Projet de plateforme de modèles 3D

L’ÉQUIPE DE RECHERCHE ET SON PROJET

• Porteur du projet

Catherine Duvette, Architecte-archéologue, ingénieur d'étude en archéologie, CNRS, UMR7044 Archimède.

• Membres de l'équipe de recherche et/ou projet

Catherine Duvette,

Jean-Philippe Droux, géographe-cartographe, ingénieur d'étude en archéologie, CNRS, UMR7044 Archimède.

• Projet de recherche

Mme Duvette recueille des données lors de missions de terrains (Egypte, Proche-Orient, Serbie) et analyse les formes architecturales et urbaines ainsi que l'espace social considérés sur le temps long 1 http://archimede.unistra.fr/membres/membres-titulaires/catherine-duvette/ . Dans le cadre du Service d'ANalyse des formes ARCHItecturales et Spatiales (AnArchiS) dont elle est co-responsable avec M. Droux, elle apporte son appui à des « programmes de recherche pour lesquels l’analyse du bâti et des paysages constitue un outil de connaissance privilégié des sociétés anciennes ».

Le service AnArchis utilise les technologies numériques comme la reconstruction 3D pour doter les programmes de recherche en archéologie d'outils de représentation architecturale et spatiale, afin de développer la connaissance des mondes anciens.

• Objectifs du projet

Le projet de Mme Duvette a trois objectifs :

« 1. à court terme : La création d'une plateforme de sauvegarde scientifique de modèles 3D et RTI produits dans le cadre de travaux de recherche en archéologie, histoire de l’art et géosciences (type AudioVideoCast mais pour la 3D).

2. à moyen terme : La création de corpus partagés (publiés, téléchargeables ou verrouillés, gratuits ou payants).

3. à long terme : La création d'un instrument de recherche évolutif (développement de banques de données formelles par type d'objets).2 Extrait d'un courriel de Catherine Duvette »

Mme Duvette indique que « si de nombreux formats de données numériques font déjà l’objet d’un suivi, les modèles 3D produits lors de phases d’acquisition de données de terrain (photogrammétrie numérique d’objets et d’espaces) et lors de phases de reconstruction en 3D et d’étude de conception assistée par ordinateur (CAO) en archéologie et en histoire de l’art ne sont pas pour l’instant éligibles. Un archivage de ces données est certes possible via le dispositif mis en place par Huma-Num, mais la pérennité de ces formats n’est pas assurée et les modèles ne sont pas encore visualisables sur une plateforme dédiée.2 »

Actuellement, Mme Duvette utilise Sketchfab pour publier quelques exemples de modèles 3D texturés. Cette plateforme privée généraliste est performante et simple d'utilisation. Elle fonctionne sur le principe du freemium. Le portfolio individuel est gratuit et les modèles mis en ligne (dans la limite de 50 mo par modèle) sont téléchargeables à la discrétion du déposant. L'offre de services s'étoffe dès lors que l'on paie un abonnement « pro » mensuel. La pérennité du site n'est pourtant pas assurée et Sketchfab se réserve le droit de disposer comme bon lui semble des modèles 3D mis en ligne par les utilisateurs.

L'incertitude concernant la viabilité de cette plateforme, combinée au manque de contrôle sur les fichiers incitent à la création d'une plateforme institutionnelle de visualisation de modèles 3D et de référencement labellisée (Unistra/CNRS/HAL/Humanum/Nakala/etc.).

« En reprenant les grandes lignes du modèle Huma-Num, il s’agirait donc de mettre en place sur le domaine unistra.fr un ensemble de services susceptibles de permettre le stockage, le traitement, l'exposition, le signalement, la diffusion et la conservation sur le long terme de modèles numérique 3D dans un cadre institutionnel sécurisé et pérenne.2 »

Plusieurs projets de recherche pourraient s'appuyer sur la future plateforme institutionnelle pour documenter et valoriser leur patrimoine archéologique.

Le premier sera le projet de valorisation des statuettes jordaniennes porté par Mme Hunziker, avec l'ajout à la plateforme d'un module de visualisation des fichiers RTI.

Le deuxième projet, peut-être en collaboration avec l’École française d'Athènes (le dossier est en cours d'examen), serait une plateforme de type wiki détaillant les caractéristiques de 450 chapiteaux de colonne d'époque byzantine de la région des Balkans. L'enquête s'est terminée en 2007 et a fait l'objet d'une publication en cours de proposition pour une publication papier.

