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Accueil / Magazine / Didacticiels / Scan 3D : premiers pas en photogrammétrie

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Scan 3D : premiers pas en photogrammétrie

Publié le 25 novembre 2015 par shadows44
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Scan 3D

En plein essor depuis quelques années, la photogrammétrie permet de créer des modèles 3D à partir de photos d'objets réels. Peu coûteuse, cette technique donne d'excellents résultats sur de nombreux types de sujets.
Des lecteurs nous ont demandé un dossier dédié destiné aux personnes qui souhaitent débuter avec la photogrammétrie : le voici !

Ce dossier a vocation à évoluer, et il s'étoffera avec le temps ; n'hésitez donc pas à nous faire part de vos remarques, critiques et suggestions sur le forum.

Les modèles illustrant cet article ont tous été créés par photogrammétrie, le plus souvent avec Photoscan et un réflex Canon EOS 7D.

 

Lobster claw by shadows44 on Sketchfab

 

Avantages


La photogrammétrie présente de nombreux avantages :

- débuter est peu couteux : un appareil photo et un logiciel (certains sont gratuits) suffisent. Il existe même des applications dédiées pour smartphone. Enfin, un logiciel de qualité suffisant pour les besoins d'un artiste, comme Photoscan, reste abordable y compris pour les amateurs.

- elle est relativement simple à mettre en oeuvre.

- Elle permet de scanner une grande variété d'objets, à toutes les échelles, de l'insecte à la montagne.

Inconvénients


Malgré ses qualités, la photogrammétrie n'est pas une solution universelle. En particulier :

- scanner avec une grande précision un objet en mouvement ou non statique (par exemple, un être vivant, un humain) impliquera le plus souvent de multiplier les appareils photos, avec une prise de vue synchronisée, ce qui augmente le coût.

- la photogrammétrie est fortement dépendante de l'état de surface d'un objet. Transparence, réflexion peuvent poser des difficultés. De même, des objets parfaitement unis seront plus difficilement reconstruits.

- Les conditions de prise de vue sont primordiales. Un mauvais éclairage pourra poser problème, en particulier s'il est très faible (reconstruction plus difficile) ou non homogène (ombres sur les textures).
Autrement dit, la photogrammétrie fonctionne mieux avec un environnement et un éclairage contrôlés.

Scan 3D

 

Comment ça marche ?

Les outils de photogrammétrie fonctionnent sur un principe finalement assez simple : comparer entre elles une série de photos, et trouver des points de concordance. En utilisant le décalage causé par la différence de point de vue, il devient possible d'en déduire la position des caméras et de calculer la position des points de concordance dans l'espace 3D.

Le résultat est donc un nuage de points, qui sera ensuite converti en mesh classique via différentes méthodes d'interpolation.
Il sera aussi possible de recréer une texture, par projection et à l'aide des photos initiales.


Voilà pour la théorie, donc. Si ces quelques lignes peuvent sembler évidentes, il n'en reste pas moins que toutes les règles de prise de vue que nous verrons plus loin en découlent.

En pratique et dans les entrailles des logiciels, tout n'est évidemment pas aussi simple. Un objectif d'appareil photo applique des déformations qu'il faut compenser. Le bruit numérique, la profondeur de champ gênent la détection de points de concordance. Les logiciels doivent aussi filtrer les points calculés.
Les logiciels de photogrammétrie doivent donc effectuer des calculs complexes, ce qui explique qu'ils ne se soient véritablement automatisés que récemment.

 

Le Prince Electeur by shadows44 on Sketchfab

 

 

Matériel

L'avantage majeur de la photogrammétrie est qu'elle nécessite très peu de matériel. Un simple smartphone suffit pour débuter (il existe d'ailleurs des applications dédiées).

Ceci étant dit, pour de meilleurs résultats, nous vous conseillerons d'utiliser un appareil de type réflex. Ces produits permettent facilement de paramétrer votre prise de vue et donc de contrôler profondeur de champ, flou, bruit numérique.

 

 Côté objectifs, vous obtiendrez un meilleur piqué qu'avec un smartphone, ce qui se traduira par une meilleure reconstruction et des textures de meilleure qualité.


Des accessoires pourront aussi être utiles : trépied, système d'éclairage (flash ou continu), charte gris neutre pour optimiser la balance des blancs.

Scan 3D

Objets compatibles avec la photogrammétrie

Nous l'avons dit plus haut, seuls certains types d'objets peuvent être reconstruits par photogrammétrie. Certains seront difficiles, voire impossible à scanner tels quels :

- Les objets transparents ou réfléchissants sont à éviter. Pour les objets avec une forte composante spéculaire, plusieurs solutions : utiliser un filtre polarisant, faire la prise de vue avec un éclairage uniforme (par exemple un ciel nuageux), ou... Passer outre en espérant que le logiciel parvienne tout de même à reconstruire l'objet.


- Idéalement, l'objet devra être texturé : une statue en granit sera bien plus facile à reconstruire d'un objet en marbre blanc immaculé, sans le moindre défaut. De même, un mur uniforme pourra poser problème.











Ci-dessous, un échec manifeste : la faible lumière et le marbre blanc très uniforme de la statue ont rendu impossible la reconstruction. Seuls les cheveux, qui comportent détails et contraste, ont pu être recréés correctement.
Au niveau du visage, on note le résultat typique d'une reconstruction ratée sous Photoscan : trous, artefacts, bruit sur la surface (la position des points est imprécise).

Scan 3D
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