Scan 3D : premiers pas en photogrammétrie

Les conseils et règles qui vont suivre sont sans doute l’aspect le plus important pour bien débuter. En les suivant, vous devriez réussir la plupart de vos prises de vue, sans même avoir besoin de plus de quelques clics en post-production.

Si la liste peut sembler longue, ces conseils sont finalement assez logiques : en gardant en tête le principe de base de la photogrammétrie, la plupart des conseils s’imposent comme des évidences.

paramétrage de l’appareil photo

– Nous vous conseillons de prendre vos photos en RAW, afin de disposer de plus de latitude après la prise de vue. Vous pourrez les convertir dans un format comme le TIFF avant de les envoyer au logiciel de photogrammétrie.
Le Jpeg pourra être utile pour limiter le volume des données, mais il rajoute des artefacts : on l’évitera si possible.

– Utiliser la résolution maximale permise par l’appareil.

– On veillera à utiliser une ouverture suffisante pour que tout l’objet soit net. Au besoin, n’hésitez pas à consulter un calculateur de profondeur de champ (on en trouve en ligne ou en application pour smartphone).

– Idéalement, passez en mode manuel pour bloquer les paramètres (ouverture, vitesse, ISO, balance des blancs) durant la prise de vue.

Notez toutefois qu’en pratique :

– si vous avez photographié en RAW, vous pourrez corriger en post-production un oubli éventuel (balance des blancs mal réglée, par exemple) ;

Ci-dessous, exemple de scan réalisé dans un musée, sans trépied ni éclairage d’appoint. Des défauts sont clairement visibles, mais le modèle donne tout de même une bonne approximation des reliefs.

– Idéalement, éviter tout mouvement dans le décor. Un passant qui change de place, un arbre qui oscille sous le vent pourront induire le logiciel en erreur. Il sera possible de corriger ces problèmes via des masques, en post-production, mais autant les éviter dès la prise de vue.
Quelques astuces peuvent être mises en place. Par exemple, dans un musée, si des visiteurs se trouvent en permanence dans les parages : prenez une photo, et attendez que le curieux s’éloigne avant de prendre la suivante. Le logiciel ne le «  »verra » » qu’une seule fois sur l’ensemble des clichés et devrait éliminer les points de reconnaissance associés.

– De même, évitez les objets entre vous et le sujet.

– Dans la mesure du possible, éviter toute variation de luminosité. Attendre 30 secondes qu’un nuage ait fini de bloquer le soleil en vaut la peine ! Attention aussi à votre ombre sur le sujet, ou même à votre reflet si l’objet est brillant (en particulier si vous portez des vêtements clairs ou très colorés).

– dans un lieu comme un musée, l’éclairage est souvent insuffisant et directionnel : un côté de l’objet sera souvent très mal éclairé. Faire varier un paramètre comme la vitesse permettra alors d’avoir des photos correctement exposées et donnera des résultats acceptables. Un outil comme Photoscan est en pratique assez permissif sur les variations d’exposition.

– Pour reconstruire un objet, le logiciel doit « voir » chaque portion du sujet depuis au moins deux points de vue différents. Pour les zones difficiles (trous, creux, surplombs), n’hésitez pas à prévoir des clichés supplémentaires et à vous repositionner.

– Pour maximiser l’information utile, cadrez serré. N’hésitez pas à passer du mode portrait au paysage selon la forme de l’objet et votre point de vue en cours.

– Vous n’êtes pas obligés de prendre l’objet complet sur chaque cliché. Rien n’empêche d’avoir une coupe, qui sera compensée par d’autres clichés. Ce conseil sera particulièrement utile pour les objets dont la forme génèrerait beaucoup de « vide » dans la photo, si vous manquez de recul ou si vous souhaitez disposer de textures très détaillées.
Ce conseil sera par exemple utile pour une statue ou pour des objets de très grande taille.

– Un trépied (avec ou sans télécommande) sera utile pour obtenir des photos nettes malgré un éclairage insuffisant. N’hésitez pas à en utiliser un.

Les diagrammes suivants vous donneront une idée plus concrète de la prise de vue. Il s’agit de vues de dessus : n’oubliez donc pas aussi qu’il sera recommandé de faire plusieurs rangées à des hauteurs différentes.

– Capture d’un petit objet :

A gauche, une prise de vue correcte : de nombreux points de vue couvrent l’ensemble du sujet.
A droite, une prise de vue problématique : il y a un manque de photos sur certaines portions, des photos avec un point de vue quasi identique (généralement inutile).

Ci-dessus, capture d’un petit objet (photos issues du projet Zoosphere). Un rig dédié a été employé, avec rotation régulière autour de l’objet.

Le plus simple, en prise de vue à main levée, sera de tourner autour de l’objet de façon régulière (un petit pas sur le côté, une photo, un pas, etc).
Verticalement, deux ou trois rangées au minimum seront sans doute nécessaires.

Faire le tour d’une pièce, dos au mur, permettra de s’assurer que l’on varie les points de vue, mais aussi d’optimiser la profondeur de champ (qui se réduit si le sujet est proche).

Inversement, il faudra éviter absolument de se placer au centre de la pièce puis de tourner sur place : la parallaxe trop faible augmentera les erreurs de reconstruction.
De même, faire le tour de la pièce face au mur sera souvent problématique : profondeur de champ plus faible, nombre de photos à prendre plus élevé.

Ci-contre : le plus souvent, on capturera une pièce en formant un ovale ou carré arrondi. Ici, les bords de l’image correspondent aux murs.

On se déplacera parallèlement à la façade, en prenant des photos régulièrement, perpendiculairement à la façade. Là aussi, éviter de prendre de nombreuses photos d’un point de vue statique.

Recadrage, corrections ?

On évitera de recadrer les photos : le logiciel pourrait alors avoir du mal à calculer les déformations de l’objectif. Pour les corrections destinées à compenser les déformations de l’objectif, le mieux sera de vous reporter à la documentation du logiciel que vous utilisez.
Par exemple, pour Photoscan, il est déconseillé de corriger les photos.

En revanche, les modifications de balance des blancs, luminosité etc ne devraient pas affecter le résultat. N’hésitez donc pas à corriger cet aspect. Hors cas particulier, on veillera à appliquer des modifications identiques sur tous les clichés.

Tri des photos

Cette étape est fastidieuse, mais fortement recommandée. Il s’agira d’éliminer les photos floues ou avec une mise au point ratée. Elles risqueraient d’induire des erreurs dans le calcul, et donc de nuire au résultat.
A noter, certains outils comme Photoscan disposent d’options pour estimer la qualité des photos. Photoscan attribuera ainsi une « note » à chaque cliché, et il sera alors très facile d’éliminer les plus mauvais. En prime, ce calcul est très rapide, et ne vous fera donc pas perdre de temps.

Ci-dessous : la photogrammétrie peut évidemment être appliquée à des sources de photos externes : ici, quelques clichés de la mission Rosetta. (crédits : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team)

Les conseils qui précèdent devraient vous permettre de réussir vos premiers essais, que ce soit avec un outil gratuit comme 123D Catch d’Autodesk (compatible Windows, iOS, Android, Windows Phone) ou payant comme Photoscan d’Agisoft, en utilisant leurs fonctions de base de façon automatique.

Comme indiqué en début de dossier, ce tutoriel sera étoffé au fil du temps, avec plus de détails sur l’utilisation des logiciels (Photoscan en particulier), sur la prise de vue, la reconstruction, l’utilisation de masques ou encore la post-production.