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Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong>Master 2 PRO Images & MultimédiaSeptembre 2008ARCHEOLOGIE VIRTUELLE :ETUDE 3D D’UN BATON PERCEDikoorè JalloMaster 2 PR Image et Multimédia 2007-2008Projet : PEPS ODENTEncadrant <strong>de</strong> <strong>stage</strong> : M.BragaTuteur : M. Jean D<strong>en</strong>is DurouLaboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> ToulouseInstitut <strong>de</strong> Recherche <strong>en</strong> Informatique <strong>de</strong> ToulouseMuséum d’histoire naturelle <strong>de</strong> ToulouseMEDESNooméo
2Je dédie ce travail à mon fils Talibé BA.2Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
3Remerciem<strong>en</strong>tsJ’adresse mes remerciem<strong>en</strong>ts à M. José BRAGA pour la qualité <strong>de</strong> son <strong>en</strong>cadrem<strong>en</strong>t<strong>du</strong>rant le <strong>stage</strong>, pour m’avoir aidé et conseillé tout au long <strong>du</strong> travail effectué.Je remercie M. Jean D<strong>en</strong>is Durou, Maitre <strong>de</strong> confér<strong>en</strong>ce, habilité à diriger les recherchespour ses conseils, son investissem<strong>en</strong>t et son <strong>en</strong>couragem<strong>en</strong>t.Je ti<strong>en</strong>s à remercier M. Gérard Subsol, chercheur au Laboratoire d'Informatique, <strong>de</strong>Robotique et <strong>de</strong> Microélectronique <strong>de</strong> Montpellier pour les ori<strong>en</strong>tations qu’il a donnéesà mon travail et pour sa gran<strong>de</strong> disponibilité.Mercie à M. Jean Pierre Jessel, maître <strong>de</strong> confér<strong>en</strong>ce <strong>du</strong> départem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> Synthèsed'Images, habilité à diriger <strong>de</strong>s recherches, IRIT ; il a permis <strong>de</strong> m<strong>en</strong>er à bi<strong>en</strong> cestravaux.Je ti<strong>en</strong>s à remercier, Lapeyre Jean François Directeur <strong>du</strong> Muséum, pour avoir autorisé lescannage et l’étu<strong>de</strong> <strong>du</strong> bâton percéJe remercie M.Francis Duranthon, conservateur <strong>du</strong> MHNT.Mes remerciem<strong>en</strong>ts au personnel <strong>du</strong> Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse et <strong>du</strong>L’Institut <strong>de</strong> Recherche <strong>en</strong> Informatique <strong>de</strong> Toulouse pour m’avoir accueilli au sein <strong>de</strong>leurs laboratoires.Je remercie le MEDES et le NOOMEO qui ont permis la réalisation <strong>de</strong>s numérisations<strong>du</strong> bâton percé.Je ti<strong>en</strong>s à remercier mon mari, M. AHMED BA pour tout le souti<strong>en</strong>t qu’il m’apporte.Enfin, je remercie toutes les personnes qui ont contribué <strong>de</strong> près ou <strong>de</strong> loin àl’élaboration <strong>de</strong> ce travail.3Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
4Table <strong>de</strong>s matièresRemerciem<strong>en</strong>ts .................................................................................................................3Liste <strong>de</strong>s abréviations .......................................................................................................5Intro<strong>du</strong>ction......................................................................................................................61. Cadre <strong>du</strong> <strong>stage</strong> ............................................................................................................71.1. Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse ..............................................................71.2. L’Institut <strong>de</strong> Recherche <strong>en</strong> informatique <strong>de</strong> Toulouse................................................81.3. Prés<strong>en</strong>tation <strong>du</strong> Projet O<strong>de</strong>nt........................................................................................92. Objectifs et méthodologie...........................................................................................92.1. Objectifs...........................................................................................................................92.2 Méthodologie..................................................................................................................102.3. Matériels et Outils ........................................................................................................103. Objet d’étu<strong>de</strong> : le Bâton percé..................................................................................113.1. Prés<strong>en</strong>tation <strong>du</strong> bâton percé ........................................................................................113.2. Intérêt <strong>de</strong> la numérisation 3D <strong>du</strong> bâton percé ...........................................................123.3. Quelques exemples concrets <strong>de</strong> numérisation 3D ......................................................144. Numérisation 3D .......................................................................................................164.1. Prés<strong>en</strong>tation <strong>de</strong> quelques scanners 3D et techniques utilisées ..................................164.2. Numérisation 3D <strong>du</strong> Bâton percé ................................................................................174.2.1. Numérisation 3D avec le micro scan XtremeCT ...................................................................174.2.2. Numérisation 3D par projection <strong>de</strong> franges ..........................................................................204.2.3. Scan <strong>de</strong> surface ......................................................................................................................215. Reconstruction 3D <strong>du</strong> bâton percé ..........................................................................235.1. Reconstruction 3D scan CT .........................................................................................235.2. Reconstruction 3D <strong>de</strong>s images issues <strong>de</strong> la technique <strong>de</strong> projection <strong>de</strong> frangeslumineuses ..............................................................................................................................245.3. Reconstruction 3D <strong>de</strong>s images micro scan..................................................................256. Comparaison <strong>de</strong>s images issues <strong>de</strong>s trois techniques <strong>de</strong> numérisation..................307. Mise <strong>en</strong> valeur <strong>de</strong>s gravures......................................................................................33Conclusion et perspectives .............................................................................................35Bibliographie ..................................................................................................................36ANNEXE ........................................................................................................................384Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