Le troisième, porté par l'Institut d’Égyptologie de l'université de Strasbourg, sera un projet de publication en ligne d'articles de fond qui restitueront le contexte des objets issus de la collection de l'institut.

• Financement du projet

« Les financements sont ceux alloués par l'UMR 7044 (missions de terrain, équipements, locaux, etc.), l'Institut d’Égyptologie de Strasbourg (équipements, encadrements scientifiques, locaux), la Maison Archéologie Ethnologie (missions de terrain), l'Institut français d'archéologie orientale (missions de terrains), l’École française d'Athènes (missions de terrain si le projet est accepté), par le CNRS (personnel technique et scientifique). Pour d'autres investissements, il faudrait chercher des financements complémentaires.2 »

• Type(s) et volume du corpus étudié

Modèles 3D de sites archéologiques, modèles pédagogiques, relevés de terrain, objets, etc. : corpus ouvert

Chapiteaux des Balkans : 450 objets

Collection d'objets égyptiens : corpus de taille indéterminée

LES DONNÉES DE LA RECHERCHE

• Types de données

Données sources

photographies au format JPEG (plus tard des fichiers au format TIFF, rarement au format RAW), des fichiers 3D au format DWG et DXF

fichiers PhotoScan au format PSZ

Données produites

modèles 3D au format OBJ ou DAE + les textures (La DUN privilégie le format .dae ou format COLLADA)

métadonnées techniques (différentes selon les formats de fichier, elles se transforment ou se perdent après conversion en DAE)

catalogue des chapiteaux sous format Word élaboré par des historiens de l'art spécialistes du domaine, de l'époque et de la région considérés

• Logiciels et techniques utilisés / à disposition pour créer / gérer les données de la recherche

Mme Duvette utilise trois techniques de modélisation 3D :

1) la photogrammétrie numérique

Cette technique permet de numériser rapidement des objets accessibles. Il s'agit de prendre plusieurs dizaines de photographies numériques d'un objet ou d'un site qui sont en suite traitées par le logiciel Photoscan (Agisoft). Photoscan crée un mesh (un objet filaire 3D) à partir d'un nuage de points calculé en mésocentre. Le fichier source produit est au format PSZ. Photoscan permet l'export du fichier source en DXF et autorise l'export direct vers Sketchfab aux formats OBJ ou DAE. Les textures des objets sont également exportables.

2) la reconstruction 3D

Il s'agit de reconstituer en CAO le bâti dont il ne reste que des traces (par exemple les fondations). A partir de relevés effectués sur site, un modèle 3D est construit avec Autocad. Plusieurs formats d'export du modèle 3D sont proposés : DWG (format natif), DXF, FBX, DWF (destiné au web). Le but est d'épurer, de préciser les relevés et de pouvoir proposer plusieurs hypothèses de travail.

3) La production de MNT

Un Modèle Numérique de Terrain (MNT) est une représentation 3D de la surface d'un terrain, créée à partir des données d'altitude du terrain. Le MNT ne prend pas en compte les objets présents à la surface du terrain tels les plantes et les bâtiments6. Le logiciel Photoscan est aussi utilisé pour créer des MNT.

• Volumétrie des données

Pour l'instant, seule une trentaine de modèles 3D sont traités sur des sujets hétéroclites (modèles pédagogiques, relevés de terrain, objets, etc.). L'estimation du volume de données des projets futurs se déroule de la façon suivante :

Données sources

Pour un archivage des données sources :

rasters : compter entre 1,18 Go (pour un objet) et 3 Go (pour une scène) en JPG

fichiers sources PSZ : compter entre 20 et 200 Mo selon la définition choisie et l'étendue de la scène

En fonction des projets :

Sans limitation de temps et de nombre, des modèles divers dans le cadre de nos travaux de terrain, de nos travaux pédagogiques, de nos ateliers de recherches et de publications.

Le volume global estimé pour deux projets de modélisation 3D :

sur 2 ans, 200 modèles d'objets dans le cadre d'un master, donc 200 dossiers de 50 à 100 photos (JPG, 9 Mo pièce)

sur 4 ans, env. 300 modèles de blocs architecturaux décorés dans le cadre de la publication en ligne d'un corpus de recherche, donc 300 dossiers de 25 à 50 photos (JPG, 9 Mo pièce).

fichiers sources PSZ pour les deux projets de modélisation 3D : 500 fichiers de 20 à 50 Mo pièce.

