ETIS – Lire les publications associées au projet VERSPERA publiées par les membres du laboratoire ETIS

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Lire les articles publiés par les membres du laboratoire ETIS travaillant sur VERSPERA sur le portail d’archive ouverte pluridisciplinaire HAL.

– Christophe Riedinger, Michel Jordan, Hedi Tabia, Restitution 3D de monuments historiques à partir de plans anciens. GRETSI 2015, Sep 2015, Lyon, France. 2015, Actes du colloque GRETSI 2015. <hal-01197051>

– Christophe Riedinger, Hedi Tabia, Michel Jordan, Restitution 3D de monuments historiques à partir de plans anciens. TS. Traitement du Signal, Lavoisier, Cachan, 2015, 32 (1), pp.87-108. <hal-01141140>

– Christophe Riedinger, Michel Jordan, Hedi Tabia, 3D Models over the Centureis: from Old Floor Pans to 3D Representation. International Conference on 3D Imaging – IC3D 2014, Déc 2014, Liège, Belgium. 2014. <hal-01093770>

GdR ISIS – Traitement du signal et des images pour l’art et le patrimoine

Le projet VERSPERA, et le logiciel développé par ETIS dans le cadre de ce projet, seront présentés lors de la journée « Traitement du signal et des images pour l’art et le patrimoine » organisée par le GdR ISIS (GdR 720, « Information, Signal, Image et viSion ») le 13 mai 2016 à Télécom ParisTech.

Programme détaillé, inscription (gratuite, mais obligatoire) sur le site du GdR ISIS.

ETIS – Présentation du logiciel de modélisation VERSPERA

Les plans anciens numérisés comportent un certain nombre de caractéristiques qui rendent leur traitement automatisé complexe :

  • caractéristiques propres aux documents : traits non rectilignes, d’épaisseurs variables, absence de symboles normalisés pour les éléments d’architecture (escaliers) ;
  • caractéristiques dues à la numérisation : marques de pliage, filigranes, etc.

De ce fait, l’utilisation de logiciels de traitement de plans d’architecture contemporains n’est pas adaptée à notre objectif. Afin de créer des modèles 3D des espaces représentés par les plans anciens, nous avons donc développé un logiciel spécifique de traitement numérique des images, aussi automatisé que possible.

Qu’est-ce-qu’un modèle 3D ?

En informatique, la géométrie d’un modèle 3D est composé de trois types d’éléments :

  • des points dans l’espace, que l’on appelle « sommets » du modèle, généralement repérés par leurs coordonnées (x,y,z);
  • des arêtes, reliant deux sommets voisins ;
  • des facettes, délimitées par une suite fermée d’arêtes consécutives (la plupart du temps, les facettes sont des triangles, délimités donc par trois arêtes).

Aux éléments géométriques du modèle 3D, on peut ajouter, mais ce n’est pas obligatoire, des informations de photométrie, c’est-à-dire de niveaux de gris, de couleur, ou de textures : chaque facette sera donc soit colorée uniformément, soit associée à une image qui l’illustrera.

Conception générale du logiciel VERSPERA

Le corpus des plans d’Ancien régime dont nous disposons comprend trois catégories de documents : des plans au sol, des vues en élévation (soit de l’extérieur, soit de l’intérieur du bâtiment), ainsi que des vues en coupe. Dans un premier temps, nous avons utilisé les plans au sol et les vues en élévation.

Sur les plans au sol, nous détectons les murs, les cloisons, les ouvertures (portes et fenêtres), ainsi que les escaliers, ce qui nous permet de générer un premier modèle 3D « brut ». Les vues en élévation, associées manuellement à un mur du modèle 3D, nous permettent de « texturer » le modèle, de lui donner un aspect sinon plus « réaliste », en tout cas plus compréhensible par le lecteur.

L’illustration suivante présente ce fonctionnement général du logiciel.

Fonctionnement général du logiciel VERSPERA

Fonctionnement général du logiciel VERSPERA © ETIS

Analyse des plans au sol

Détection des murs

Après une étape de pré-traitement (débruitage des images, réduction de dimension et binarisation), nous détectons les murs principaux et les cloisons, en filtrant par des opérateurs de morphologie mathématique l’image du plan binarisée.