5Liste <strong>de</strong>s abréviations3D : Trois Dim<strong>en</strong>sionsBP : Before Pres<strong>en</strong>tMHNT : Muséum d’Histoire Naturelle <strong>de</strong> ToulouseMAN : Musée <strong>de</strong>s Antiquités NationalesIRIT : Institut <strong>de</strong> Recherche <strong>en</strong> Informatique <strong>de</strong> ToulouseUMR : Unité Mixte <strong>de</strong> RechercheUPS : Université Paul SabatierUT1 : Université Toulouse 1INPT : Institut National Polytechnique <strong>de</strong> ToulouseUTM : Université Toulouse le MirailST2I : Départem<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s Sci<strong>en</strong>ces et Technologies <strong>de</strong> l'Information et <strong>de</strong>l'IngénierieCNRS : C<strong>en</strong>tre National <strong>de</strong> la Recherche Sci<strong>en</strong>tifiqueVRML : Virtual Reality Mo<strong>de</strong>ling LanguageCNES : C<strong>en</strong>tre National d’Etu<strong>de</strong>s SpatialesESA : Ag<strong>en</strong>ce Spatiale Europé<strong>en</strong>ne.MEDES : Institut <strong>de</strong> Mé<strong>de</strong>cine et <strong>de</strong> Physiologie SpatialesILIKS : Interdisciplinary Laboratory on Interacting Knowledge SystemsDICOM : Digital Imaging and Communications in MedicineCCD : Charge-Coupled DeviceICC : International Color Consortium profileOS : Operating System5Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
6Intro<strong>du</strong>ctionCe <strong>stage</strong> <strong>de</strong> six mois que nous avons m<strong>en</strong>é au Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong>Toulouse se situe dans le cadre académique, afin <strong>de</strong> vali<strong>de</strong>r l'année <strong>de</strong> master2 PROImages & Multimédia. En effet, la vie <strong>en</strong> <strong>en</strong>treprise est nécessaire à la mise <strong>en</strong> pratique<strong>de</strong> l'<strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>t que nous avons reçu.On constate qu'aujourd'hui que la numérisation d'objets <strong>en</strong> 3D est prés<strong>en</strong>te dansbeaucoup <strong>de</strong> domaines : les effets spéciaux, les jeux vidéos, le domaine médical,in<strong>du</strong>striel. Cette technique <strong>du</strong> scannage 3D appliquée dans le domaine <strong>de</strong> l’archéologieest aussi <strong>en</strong> pleine expansion. Ces technologies offr<strong>en</strong>t une gran<strong>de</strong> facilité d'acquisitionet <strong>de</strong> reconstruction <strong>de</strong>s modèles 3D.Ce <strong>stage</strong> a porté sur l’étu<strong>de</strong> 3D d'un bâton percé. Cette étu<strong>de</strong> consiste à l’application<strong>de</strong>s techniques <strong>de</strong> numérisation 3D pour reconstruire virtuellem<strong>en</strong>t un fragm<strong>en</strong>t d’unbâton percé <strong>de</strong> la collection <strong>du</strong> Muséum d’Histoire Naturelle <strong>de</strong> Toulouse, dans le cadre<strong>de</strong> la collaboration <strong>du</strong> laboratoire d’anthropobiologie Toulouse et <strong>du</strong> Projet ExploratoirePluridisciplinaire O<strong>de</strong>nt.Ce <strong>rapport</strong> prés<strong>en</strong>te l'<strong>en</strong>semble <strong>de</strong>s travaux que nous avons effectué au cours <strong>de</strong> mon<strong>stage</strong> au laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse et à l’Institut <strong>de</strong> Recherche <strong>en</strong>Informatique <strong>de</strong> Toulouse p<strong>en</strong>dant la pério<strong>de</strong> d'avril à septembre 2008.Durant ces travaux, nous avons utilisé Amira 4.0®, RapidForm 2006® et MeshLab quisont <strong>de</strong>s logiciels <strong>de</strong> visualisation 3D.Ce <strong>rapport</strong> est organisé <strong>en</strong> sept parties :- le cadre <strong>du</strong> <strong>stage</strong>,- l’objectif et la méthodologie,- l’objet <strong>de</strong> l’étu<strong>de</strong>,- la numérisation 3D,- la reconstruction 3D,- la comparaison <strong>de</strong>s images 3D obt<strong>en</strong>us <strong>de</strong> différ<strong>en</strong>tes techniques,- la mise <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce <strong>de</strong>s gravures.6Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
71. Cadre <strong>du</strong> <strong>stage</strong>Ce <strong>stage</strong> s’est déroulé au Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse et à l’Institut <strong>de</strong>Recherche <strong>en</strong> Informatique <strong>de</strong> Toulouse <strong>du</strong> 08 avril au 19 septembre 2008. Il constitueun axe <strong>de</strong> recherche <strong>du</strong> projet O<strong>de</strong>nt.1.1. Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> ToulouseLe laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse crée <strong>en</strong> 1997 est affilé au CNRS et àl’UPS- Toulouse III. Les axes <strong>de</strong> recherche <strong>du</strong> laboratoire s’articul<strong>en</strong>t autour <strong>de</strong> <strong>de</strong>uxgran<strong>de</strong>s thématiques, qui sont :1- Peuplem<strong>en</strong>t et co-évolution homme/milieu- Définition <strong>de</strong>s populations humaines et échantillonnage- Génétique <strong>de</strong>s populations humaines et peuplem<strong>en</strong>t- Paléogénétique humaine- Populations <strong>du</strong> passé : approches fondam<strong>en</strong>tales et appliquées- Paléopathologie, Coévolution Hommes/Maladies- Ecologie Humaine- ADN dégradé, mé<strong>de</strong>cine légale, anthropobiologie2- Paléoanthropologie et imagerie anatomique- Evolution <strong>de</strong>s hominidés et imagerie- Biométrie et imagerie tridim<strong>en</strong>sionnelle- Anthropobiologie <strong>de</strong>s caractéristiques bucco-faciales- Etu<strong>de</strong> <strong>de</strong>s