Photogrammétrie 3D : l'art de transformer des photographies en modèles 3D

La photogrammétrie 3D consiste à reproduire un objet physique pour en faire un modèle 3D précis. Elle peut servir à capturer toutes sortes de sujets, des personnes aux reliques historiques, en passant par les aéronefs, les bâtiments et même des structures plus grandes.

« Il s'agit d'un excellent moyen de rendre un objet tangible et immersif, afin de pouvoir l'examiner sous tous les angles et en observer la texture », s'enthousiasme John Maurice, directeur marketing produit chez Canon Europe. « Il est également possible de le faire avec un rendu généré par ordinateur, mais ce n'est pas la même chose, car on n'obtient jamais toutes les nuances permises par la photogrammétrie. »

Les applications de la photogrammétrie numérique et de la modélisation 3D sont infinies, cette technique étant employée comme solution dans les secteurs de la fabrication, l'ingénierie, le design, le divertissement et la santé. « La création de modèles 3D d'un patient peut faciliter le diagnostic et le suivi du traitement », explique John. « Par ailleurs, dans l'industrie, la maîtrise de la modélisation 3D raccourcit la phase coûteuse de prototypage. »

La photogrammétrie 3D est un domaine hautement spécialisé nécessitant un processus particulièrement méticuleux. « Il faut prendre un grand nombre de photos du sujet, qui se chevauchent généralement sur les deux tiers afin de créer le plan 3D », précise John. « Par conséquent, si vous utilisez un seul appareil photo pour capturer ces clichés, il faudra le déplacer légèrement, mais avec une grande précision pour obtenir ce chevauchement. »

Le prix constitue une priorité quand il faut équiper un rig de photogrammétrie 3D avec plus de 100 boîtiers. « Les reflex d'entrée de gamme sont adaptés à ce type de tâches », répond John. « Il faut aussi des objectifs abordables. Les objectifs 50mm sont populaires, car ils sont bon marché et de bonne qualité. »

L'une des raisons pour lesquelles nous ne sommes pas passés au plein format est que la profondeur de champ est supérieure avec des appareils photo APS-C. Or ce point est vraiment essentiel pour le traitement des données. »

Sur son rig dédié au corps, Sample & Hold combine des objectifs 100mm, 85mm et 50mm tels que les modèles Canon EF 85mm f/1.8 USM et Canon EF 50mm f/1.8 STM, les longueurs focales plus élevées étant utilisées pour capturer les zones importantes, comme les mains et les pieds. Le rig dédié à la tête associe des objectifs 40mm et 50mm, tel que le Canon EF 40mm f/2.8 STM.

« Nous garderons toujours des objectifs à focale fixe, affirme Sam, notamment parce qu'il n'y a pas de risque qu'ils se dérèglent, même lorsque nous déplaçons le rig.

Les appareils photo d'entrée de gamme ne sont pas conçus pour ce que nous en faisons, c'est pourquoi les délais d'obturation peuvent poser problème. Pour l'éviter, nous utilisons des flashes pour contrôler l'exposition. Nous travaillons dans une chambre noire avec une vitesse d'obturation de 1/3 ou 1/5 s, et tous les flashes se déclenchent simultanément pour exposer les images. Nous commandons les appareils photo à l'aide du logiciel Smart Shooter et synchronisons le tout avec Esper TriggerBoxes. »

Esper fournit des solutions de numérisation 3D et à plusieurs appareils photo aux prestataires de services dans les secteurs des jeux vidéo et des effets visuels, ainsi que la publicité, la recherche académique, les stands photo « bullet time » et bien plus encore. Selon son directeur Nick Foots, la principale considération à avoir au moment de la mise en place d'un système de photogrammétrie 3D est le résultat final.

« C'est la première question que je pose à tous mes clients pendant un entretien : quelle est l'utilisation finale ? Avec quelle résolution et quel format ? On peut ensuite remonter tout le flux de production à partir de là », explique Nick. « Ainsi, si un contenu va être utilisé uniquement pour du e-commerce sur le Web avec une résolution qui n'est pas particulièrement élevée, autant dire qu'il est inutile de recourir à 60 appareils photo.

« À l'inverse, pour un jeu vidéo 4K, il peut être nécessaire d'utiliser jusqu'à 160 appareils photo, et pour créer des modèles 3D miniatures de personnes avec une imprimante FDM, 30 à 50 appareils photo suffisent. En effet, aucune imprimante 3D ne pourra reproduire la résolution que vous obtiendriez avec un nombre plus important d'appareils photo.

Pour un objet inerte de petite taille, il est généralement possible de le modéliser pour un moindre coût avec trois ou quatre appareils photo sur une arche, un éclairage contrôlé et un plateau tournant déplacé à la main », poursuit Nick. « Vous pouvez aussi parfaitement réussir votre photogrammétrie avec un seul appareil photo, à condition de bien vous demander si cette solution est adaptée au résultat que vous souhaitez obtenir et à la façon dont vous allez l'intégrer dans votre flux de travail global. »

Sam de Sample & Hold recommande d'ailleurs de s'essayer à cet art en commençant avec un seul appareil photo. « Tout le monde peut essayer la photogrammétrie sur le terrain, en utilisant la lumière du jour et un seul appareil photo », affirme-t-il. « Face à un sujet qui ne bouge et ne change pas, comme une maison, il n'est pas nécessaire d'utiliser plusieurs appareils photo, il suffit d'en utiliser un que l'on déplace.

Il y a de nombreux tutoriels sur YouTube qui expliquent comment s'y prendre », conclut Sam. « Ensuite, les images peuvent être traitées dans un outil comme Meshroom, qui est un logiciel Open Source gratuit, afin de produire des modèles 3D. Cette méthode permet d'obtenir de très bons résultats. »