Détection des murs : plan transformé en niveaux de gris, image binarisée, murs principaux (en rouge) et cloisons (en noir) détectés sur ce plan. © ETIS

Détection des murs : plan transformé en niveaux de gris, image binarisée, murs principaux (en rouge) et cloisons (en noir) détectés sur ce plan. © ETIS

Détection des escaliers

Les escaliers sont des éléments d’architecture important, et surtout des éléments d’information essentiels pour comprendre les circulations dans le bâtiment. La difficulté ici vient de l’absence de représentation normalisée (voir l’illustration suivante).

Exemples d'escalier dans les plans anciens du Château de Versailles. © ETIS

Exemples d’escalier dans les plans anciens du Château de Versailles. © ETIS

Pour détecter les escaliers, nous faisons donc appel à l’utilisateur du logiciel, qui doit dessiner sur le plan un rectangle grossier contenant un escalier. Dans ce rectangle, le logiciel localise précisément la « boîte englobante » de l’escalier, en détectant et associant entre elles chaque marche représentée sur le dessin (voir l’illustration ci-dessous).

Détection des escaliers : localisation grossière par l'opérateur, « boîte englobante » détectée par le logiciel. © ETIS

Détection des escaliers : localisation grossière par l’opérateur, « boîte englobante » détectée par le logiciel. © ETIS

Premier modèle 3D « brut »

Après avoir détecté les murs, en quelque sorte les empreintes au sol du bâtiment, nous pouvons construire le modèle 3D, en élevant tous les murs à une hauteur fixée arbitrairement. Les escaliers sont insérés là où ils ont été détectés en utilisant une bibliothèque d’éléments d’escalier que nous avons constitué (illustration suivante).

Premier modèle 3D « brut » © ETIS

Premier modèle 3D « brut ». © ETIS

Analyse des vues en élévation

Sur les vues en élévation, le premier apport du logiciel est de délimiter précisément dans les images la zone d’intérêt, qui constituera la « texture » à appliquer à un mur. Cette opération fait appel à l’utilisateur de la manière suivante : dans un premier temps, l’utilisateur sélectionne dans le modèle 3D le mur qui sera texturé, puis lui associe l’image correspondante dans le corpus ; ensuite, dans cette image, il choisit un point appartenant au motif et un point appartenant au fond de l’image, et le logiciel détoure le motif dans l’image et l’applique au modèle 3D (illustration ci-dessous, bien sûr la texture appliquée ici ne correspond pas au mur réel du bâtiment).

Analyse des vues en élévation : vue originale, contours du motif détecté, application au modèle 3D. © ETIS

Analyse des vues en élévation : vue originale, contours du motif détecté, application au modèle 3D. © ETIS

Notons que cette opération permet également de corriger la hauteur du modèle 3D pour chaque mur, hauteur fixée arbitrairement et uniformément dans l’étape précédente, et calculée dans cette étape en respect des proportions hauteur/largeur du motif

Premiers résultats obtenus

En mêlant des images d’époques différentes, mais seules disponibles, nous avons obtenu quelques modèles 3D texturés de l’appartement du Roi, illustrés ci-dessous.

Modèle 3D texturé de l'appartement du Roi. © ETIS

Modèle 3D texturé de l’appartement du Roi. © ETIS

 

Texte : Christophe Riedinger, Michel Jordan, Hedi Tabia (ETIS, UMR 8051 – ENSEA, Université de Cergy-Pontoise, CNRS)

ETIS – VERSPERA et la 3D (Université de Cergy-Pontoise, 31 mai 2013)

Microsoft Word - HeritageCities&SustainableDvt.Abstracts.docxLors de la conférence « Heritage, cities & sustainable develoment » qui s’est tenue à Paris et Cergy-Pontoise les 30 et 31 mai 2013 à l’initiative de l’université de Cergy-Pontoise et de The France-Stanford Center for interdisciplinary studies, Michel Jordan, chercheur du laboratoire ETIS, a présenté le 31 mai une communication intitulée : « Towards a 3-D Model of Disappeard Parts of the Château de Versailles ? ».

Consulter le programme.