momies Egypti<strong>en</strong>nes par modélisation 3D- Dissection virtuelle et mé<strong>de</strong>cine légale- Estimation <strong>de</strong> l’âge et i<strong>de</strong>ntificationDans le cadre <strong>de</strong> ces thématiques, le Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulousecollabore avec le génopole <strong>de</strong> Toulouse, l’Institut <strong>de</strong> Mé<strong>de</strong>cine Légale <strong>de</strong> l’UniversitéLouis Pasteur, le plateau d’imagerie <strong>de</strong>s hôpitaux <strong>de</strong> Toulouse et le MEDES.Sur le plan international, le laboratoire collabore avec différ<strong>en</strong>ts universités et c<strong>en</strong>tres<strong>de</strong> recherche <strong>en</strong> Amérique <strong>du</strong> nord, <strong>en</strong> Amérique latine, <strong>en</strong> Afrique, <strong>en</strong> Asie et <strong>en</strong>Europe.Au niveau <strong>de</strong> l’UPS, le laboratoire assure tous les <strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>ts liés à l’anthropologie,ethnologie, biologie <strong>de</strong>s organismes <strong>de</strong>s populations et <strong>de</strong>s écosystèmes, biologiegénérale, paléopathologie et évolution <strong>de</strong>s Maladies.7Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
81.2. L’Institut <strong>de</strong> Recherche <strong>en</strong> informatique <strong>de</strong> ToulouseL’IRIT, crée <strong>en</strong> 1990 fait parti <strong>de</strong> l’Unité Mixte <strong>de</strong> Recherche (UMR 5505), quiregroupe le CNRS, l’INPT, l'UPS, l'UT1 et l'UTM.L'IRIT est organisé autour <strong>de</strong>s 7 thèmes suivants, auxquels sont rattachées 19 équipes :- Analyse et synthèse <strong>de</strong> l'information- In<strong>de</strong>xation et recherche d'informations- Interaction, autonomie, dialogue et coopération- Raisonnem<strong>en</strong>t et décision- Modélisation, algorithmes et calcul haute performance- Architecture, systèmes et réseaux- Sûreté <strong>de</strong> développem<strong>en</strong>t <strong>du</strong> logiciel.Cet <strong>en</strong>semble <strong>de</strong> thèmes met <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce la couverture sci<strong>en</strong>tifique <strong>de</strong> l'IRIT surl'<strong>en</strong>semble <strong>de</strong>s problématiques <strong>de</strong> recherche <strong>de</strong> l'informatique actuelle.L’IRIT participe à différ<strong>en</strong>ts projets :- Projet Dialogue- Projet Interaction dégradée- Projet SIGMA- Projet GRID-TLSE- Un groupe <strong>de</strong> travail Langage NaturelL’IRIT collabore, dans le cadre <strong>du</strong> Laboratoire europé<strong>en</strong> ILIKS, avec l'université <strong>de</strong>Tr<strong>en</strong>to et le CNR d'Italie.L'IRIT assure l’<strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> l'informatique dans les différ<strong>en</strong>ts établissem<strong>en</strong>tstoulousains (UPS, INPT, UT1, UTM), contribuant ainsi à créer une articulation trèsforte <strong>en</strong>tre <strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>t et chercheur.Les <strong>en</strong>seignants chercheurs <strong>de</strong> l’IRIT travaill<strong>en</strong>t égalem<strong>en</strong>t dans le cadre d’autresprojets connexes notamm<strong>en</strong>t le projet O<strong>de</strong>nt.8Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
91.3. Prés<strong>en</strong>tation <strong>du</strong> Projet O<strong>de</strong>ntLe Projet O<strong>de</strong>nt est un projet exploratoire <strong>du</strong> CNRS qui se situe dans le cadre <strong>de</strong> lasauvegar<strong>de</strong> <strong>du</strong> patrimoine archéologique. Ce projet a pour but <strong>de</strong> développer <strong>de</strong>s outilslogiciels <strong>de</strong> modélisation et d'interaction 3D pour la recherche <strong>en</strong> archéologie et <strong>en</strong>paléontologie. Pour cela, le projet a i<strong>de</strong>ntifié et structuré <strong>de</strong>s axes <strong>de</strong> recherches précisqui sont :‣ Reconstruction et analyse 3D d’un bâton préhistorique,‣ Morphométrie 3D <strong>de</strong> structures anatomiques,‣ Modélisation 4D(3D+t) <strong>du</strong> pied p<strong>en</strong>dant la marche,‣ Algorithmes pour la rétrodéformation <strong>de</strong>s fossiles,‣ Reconstruction faciale 3D.Les logiciels à pro<strong>du</strong>ire seront intégrés dans une base commune <strong>de</strong> visualisation etinteraction 3D, développée <strong>en</strong> Op<strong>en</strong>GL sous Windows. Ceci permettra <strong>de</strong> jeter lesfondations d'une future plate-forme logicielle dédiée aux archéologues/paléontologueset d'autre part <strong>de</strong> faire tester les mo<strong>du</strong>les développés <strong>en</strong> situation réelle (p<strong>en</strong>dant lesfouilles, par exemple).Pour atteindre ces objectifs, le projet travaille avec le Laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong>Toulouse et l’IRIT. C’est dans le cadre <strong>de</strong> cette collaboration que s’inscrit ce <strong>stage</strong> quivise à reconstruire et analyser <strong>en</strong> 3D un bâton préhistorique dénommée bâton percé.2. Objectifs et méthodologie2.1. ObjectifsL’objectif principal <strong>de</strong> ce travail est <strong>de</strong> reconstruire <strong>en</strong> 3D le bâton percé.De façon spécifique il s’agit <strong>de</strong> :- numériser les <strong>de</strong>ux bouts <strong>du</strong> bâton percé,- rabouter virtuellem<strong>en</strong>t les <strong>de</strong>ux bouts par un recalage rigi<strong>de</strong>,- mettre <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce <strong>de</strong>s gravures,- Permettre une prés<strong>en</strong>tation muséographique.9Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