Données produites

DAE + texture à l'unité, environ 9 mo pour le modèle d'un objet, environ 30 mo pour une scène 3D et un MNT.

Pour les deux projets de modélisation 3D, il faudra compter 500 fichiers DAE + texture de 9 mo pièce.

Mme Duvette estime qu'il faudra prévoir 30% d'espace de stockage en plus pour les projets/ateliers/terrains “volants” et opter pour une formule évolutive en cas de serveur dédié.

• Stockage actuel des données

Les données sont stockées sur l'ordinateur professionnel et sur un disque dur externe.

LES DÉMARCHES EFFECTUÉES AVANT AOC

Mme Duvette a pris contact avec Huma-Num pour connaître les formats 3D pérennes recommandés. La TGIR a créé un consortium 3D en 2014 pour fédérer les pratiques des équipes de recherche et diffuser des recommandations sur l'usage de la 3D dans les projets en SHS. Il n'existe pas encore de guide de bonnes pratiques en la matière. Elle a par ailleurs contacté la DUN pour la création de la plateforme de visualisation 3D et RTI. Le prototype proposé par la DUN se présentera sous la forme d'un portail commun avec une plateforme différente par composante.

LE CONTEXTE JURIDIQUE

• Conventions de partenariat

Dans le cadre de projets en cours de montage, il faudra mettre en place un modèle de convention. A préciser le moment venu.

• Licences (degré d'ouverture des données, restrictions éventuelles)

La possibilité de télécharger des modèles 3D sera laissée à la discrétion du déposant. Le téléchargement des fichiers sources sera restreint aux seuls chercheurs et étudiants.

• Droit d'exploitation et de reproduction d'images, sons, vidéos, etc.

A déterminer.

LA DÉFINITION DES BESOINS

• Ressources techniques (logiciels, stockage, visualisation de données, etc.)

Sauvegarde des données

Les modèles 3D au format DAE et les fichiers sources doivent être archivés de façon sécurisée et pérenne. Les fichiers « vivants » seront stockés sur serveur pour être utilisés par les chercheurs et sauvegardés à une fréquence qui reste à déterminer.

Certains modèles pouvant être retravaillés, se pose la question du moment où l'on décide à quel moment un modèle sera considéré comme « clos » ou terminé. Mme Duvette propose que « certaines données [soient] progressivement stockées de façon pérenne : les captures d'un objet ou d'une scène en 3D (le relevé maillé brut), les reconstructions 3D au moment de leur publication. L'opérateur ou le concepteur décidera de “clore” les manipulations lorsque le modèle sera présentable ou publiable en l'état. »

D'autre part, il faut gérer la question de la pérennisation de l'archivage des données aux formats 3D. Faute de recommandations officielles, faut-il dès à présent conserver les fichiers sous plusieurs formats 3D ? Faudra-t-il les convertir dans un autre format au bout d'une période restant à déterminer ? Le consortium 3D de Huma-Num s'est réuni du 23 au 25 novembre 2015 dans le cadre d'un workshop à Nice et l'une des thématiques abordées est précisément la question de la stratégie d'archivage des modèles 3D (avec un focus sur le CINES) et les métadonnées. Des tests sont en cours et un début de réponse devrait être apporté au printemps 2016.

Création d'une plateforme de visualisation de modèles 3D et RTI de type AudioVideoCast ou SketchFab

Cette plateforme institutionnelle a vocation à servir d'outil de publication de corpus de recherche numérisé en 3D et en RTI. Elle permettra de visualiser les modèles au format DAE + texture, de les télécharger au cas par cas, mais aussi d'accéder après authentification aux fichiers sources de ces modèles. Cet accès limité aux seuls chercheurs et aux étudiants pourrait prendre la forme d'un système d'invitation. L'idée serait de créer un espace privé de travail collaboratif. Les chercheurs pourraient y télécharger un fichier source, pour par exemple proposer une nouvelle hypothèse de travail de restitution d'un bâtiment. Un système d'annotations du modèle 3D similaire à celui de SketchFab serait intéressant.

La plateforme accueillera également les photographies RTI (non téléchargeables) du projet de valorisation des statuettes jordaniennes de Mme Hunziker.

Dans un second temps :

Création d'une plateforme de type wiki qui documentera 450 chapiteaux d'époque byzantine originaires de la région des Balkans. A définir plus tard.