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Capture 3D obtenue par photogrammétrie
Capture 3D obtenue par photogrammétrie

Capture 3D par photogrammétrie

La thématique abordée au travers de cet article est assez innovante. Pour tirer tous les bénéfices de cette lecture, je vous invite donc à laisser libre court à votre imagination et à voir plus loin que vos pratiques habituelles. En clair : accueillez comme il se doit cette technique pour innover sur vos chantiers !

Avertissement

Compte tenu de la croissance fulgurante du marché de la numérisation 3D dans la construction, nous avons créé un un blog dédié à la numérisation 3D dans le secteur de la construction.

L’article que vous êtes en train de lire peut servir d’introduction à la numérisation 3D mais ne saurait être aussi complet que ce nouveau blog.

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Nous avons réservé le privilège aux lecteurs de Méthodes BTP d’obtenir une formation privée par email sur la numérisation 3D.

De quoi parle-t-on ?

De photogrammétrie, une méthode de capture 3D. Pour l’expliquer simplement :

La photogrammétrie est une technique de reconstruction numérique en 3D d’un objet physique. Elle utilise de simples photos de la scène, analysées par de puissants algorithmes capables de déduire la géométrie 3D globale à la manière du cerveau humain.

Il s’agit donc de convertir des photos ou vidéos en un modèle numérique 3D !

La preuve par l’exemple

Voici une prise de vue aérienne réalisée à l’aide d’un drone DJI.

Et voici maintenant le modèle 3D obtenu par photogrammétrie sur la base de cette même vidéo :

A quoi ça sert ?

Cette vidéo illustre à merveille un usage dans le BTP à des fins de conception d’un projet architectural.

 

Lisez mon livre BIM & BTP, il vous permettra de maîtriser l’intégralité du sujet du BIM, dont l’utilisation sera obligatoire d’ici peu de temps.

Comment ça marche ?

Le logiciel de photogrammétrie va détecter les pixels en commun entre les images et les immatriculer. En analysant les positions relatives de ces pixels sur l’ensemble des photos de la scène, un algorithme permet d’en déduire les positions dans l’espace sous forme de coordonnées X, Y et Z.  Chaque pixel identifié constitue un sommet permettant de générer un maillage triangulé reproduisant la géométrie de la scène. Les photos sont ensuite plaquées sur ce modèle pour le texturer et lui donner son aspect réaliste.

 

Capture 3D obtenue par photogrammétrie
Capture 3D obtenue par photogrammétrie

Choisir le bon matériel

Vous devez posséder un appareil photo. Pour un résultat digne d’être exploité, vous devez choisir un appareil suffisamment performant en vous basant sur 3 critères :

La résolution

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Tout est dans le pixel ! Plus ils sont nombreux, meilleure sera l’analyse. Ce critère est réellement non négligeable et les écarts de précision seront considérables entre un appareil photo 8Mpx (clairement insuffisant) et un appareil de 48Mpx tel que le SONY SD1  que j’utilise pour la photogrammétrie.

Une résolution élevée permettra d’obtenir des capture ultra haute définition, telles que celle-ci :

Capture 3D Ultra Haute Définition

Le grand angle

grand-angleUn appareil photo grand-angle est indispensable. “Grand-angle” désigne la largeur de la prise de vue, une caméra GoPro a un objectif très grand-angle par exemple (mais une résolution faible, limitant la précision du modèle).

Pour reconnaître un objectif grand-angle, vous devez chercher la valeur exprimée par 2 nombres en millimètres, écrite sur l’objectif. Ici : 17-50mm. Plus la valeur inférieure (17 ici) sera basse, plus grand sera l’angle de vue.

Cette liste actualisée d’appareils photos numérique répond le mieux à tous ces critères.