102.2 MéthodologieLa numérisation est l'étape ess<strong>en</strong>tielle, préalable à l’étu<strong>de</strong> 3D <strong>du</strong> bâton percé. Ellepermet <strong>de</strong> collecter les informations géométriques <strong>du</strong> bâton dont on souhaite avoir lemodèle 3D virtuel. C'est la base <strong>de</strong> l’étu<strong>de</strong> 3D <strong>du</strong> bâton percé.Un scannage 3D à 382 coupes <strong>du</strong> bâton percé était disponible au laboratoired’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse. Il a été réalisé à l’ai<strong>de</strong> <strong>du</strong> scanner XtremeCT. Cetteimage 3d issue <strong>de</strong> cette numérisation ne permettait pas d’avoir un bon r<strong>en</strong><strong>du</strong> <strong>du</strong> bâtonpercé.Pour affiner la représ<strong>en</strong>tation <strong>de</strong> l’image <strong>du</strong> bâton percé, nous avons effectué :- un micro scannage à 974 coupes avec la même technique XtremeCT,- un scannage utilisant la technique <strong>de</strong> projection <strong>de</strong> franges lumineuses.Les images issues <strong>de</strong> ces différ<strong>en</strong>ts scannages ont fait l’objet <strong>de</strong> reconstructions 3D.Ensuite ces représ<strong>en</strong>tations ont été comparées afin <strong>de</strong> choisir celle offrant un meilleurr<strong>en</strong><strong>du</strong>.Enfin, <strong>de</strong>s programmes notamm<strong>en</strong>t RapidForm a permis <strong>de</strong> mettre <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce lesgravures <strong>de</strong> tête <strong>de</strong> cheval sur le bâton percé.2.3. Matériels et OutilsIl a été mis à notre disposition une station <strong>de</strong> travail pour l’analyse et le traitem<strong>en</strong>td’image et une salle équipée d’un écran géant pour les différ<strong>en</strong>tes visualisations 3D.Les logiciels Amira, RapidForm et MeshLab ont été utilisé pour le traitem<strong>en</strong>t etvisualisation 3D <strong>du</strong> bâton percéAmira, dans sa version 4.0® a été utilisé pour la segm<strong>en</strong>tation et reconstruction 3D <strong>du</strong>bâton percé. Il s’agit d’un logiciel <strong>de</strong> modélisation et <strong>de</strong> visualisation 3D développé parla société Mercury Computer Systems. Ce logiciel fonctionne sous Unix et adapté pourWindows.RapidForm, dans sa version 2006, a permis <strong>de</strong> rabouter les maillages issus <strong>de</strong> Amirapour améliorer davantage la visualisation 3D <strong>du</strong> bâton percé. Ce programme a étédéveloppé par INUS Technology.La version 1.1.0 <strong>de</strong> MeshLab nous a permis <strong>de</strong> faire un découpage <strong>de</strong>s imagesreconstruites. Ce programme donne égalem<strong>en</strong>t l’avantage <strong>de</strong> ré<strong>du</strong>ire la taille <strong>de</strong>s imagespour optimiser leur manipulation.10Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
113. Objet d’étu<strong>de</strong> : le Bâton percé3.1. Prés<strong>en</strong>tation <strong>du</strong> bâton percéLes bâtons percés sont <strong>de</strong>s objets archéologiques <strong>en</strong> bois <strong>de</strong> r<strong>en</strong>ne, <strong>en</strong> os ou ivoire,datant généralem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> la pério<strong>de</strong> <strong>du</strong> paléolithique supérieur. Ces objets port<strong>en</strong>tgénéralem<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s gravures d’animaux (chevaux, poissons, bisons), mais aussi phallus etplus rarem<strong>en</strong>t vulves (Fig1). Ces décorations parfois abs<strong>en</strong>te ou rudim<strong>en</strong>taire,<strong>de</strong>vi<strong>en</strong>n<strong>en</strong>t, au Magdaléni<strong>en</strong>, très élaborées parfois originales.Les bâtons percés servirai<strong>en</strong>t à redresser les sagaies. Ils ont aussi été interprétés comme<strong>de</strong>s bâtons <strong>de</strong> comman<strong>de</strong>m<strong>en</strong>t, ils <strong>de</strong>vrai<strong>en</strong>t égalem<strong>en</strong>t servir à assouplir les lanières <strong>en</strong>cuir.La laugerie-basse.cervi<strong>de</strong>Montgaudier Mammifères marinsLe roc <strong>de</strong> Marcamps.Phallus à tête humaineGorge d'Enfer.Double phallusBâton percé <strong>du</strong> MHNTFig1 : spécim<strong>en</strong>s <strong>de</strong> bâton percéBâton d’Ishango11Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
12Des spécim<strong>en</strong>s <strong>de</strong> bâtons percés sont conservés au Muséum d’Histoire Naturelle <strong>de</strong>Toulouse (MHNT). Parmi ceux-ci se trouve le bâton qui fait l’objet <strong>de</strong> notre étu<strong>de</strong>(Fig 3). Ce bâton est taillé dans <strong>du</strong> bois <strong>de</strong> r<strong>en</strong>ne.Le MHNT ne dispose que d’un fragm<strong>en</strong>t <strong>de</strong> ce bâton, l’autre fragm<strong>en</strong>t se trouve auMusée <strong>de</strong>s Antiquités Naturelle <strong>de</strong> Saint Germain Laye à Paris (Fig 2). En effet, c’estdans les années 1990, qu’une opération <strong>de</strong> recollem<strong>en</strong>t et d'inv<strong>en</strong>taire <strong>de</strong>s collectionsm<strong>en</strong>ée par le Musée <strong>de</strong> Saint Germain a fait apparaître qu'un autre morceau appart<strong>en</strong>antà cet objet était connu au sein <strong>de</strong> la collection Lartet que conserve égalem<strong>en</strong>t cetétablissem<strong>en</strong>t.Fig 2 : recollage <strong>du</strong> fragm<strong>en</strong>t <strong>du</strong> MHNT et <strong>du</strong> fragm<strong>en</strong>t <strong>du</strong> MAN <strong>de</strong> St GermainCe bâton provi<strong>en</strong>t <strong>de</strong> la collection Edouard et Louis Lartet, achetée par la ville <strong>de</strong>Toulouse <strong>en</strong> 1911. Il provi<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s fouilles m<strong>en</strong>ées par E. Lartet et H<strong>en</strong>ry. Christy sur lesite <strong>de</strong> la Ma<strong>de</strong>leine.Le fragm<strong>en</strong>t exposé au MHNT porte une perforation à une extrémité et une gravure <strong>de</strong>tête <strong>de</strong> cheval. C’est une pièce d’<strong>en</strong>viron 10 cm <strong>de</strong> long et 1.3 cm <strong>de</strong> diamètre. Sadatation est estimée à 13 00 BP.Une reconstruction 3D <strong>de</strong> ces <strong>de</strong>ux fragm<strong>en</strong>ts par numérisation permettra uneexploitation muséographique virtuelle pour les <strong>de</strong>ux musées.3.2. Intérêt <strong>de</strong> la numérisation 3D <strong>du</strong> bâton percéLa numérisation permet d’avoir une représ<strong>en</strong>tation virtuelle <strong>de</strong>s objets.Pour faciliter, leur conservation, les objets sont exposés dans les vitrines au sein <strong>de</strong>smusées. Cep<strong>en</strong>dant cette forme d’exposition met à l’abri les objets mais elle ne permetpas <strong>de</strong> visionner toutes les facettes <strong>de</strong> l’objet. C’est ainsi que le bâton percé <strong>du</strong> MHNT àl’instar <strong>de</strong>s autres objets est exposé dans une vitrine plaquée au mur (Fig 3).12Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
