels numérisés.

L’Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne y a contribué par la numérisation d’objets issus des collections de l’UFR, notamment grâce au travail mené par le pôle Image et Technologies numériques et par des étudiants impliqués dans le projet.

Le CND a une triple vocation :

• conserver durablement les données numériques produites ;

• permettre leur consultation et leur manipulation ;

• rendre ces modèles accessibles à des fins scientifiques et pédagogiques.

Les objets présentés illustrent que la numérisation n’est pas une simple reproduction visuelle : elle ouvre des possibilités d’analyse, de mesure et d’exploration qui dépassent l’objet physique.

2. Correction de perspective et dessin archéologique

Un outil spécifique a été présenté pour corriger la déformation perspective dans le dessin d’objets archéologiques, notamment les vases céramiques.

Cet outil permet :

• de rectifier les déformations optiques ;

• d’obtenir des coordonnées métriques précises ;

• de réaliser des mesures fiables directement sur le modèle ;

• d’effacer la texture ou le décor afin de travailler uniquement sur la géométrie.

Cette dernière fonctionnalité est essentielle : elle permet de dissocier la surface décorée de la structure morphologique de l’objet.

Il ne s’agit pas d’un effet visuel, mais d’un choix méthodologique. Supprimer le décor permet d’interroger la topographie, les volumes et les proportions indépendamment des éléments iconographiques.

3. Exploration topographique et éclairage en temps réel

La possibilité d’activer ou de désactiver la texture en éclairage dynamique permet d’examiner :

• les irrégularités de surface ;

• les reliefs ;

• les transitions volumétriques ;

• les défauts de fabrication.

L’éclairage en temps réel constitue un outil analytique. Il permet de simuler différentes conditions lumineuses et d’accentuer certains détails invisibles à l’œil nu en situation d’exposition classique.

Cependant, ces outils ont des limites :

• la qualité dépend de la résolution des images initiales ;

• un zoom excessif révèle les limites de la densité du modèle ;

• la lumière virtuelle ne compense pas un défaut d’acquisition.

4. La chaîne opératoire de la photogrammétrie

La seconde partie de la séance a porté sur la démonstration pratique avec Agisoft Metashape.

La photogrammétrie repose sur un principe simple : reconstruire un volume tridimensionnel à partir d’un ensemble de photographies prises sous différents angles.

Le flux de travail dans Metashape suit une séquence structurée :

1. Importation des photographies

   • Les images doivent être extraites d’un fichier compressé (ZIP).

   • Elles doivent être de bonne qualité et correctement exposées.

   • Des références métriques sont indispensables pour obtenir une échelle fiable.

2. Alignement des photos

   • Le logiciel identifie des points homologues entre les images.

   • Il calcule la position relative des caméras.

   • Cette étape produit un premier nuage de points clairsemé.

3. Création du nuage de points dense

   • Le calcul approfondi génère une densité beaucoup plus élevée.

   • Ce nuage constitue la base géométrique du modèle.

4. Construction du maillage (mesh)

   • Les points sont convertis en surface polygonale.

   • Le volume tridimensionnel devient structuré.

5. Application de la texture

   • Les informations colorimétriques des photographies sont projetées sur le maillage.

   • Le modèle acquiert son aspect réaliste.

Un exemple a montré les difficultés possibles : la présence d’un trou sous une statuette entraîne une lacune dans le modèle si la zone n’a pas été photographiée correctement. La qualité finale dépend directement de la qualité de l’acquisition.

5. Alternatives et diffusion des modèles

Deux solutions complémentaires ont été évoquées :

• RealityScan, solution gratuite simplifiée pour produire des modèles 3D.

• Sketchfab, plateforme en ligne permettant de partager et visualiser des modèles 3D sans installer de logiciel spécifique.

Des visionneuses 3D en ligne peuvent également être utilisées pour diffuser les modèles dans un cadre pédagogique ou scientifique.

6. Consignes de travail

Pour poursuivre le travail :

• Télécharger le dossier de travail via l’EPI.

• Extraire le fichier compressé.

• Installer la version d’essai (30 jours) de Metashape.

• Reproduire les étapes montrées en séance.

• Explorer le projet finalisé fourni dans le dossier.

• Tester RealityScan comme alternative.

7. Points méthodologiques essentiels

1. Un modèle 3D n’est pas une image améliorée : c’est une structure métrique exploitable.

2. La qualité du modèle dépend de la rigueur de l’acquisition.

3. Les outils numériques impliquent des choix intellectuels : afficher ou non la texture modifie la nature des questions posées.

4. La numérisation ne remplace pas l’objet : elle constitue un dispositif d’analyse complémentaire.

La photogrammétrie doit donc être comprise non comme une technique spectaculaire, mais comme un instrument scientifique au service de la documentation, de la mesure et de l’interprétation archéologique.