Pour les prises de vue aériennes

Si vous m’avez bien suivi jusque là, vous aurez compris que l’objectif est d’obtenir une diversité maximale dans les coordonnées de prise de vue. Vous devez graviter autour du modèle dans un maximum de positions, y compris en altitude, pour que toutes les portions de votre scène soient capturées. Vous devrez donc vous équiper d’un drone.drone-photogrammetrie

Pour choisir correctement ce matériel, les critères concernant l’objectif restent les mêmes que pour les prises de vue terrestres. Une attention supplémentaire devra être portée aux qualités de vol (autonomie, stabilité…) de l’appareil.

Personnellement, mon choix s’est porté sur le DJI MAVIC PRO, clairement le meilleur drone du moment.

Comment prendre les photos ?

Soyons clairs : vous ne pourrez pas vous contenter de vous promener en prenant des photos à tout va sans aucune logique pour les envoyer ensuite dans votre logiciel et cliquer sur le bouton “débrouille toi avec ça” ! Réaliser une prise de vue à destination d’une reconstruction photogrammétrique ne s’improvise pas. Vous devrez respecter ces règles d’or :

  1. Réalisez toutes vos photos dans un laps de temps court en évitant les objets en mouvement.
    Une voiture ou un passant présent sur une scène et pas sur d’autres vont générer des aberrations lors de la construction du modèle. Un déplacement trop important des ombres portées sur le sol, une grue qui bouge… Les objets en mouvement vont aboutir à des pixels dont les coordonnées ne refléteront pas la réalité géométrique de la scène.
  2. N’utilisez (presque) jamais le zoom !
    Pour que le logiciel de photogrammétrie puisse travailler avec précision, il lui faut un maximum de pixels communs entre les photos. Essayez donc de toujours capter la scène dans son intégralité ou presque. Privilégiez donc le grand-angle.
  3. Diversifiez au maximum vos points de vue.
    Partez du postulat que vous-même ne connaissez pas le terrain ou le bâtiment capturé. Essayez de vous construire une image mentale en 3D du sujet que vous photographiez, dans les moindres détails, et uniquement sur la base des photos que vous avez prises. Etes-vous capable sur cette seule base de visualiser la géométrie, la profondeur de la porte située à l’arrière du bâtiment ? De la cheminée ? Le logiciel ne fera jamais mieux que votre cerveau. Si vous-même n’êtes pas capable de comprendre une partie du sujet, c’est qu’il manque des prises de vue à ce niveau là.
Comment prendre ses photos pour une capture 3D par photogrammétrie
La diversité des points de vue est primordiale.

Les logiciels de photogrammétrie

Il existe plus de logiciels que ce dont je vais parler ici. J’ai retenu ici ceux que j’ai testés et dont la pertinence me semble la meilleure.

Autodesk Remake

Autodesk Remake

Il s’agit du logiciel que j’utilise pour mes projets. A mon sens, sa puissance provient de sa capacité à réaliser les calculs en mode Cloud et non sur l’ordinateur de l’usager. La reconstruction photogrammétrique nécessite des ressources informatiques considérables qu’il est impossible de réunir sur un ordinateur de bureau. Les photos sont donc envoyées sur les serveurs Autodesk, traitées, puis un email est envoyé lorsque le téléchargement de la scène est possible.

Les outils proposés dans le logiciel sont ensuite très pertinents : remodelage, mise à l’échelle, géoréférencement, décimation (réduction du nombre de faces pour alléger un modèle trop lourd). Les liaisons avec les logiciels de BIM sont ensuite grandement simplifiées grâce au module d’export dans de nombreux formats.

Agisoft Photoscan

Agisoft Photoscan

Un autre logiciel phare en termes de reconstruction 3D. Bien moins intuitif, moins convivial, il offre toutefois des possibilités en édition qui restent plus complètes que le logiciel Remake.

Pix4D Mapper

Pix4D Mapper

Une machine de guerre ! Probablement le meilleur logiciel de photogrammétrie lorsque l’usage est destiné à réaliser de la topographie par drones. Pix4D est parfaitement interfacé avec ces engins volants et ravira sans nul doute les usagers ne réalisant des captures qu’aériennes et non terrestres. Cette spécificité le rend toutefois moins polyvalent que Remake, et le coût de la licence a de quoi rebuter…

Alors ?