13Bâton percéFig 3 : exposition <strong>de</strong>s bâtons percés au MHNTphoto MHNTCette forme d’exposition, ne met pas <strong>de</strong> percevoir les gravures sur le bâton. En outre lafragilité <strong>du</strong> bâton limite beaucoup sa manipulation. Une numérisation 3D <strong>du</strong> bâton estdonc nécessaire pour préserver le bâton et démultiplier les accès.Les techniques d’imagerie numérique permett<strong>en</strong>t une reconstruction 3D <strong>de</strong>s objets etmett<strong>en</strong>t davantage <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce les détails <strong>de</strong> l’image notamm<strong>en</strong>t les gravures sur bâtonpercé étudié.L’usage <strong>de</strong> ces nouvelles technologies apporte aux chercheurs archéologues etpaléontologues <strong>de</strong> nouvelles métho<strong>de</strong>s d’analyse dans leurs différ<strong>en</strong>tes étu<strong>de</strong>s réaliséessur les objets numérisés <strong>en</strong> 3D. Ces <strong>de</strong>rniers utilisai<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s photographies 2D et <strong>de</strong>s<strong>de</strong>ssins pour étudier les objets archéologiques.Une représ<strong>en</strong>tation numérique permet égalem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> visualiser la structure interne <strong>de</strong>sobjets. Outre ces avantages, les techniques d’imagerie permett<strong>en</strong>t les révélés sur lesobjets (mesures et interprétations).Ces techniques sont utilisées dans d’autres étu<strong>de</strong>s similaires notamm<strong>en</strong>t numérisation3D <strong>du</strong> bâton d’Ishango à Bruxelles et <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux fossiles humains à Toulouse.13Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
143.3. Quelques exemples concrets <strong>de</strong> numérisation 3DUne étu<strong>de</strong> <strong>en</strong> cours, le projet PRFB 01/01/2007 (Semal Patrick&De Maret Pierre )Elle porte sur la réalisation d'une plate-forme <strong>de</strong> numérisation et <strong>de</strong> rechercheinteractive favorisant la diffusion sci<strong>en</strong>tifique <strong>en</strong>tre les universités, les hautes écoles etles musées <strong>du</strong> Bruxelles.Dans le cadre <strong>de</strong> cette étu<strong>de</strong> a été <strong>en</strong>treprise la numérisation 3D <strong>du</strong> bâton d’Ishangohébergé à l’Institut Royale <strong>de</strong>s Sci<strong>en</strong>ces Naturelles <strong>de</strong> Belgique. Des techniques <strong>de</strong>numérisation hautes résolutions tel le scanner médical, le micro scanner et le scannage<strong>de</strong> surface ont été utilisé (Fig 4).L’un <strong>de</strong>s objectifs <strong>de</strong> ce projet était <strong>de</strong> démontrer l'intérêt <strong>de</strong> la numérisation d'un point<strong>de</strong> vue <strong>de</strong> la conservation mais aussi <strong>de</strong>s nouvelles voies d'étu<strong>de</strong> sci<strong>en</strong>tifique qu'elleautorise. Les pro<strong>du</strong>its issus <strong>de</strong> la numérisation ont permet d’avoir <strong>de</strong>s docum<strong>en</strong>tsmultimédia utilisés comme supports pédagogiques.Scanner médicalRelevé 3D <strong>de</strong>s <strong>de</strong>ux faces <strong>du</strong> bâtonMicro scan (35um)Fig 4 : images numérisation 3D bâton d’Ishangoimage IRSNB BruxellesEtu<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux fossiles humains <strong>de</strong> plus <strong>de</strong> 2 millions d’années grâce à une nouvelletechnique issue <strong>de</strong> la recherche spatialeCette étu<strong>de</strong> réalisée par le laboratoire d’antropobiologie <strong>de</strong> Toulouse avait pour objectif,d’analyser à une échelle microscopique, les mâchoires et le mo<strong>de</strong> <strong>de</strong> formation <strong>de</strong>s<strong>de</strong>nts <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux fossiles humains. Ces restes humains, exposés au « Transvaal Muséum »sont découverts <strong>en</strong> Afrique <strong>du</strong> sud il ya une cinquantaine d’années.Ces fossiles sont numérisés au MEDES à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong> la machine XtremeCT. Sur lesimages obt<strong>en</strong>ues les différ<strong>en</strong>ts tissus <strong>de</strong>ntaires, osseux sont isolés puis reconstruites14Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
15virtuellem<strong>en</strong>t, et notamm<strong>en</strong>t l’interface <strong>en</strong>tre l’émail et la <strong>de</strong>ntine, pour <strong>en</strong> appr<strong>en</strong>dredavantage sur la formation <strong>de</strong> la face et <strong>de</strong>s <strong>de</strong>nts <strong>de</strong> l’Australopithèque (Fig 5).Australopithecus africanusParanthropus robutusFig 5 : numérisation 3D bâton d’IshangoImage MEDESCette technologie permet aux chercheurs <strong>de</strong> recueillir <strong>de</strong>s informations anatomiques surl’évolution <strong>du</strong> patrimoine génétique <strong>de</strong> l’espèce humaine.15Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
164. Numérisation 3D4.1. Prés<strong>en</strong>tation <strong>de</strong> quelques scanners 3D et techniques utiliséesLa numérisation 3D <strong>de</strong>s objets <strong>de</strong> musées <strong>en</strong> vue <strong>de</strong> leur archivage ou <strong>de</strong> leurmanipulation se fait <strong>de</strong> plus <strong>en</strong> plus à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong> scanners 3D. Avec cette technique, nousavons l’avantage d’avoir une représ<strong>en</strong>tation numérique précise <strong>de</strong>s objets. Lanumérisation étant faite sans contact physique avec l’objet.Un scanner 3D est un appareil capable <strong>de</strong> générer <strong>de</strong>s données 3D manipulables par unordinateur grâce à un logiciel <strong>de</strong> traitem<strong>en</strong>t conçu à cet effet. Cet équipem<strong>en</strong>t estcapable <strong>de</strong> mesurer, d’<strong>en</strong>registrer plusieurs millions <strong>de</strong> points tridim<strong>en</strong>sionnels <strong>en</strong>quelques minutes, à une précision <strong>de</strong> quelques millimètres, à une <strong>de</strong>nsité pouvantatteindre plusieurs points au c<strong>en</strong>timètre.Les scanners 3D extrai<strong>en</strong>t d’une ou <strong>de</strong> plusieurs photographies d’un objet opaque sonrelief, <strong>en</strong> ayant recours à diverses techniques <strong>de</strong> « vision par ordinateur ».Ils sont généralem<strong>en</strong>t couteux et <strong>en</strong>combrants, la plupart <strong>de</strong>s scanners 3D nécessit<strong>en</strong>tl’interv<strong>en</strong>tion d’un technici<strong>en</strong>.Celui-ci doit veiller <strong>en</strong> particulier à « calibrer » précisém<strong>en</strong>t le système d’acquisitionavant toute nouvelle numérisation, car la plupart <strong>de</strong>s scanners 3D utilis<strong>en</strong>t le principe <strong>de</strong>la « triangulation », qui consiste à déterminer la position d’un point 3D dans l’espacepar intersection <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux droites non parallèles concourantes :- En vision monoculaire (une seule image disponible), ces <strong>de</strong>ux droites sont :une droite « épipolaire », qui passe par un point P2 <strong>de</strong> l’image et par le c<strong>en</strong>tre optique<strong>du</strong> système d’acquisition ; le rayon lumineux éclairant le point P3 situé à la surface <strong>de</strong>l’objet et conjugué <strong>de</strong> P2.Certains modèles utilis<strong>en</strong>t un faisceau laser : la détection <strong>du</strong> spot lumineux dans l’imagepermet <strong>de</strong> déterminer l’équation <strong>du</strong> rayon lumineux, d’autres utilis<strong>en</strong>t une lumièrestructurée, c'est-à-dire un motif régulier tel que les ban<strong>de</strong>s parallèles colorées. Dans les<strong>de</strong>ux cas, il faut connaître les équations <strong>de</strong>s 2 droites dans un repère commun, c'est-àdire« calibrer » le système d’acquisition.- En vision binoculaire ou vision stéréoscopique (<strong>de</strong>ux images prises sous <strong>de</strong>uxangles différ<strong>en</strong>ts) ces <strong>de</strong>ux droites sont <strong>de</strong>ux droites épipolaires définies par un point P2d’une image et par un point P2’ <strong>de</strong> l’autre image tel que P2 et P2’ correspon<strong>de</strong>nt à unmême point P3 <strong>de</strong> la surface <strong>de</strong> l’objet.A la nécessité <strong>de</strong> calibrage se rajoute donc dans ce <strong>de</strong>uxième cas <strong>de</strong> figure, la difficulté<strong>de</strong> « l’appariem<strong>en</strong>t », qui consiste à constituer <strong>de</strong> telles paires <strong>de</strong> points (P2, P2’).L’éclairage est généralem<strong>en</strong>t naturel, mais il arrive qu’une diapositive très texturée soitprojetée sur la surface <strong>de</strong> l’objet afin d’<strong>en</strong> augm<strong>en</strong>ter artificiellem<strong>en</strong>t la texture etfaciliter l’appariem<strong>en</strong>t.16Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
17- Une autre technique plus spécifiquem<strong>en</strong>t dédiée à la numérisation 3Dconsiste à placer l’objet sur une sellette que l’on fait tourner. Pour chacune <strong>de</strong>s Npositions <strong>de</strong> la sellette, la silhouette <strong>de</strong> l’objet est détectée dans l’image. Un « volume<strong>en</strong>globant » <strong>de</strong> l’objet est dé<strong>du</strong>it par intersection <strong>de</strong>s N cônes ayant pour sommet lec<strong>en</strong>tre optique <strong>du</strong> système d’acquisition et s’appuyant sur les contours <strong>de</strong>s N silhouettes.Néanmoins, il faut exprimer ces cônes dans un repère commun relatif à l’objet c'est-àdirecalibrer le système d’acquisition.De nouveaux systèmes <strong>de</strong> numérisation 3D n’utilisant qu’un appareil photographiqu<strong>en</strong>umérique voi<strong>en</strong>t le jour, ce sont <strong>de</strong>s systèmes facile à manipuler, fondés sur latechnique <strong>de</strong> la « stéréophotométrie ». Cette technique <strong>de</strong> vision par ordinateur consisteà pr<strong>en</strong>dre plusieurs photographies d’un même objet vu sous le même angle mais éclairédans différ<strong>en</strong>tes directions. Son principal avantage est qu’elle ne nécessite pas <strong>de</strong>calibrage précis car l’objet est fixé par <strong>rapport</strong> au système d’acquisition. Un autreavantage important est qu’elle fournit simultaném<strong>en</strong>t le relief <strong>de</strong> l’objet et sa texture,contrairem<strong>en</strong>t aux scanners 3D usuels qui ne fourniss<strong>en</strong>t que le relief. Les nouveauxscanners 3D permett<strong>en</strong>t d’éviter donc la manipulation délicate consistant à acquérir lerelief et la texture séparém<strong>en</strong>t, puis à plaquer la texture sur le relief. Ces systèmesutilis<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s technologies <strong>de</strong> triangulation pour convertir les nuages <strong>de</strong> points <strong>en</strong>modèles maillés.4.2. Numérisation 3D <strong>du</strong> Bâton percéLes systèmes utilisés pour la numérisation <strong>du</strong> bâton percé sont :- XtremeCT qui fonctionne à base <strong>de</strong> rayon X,- une caméra numérique utilisant une technique <strong>de</strong> projections <strong>de</strong> franges lumineuses,- et <strong>en</strong>fin le Packshot Creator pour le scan <strong>de</strong> surface.4.2.1. Numérisation 3D avec le micro scan XtremeCTLe bâton a été numérisé avec le micro scanner XtremeCT <strong>de</strong> la société SCANCO, auMEDES. Le micro scan XtremeCT a été développé sur <strong>de</strong>s fonds CNES, ESA et UnionEuropé<strong>en</strong>ne dans le cadre d’un projet europé<strong>en</strong> d’étu<strong>de</strong> <strong>de</strong> la qualité osseuse.Cette métho<strong>de</strong> <strong>de</strong> numérisation est simple à mettre <strong>en</strong> œuvre : un ordinateur équipé d’unlogiciel µCT Tomography V.5.2 est relié au scanner pour réaliser cette opération.Le système <strong>de</strong> scannage 3D XtremeCT est un système précalibré.Les images <strong>du</strong> bâton sont scannées avec une résolution isotopique <strong>de</strong> 41µm.17Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