Personnellement je suis fasciné par la photogrammétrie, une technique qui ouvre grande la porte de l’innovation dans le BTP. Capture de bâtiment existant pour la conception d’extensions, capture de terrains pour levées topographiques et modélisation d’installations de chantier… Et vous, quels usages envisagez-vous ?

A propos de Clément VALENTE

Expert en optimisation des chantiers, fondateur de BTP.digital, regroupement d'experts en construction numérique à l'origine de nombreux livres et formations professionnelles pour le BTP.

14 commentaires

  1. Bonjour
    comment faire pour ajouter(télécharger) les nouveaux articles dans le dossier du livre acheté, Le BIM et La Maquette numérique ?
    merci

  2. Bonjour,

    Que pensez vous du logiciel eCapture3D ?

  3. Bonjour,

    Comment faites-vous pour associer des photos prises au sol avec un appareil photo de type Sony et celles prises avec un drone de type Mavic. Les deux cameras n’ayant pas les mêmes caractéristiques optiques cela doit perturber la construction des géométries et la précision du modèle au final ?

    merci de nous éclairer sur ce point.

    • Les photos contiennent des informations Exif relatives aux caractéristiques du capteur et au positionnement des images (coordonnées GPS pour les drones). Ces informations peuvent améliorer les temps de calcul mais n’entrent toutefois pas directement dans la reconstruction 3D, qui repose uniquement sur le principe de la stéréoscopie et de la reconnaissance de points communs entre les images, quel que soit l’appareil utilisé pour la prise de vue. Vous avez toutefois raison de noter que l’emploi de trop de capteurs différents peut poser des problèmes de qualité portant sur l’uniformité de la précision et de la colorisation, sans compromettre le processus de reconstruction.

  4. Les domaines de photogrammétrie non-topographie .

  5. Bonjour
    Quelle serait selon vous le meilleur logiciel pour faire de la capture d’objets (non topographique)
    Vous avez évoqué Agisoft Photoscan qui me semble effectivement répondre à ce besoin. Vous confirmez ?
    Que pensez-vous également de RéalityCapture ?
    Merci pour vos retours d’expérience

  6. salut, avez-vous tester drone deploy ? merci

    • Bonjour,
      DroneDeploy est une suite logicielle pertinente pour certains usages, notamment en lien avec la gestion d’une flotte de drones. Le service de reconstruction photogrammétrique est réalisé en mode Cloud. Ceci présente des qualités mais également des inconvénients :

      • Cloud = pas besoin d’un PC surpuissant pour réaliser les calculs = économies à court terme
      • …mais Cloud = service par abonnement = dépendance à une plateforme + pas d’amortissement possible…

      Toute est une question de stratégie d’entreprise…

  7. Bonjour,

    Quel serait selon vous le meilleur logiciel pour faire la numérisation 3D d’un grand toboggan aquatique?

    Merci d’avance pour votre réponse!

    • Bonjour,
      Sans plans et sur la base de la géométrie que j’imagine être celle du toboggan en question, je vous recommande de vous orienter vers une numérisation par scanner laser 3D.
      Je ne parle volontairement pas de logiciel, car là n’est pas le problème. Plus qu’un logiciel, vous devez choisir la bonne technique entre photogrammétrie et lasergrammétrie pour réaliser le relevé 3D.
      Ces articles sont là par vous aider à y voir plus clair : https://numerisation3d.construction/blog
      Afin de pouvoir vous conseiller, pouvez-vous m’en dire un peu plus sur la finalité souhaitée : quel est le contexte de chantier, pourquoi avez-vous besoin de relever cet ouvrage, quel type de travaux sont prévus par la suite, quel est le niveau de précision attendu ?

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