18Quelques caractéristiques<strong>du</strong> numériseur XtremeCTNomTypeDiamètre max <strong>de</strong>balayage125 mmLongueur max <strong>de</strong>balayage150 mmRésolution 42 µmEpaisseur <strong>de</strong>s coupes 41-246 µmTemps min <strong>de</strong>balayage/ coupeDim<strong>en</strong>sions LxPxHPoidsXtremeCTin vivo humain1 s110 x 42 x 81cm475kgFig 6 : scanner XtremeCTLe scanner XtremeCT est généralem<strong>en</strong>t utilisé pour l’étu<strong>de</strong> <strong>de</strong>s os (la main, le pied),aussi le scannage <strong>de</strong> fossiles humains, <strong>de</strong> caoutchouc, mousse, aluminium, …).Il permet ainsi <strong>de</strong> mesurer à la fois la <strong>de</strong>nsité osseuse et la microarchitecture osseuse etd’obt<strong>en</strong>ir les paramètres <strong>de</strong> structure. Il utilise une métho<strong>de</strong> non invasive (sans<strong>en</strong>dommager les échantillons) <strong>de</strong> diagnostic c'est-à-dire qui n’<strong>en</strong>traine pas <strong>de</strong>pénétration ou <strong>de</strong> solution à l’intérieur <strong>de</strong> l’organisme.XtremeCT permet d’obt<strong>en</strong>ir <strong>de</strong>s images <strong>de</strong> très haute résolution. C’est alors qu’il<strong>de</strong>vi<strong>en</strong>t une technique très intéressante et adaptée à la numérisation <strong>du</strong> Bâton percé quiest un objet préhistorique, très précieuse et fragile.La numérisation avec le scanner s’est passée dans <strong>de</strong> très bonnes conditions.P<strong>en</strong>dant la numérisation pour l’immobiliser, le bâton a été placé dans une gouttièrecomme pour le scannage <strong>de</strong> la main. Nous avons toujours fait une prévisualisation <strong>en</strong>find’avoir une bonne position <strong>du</strong> bâton avant le scan. Une image est prise tous lesmillimètres. Ce qui nous a permis <strong>de</strong> faire exactem<strong>en</strong>t 974 coupes à raison d’une coupepar millimètre. L’image suivante illustre quelques tranches :18Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
19Fig 7 : coupes <strong>du</strong> micro scanImage MEDES 05mai 2007Ces coupes sont <strong>en</strong>suite "empilées" afin <strong>de</strong> créer une image. Cette opération a <strong>du</strong>réeexactem<strong>en</strong>t 2 heures. Ces coupes représ<strong>en</strong>t<strong>en</strong>t les tranches successives <strong>de</strong> la structure <strong>de</strong>l’objet.Vu la taille <strong>du</strong> bâton, pour avoir beaucoup plus <strong>de</strong> précision, nous avons opté pour unehaute résolution et avons choisi <strong>de</strong> faire plusieurs coupes plus que d’habitu<strong>de</strong> pour avoir<strong>de</strong> meilleurs résultats.La numérisation est faite sans contact avec le bâton ceci écarte tout risque <strong>de</strong>dégradation.Les images issues <strong>de</strong> cette numérisation sont <strong>de</strong> format RSQ. Ce format est converti <strong>en</strong>format ISQ, une opération qui peut pr<strong>en</strong>dre <strong>en</strong>viron <strong>de</strong>ux jours. Et <strong>en</strong>fin la conversionau format DICOM, format avec lequel nous allons travailler sur Amira pour importerles données.DICOM est le format standard <strong>de</strong> l'in<strong>du</strong>strie médicale pour les scans. C’est un formatassez lourd. Dans Amira, on peut exporter sous d’autres formats : TIF, EPS, JPG ouSTL qui sont <strong>de</strong>s formats plus simples et plus faciles à manipuler.19Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
204.2.2. Numérisation 3D par projection <strong>de</strong> frangesLes images ont été acquises à l'ai<strong>de</strong> d'un système basé sur la projection <strong>de</strong> franges.La numérisation 3D par projection <strong>de</strong> franges est une technique relativem<strong>en</strong>t simple àmettre <strong>en</strong> œuvre : <strong>en</strong> effet, il faut un vidéoprojecteur et une caméra CCD temps réelmontée sur un trépied connectée à un ordinateur équipé d’un logiciel, permett<strong>en</strong>t <strong>de</strong>faire l’acquisition et le traitem<strong>en</strong>t d’image.P<strong>en</strong>dant la numérisation la source lumineuse est ponctuelle et les autres sources <strong>de</strong>lumière sont éteintes pour ne pas diminuer le contraste <strong>de</strong>s franges.Le bâton a été placé <strong>en</strong> face <strong>de</strong> la caméra et <strong>du</strong> vidéoprojecteur. Son principe <strong>de</strong> base,consiste à projeter <strong>de</strong>s franges lumineuses rectilignes et parallèles sur la surface <strong>de</strong>l’objet à numériser.Le résultat obt<strong>en</strong>u se prés<strong>en</strong>te sous forme d’un nuage <strong>de</strong> points.La technologie <strong>de</strong> projection <strong>de</strong> franges fournit une numérisation avec une haute <strong>de</strong>nsité<strong>de</strong> points. Dans notre cas, nous avons eu jusqu'à 30 000 points. Une surface, représ<strong>en</strong>téepar un maillage triangulaire, doit alors être générée à partir <strong>de</strong> ce nuage <strong>de</strong> points.Avec une excell<strong>en</strong>te précision et une gran<strong>de</strong> fiabilité, la numérisation est faite sanscontact et elle est non <strong>de</strong>structive. Nous avons fait la numérisation 3D <strong>du</strong> bâton percéavec une haute précision.Nous avons procédé à plusieurs prises <strong>de</strong> vues <strong>en</strong> changeant régulièrem<strong>en</strong>t la position<strong>du</strong> bâton. Ce qui nous permettra <strong>de</strong> retrouver sur l’image finale l’<strong>en</strong>semble <strong>de</strong>s parties<strong>du</strong> bâton. Cette opération a <strong>du</strong>rée <strong>en</strong>viron 5 secon<strong>de</strong>s par acquisition.Cette technique est largem<strong>en</strong>t utilisée pour la numérisation 3D d’objets, le contrôle <strong>de</strong>qualité dans le domaine <strong>de</strong> l’in<strong>du</strong>strie, la biologie, la mé<strong>de</strong>cine et la recherche.On peut se représ<strong>en</strong>ter cet appareil schématiquem<strong>en</strong>t par l’image qui suit :vidéoprojecteurbâton percécaméraFig 19 : découpage <strong>de</strong>s images issues différ<strong>en</strong>tes techniques <strong>de</strong> numérisation20Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
214.2.3. Scan <strong>de</strong> surfaceA NOOMEO nous avons fait une première numérisation avec un équipem<strong>en</strong>t trèsmo<strong>de</strong>rne le Packshot Creator relié à un ordinateur et un logiciel associé : la version2.0.4<strong>du</strong> Packshot Creator pour Canon PowerShot A640. Ce système est facile à mettre <strong>en</strong>œuvre et comporte une interface <strong>de</strong> pilotage assez simple.La société Sysnext est à l'origine <strong>du</strong> concept Packshot Creator.Il est composé <strong>de</strong> divers accessoires <strong>de</strong>stinés à faciliter les acquisitions ce sont:- un caisson noir à (l’extérieur) et un fond blanc,- <strong>de</strong>s lampes fluoresc<strong>en</strong>tes à 6500K (lumière <strong>du</strong> jour),- un Canon PowerShot G9, 12,1 Mpixels,- un caisson lumineux <strong>de</strong> dim<strong>en</strong>sions 61x61x73 / 44,5x44, 5x49 cm pour le modèlemini,- un support <strong>en</strong> plexiglas pour placer les objets à photographier permet d’éliminer lesombres portées.Un calibrage <strong>du</strong> système est réalisé avant chaque mesure.La machine se prés<strong>en</strong>te comme suit :Fig 9 : Packshot CreatorQuelques caractéristiques <strong>du</strong> Packshot Creator :NomRésolutiond’imageTaille maximale<strong>de</strong>s objetsphotographiésTemps <strong>de</strong> scanPoidsPackshot Creator3264x2448 pixels <strong>en</strong> 300 dpi40x58x30 cm (prises <strong>de</strong> vue <strong>de</strong> <strong>de</strong>ssus) / 40x40x40cm (prises <strong>de</strong>vue <strong>de</strong> côté)Environ 5 secon<strong>de</strong>s/acquisition38kg21Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
22Avec une gran<strong>de</strong> simplicité d’utilisation, ce système est doté d’un <strong>en</strong>vironnem<strong>en</strong>tlumineux uniforme et constant. Nous avons placé le bâton percé à l’intérieur <strong>du</strong> caissonsur le plateau <strong>en</strong> plexiglas.Comme résultat <strong>de</strong> cette numérisation, nous avons obt<strong>en</strong>u <strong>de</strong>s images <strong>de</strong> hauterésolution sans ombre portée ni reflet sur l’image.Ce système <strong>de</strong> numérisation a fait ressortir les couleurs (textures) réelles <strong>du</strong> bâton.Nous avons réalisé plusieurs prises <strong>de</strong> vue ; pour cela, nous avons retournérégulièrem<strong>en</strong>t le bâton. Il faut noter qu’avec le Packshot Creator, on a une prise <strong>de</strong> vue<strong>en</strong> temps réel, ce qui nous permet d’ajuster la position <strong>du</strong> bâton pour la prévisualisationavant <strong>de</strong> lancer la capture d’image.Cet appareil peut être utilisé dans divers domaines : contrôle <strong>de</strong> qualité, banquesd’images, catalogues, e-commerce, etc.Les images issues <strong>de</strong> la numérisation peuv<strong>en</strong>t exporter sous divers format EBX, TIFF,JPEG.22Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
235. Reconstruction 3D <strong>du</strong> bâton percéDe manière générale, la reconstruction consiste à définir une fonction volumétrique <strong>de</strong>l'objet considéré et <strong>de</strong> générer <strong>de</strong>s triangles avec celle-ci. Le travail <strong>de</strong> reconstruction estlong, fastidieux, donc impose une conc<strong>en</strong>tration et une att<strong>en</strong>tion pour une bonneprés<strong>en</strong>tation virtuelle.Les coupes scannées <strong>en</strong> format DICOM sont utilisables directem<strong>en</strong>t sur le logicielAmira qui est un logiciel 3D utilisé <strong>en</strong> particulier dans l’imagerie médicale.Pour la suite, nous avons adopté les notations suivantes :Images 3D issues <strong>du</strong> XtremeCT (382 coupes)=scan CTImages 3D issues <strong>du</strong> XtremeCT (974 coupes)=micro scanImages 3d issues <strong>de</strong> la technique <strong>de</strong> projection <strong>de</strong> franges lumineuses=noomeo5.1. Reconstruction 3D scan CTUne image scannée par le laboratoire d’anthropobiologie <strong>de</strong> Toulouse a été mise à notredisposition. Nous avons visualisé les coupes <strong>de</strong> l’image scannée suivant différ<strong>en</strong>ts axesX, Y et ZFig 10 : visualisation <strong>de</strong>s coupes scannées (scan CT)Le modèle 3D a été créé à partir <strong>de</strong>s images scanners au format DICOM (382 coupes)issues <strong>du</strong> scan CT.La reconstruction 3D a donnée un maillage <strong>de</strong> 102 173 sommets et <strong>de</strong> 197 214 facettes.23Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
24Fig11 : Scan CT, visualisation 3D après reconstruction 3DCe premier résultat a r<strong>en</strong><strong>du</strong> possible une représ<strong>en</strong>tation <strong>en</strong> trois dim<strong>en</strong>sions <strong>du</strong> bâtonpercé dans toutes ses formes. La visualisation volumique a permit notamm<strong>en</strong>t lapénétration virtuelle dans l’objet et la découverte <strong>de</strong> sa structure interne.5.2. Reconstruction 3D <strong>de</strong>s images issues <strong>de</strong> la technique <strong>de</strong> projection<strong>de</strong> franges lumineusesAvec le nuage <strong>de</strong> 30 000 points obt<strong>en</strong>ues, le scannage 3D chez NOOMEO fit égalem<strong>en</strong>tl’objet d’une reconstruction 3D.Un maillage <strong>de</strong> 34 72 77 sommets 32 92 10 facettes a été obt<strong>en</strong>u.Fig 12 : noomeo, visualisation 3D après reconstruction 3DImage NOOMEO24Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
255.3. Reconstruction 3D <strong>de</strong>s images micro scanLe micro scan donne une image <strong>de</strong> 1000X1000 soit <strong>en</strong>viron 5 Go <strong>de</strong> données brutes.Cette taille ne permet pas directem<strong>en</strong>t la visualisation l’isosurface dans Amira commeavec le scan CT qui faisait seulem<strong>en</strong>t 382 coupes (une coupe fait 516 Ko soit <strong>en</strong>viron500 Mo.).Malgré la taille <strong>de</strong>s données, nous avons mis au point un protocole pour obt<strong>en</strong>ir unereprés<strong>en</strong>tation 3D surfacique.Protocole <strong>de</strong> reconstruction 3DIl s’agit <strong>de</strong> procé<strong>de</strong>r à <strong>de</strong>s découpages <strong>en</strong> sous-séries <strong>de</strong> 100 coupes, une segm<strong>en</strong>tationpar seuillage est réalisée, un sous échantillonnage, <strong>en</strong>fin le calcul d'isosurface, tout cecidans Amira.Nous avons exporté les fichiers au format STL ASCII. Ce format exploitable parRapidForm.Nous avons eu un écart à la jonction <strong>de</strong>s tranches dû probablem<strong>en</strong>t soit à une erreur lors<strong>du</strong> calcul d'isosurface, ou à une isosurface qui passe par le milieu d’un voxel laissant untrou. Sur l’image qui suit, nous pouvons apercevoir cette discontinuité <strong>en</strong>tre les coupes.Fig 13 : image avec forte discontinuité, Amira25Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
26Il nous a paru nécessaire <strong>de</strong> diminuer la discontinuité dans l’image. Pour y parv<strong>en</strong>irnous avons adopté les procé<strong>du</strong>res suivantes :Diminution <strong>de</strong> la discontinuité‣ La première démarche a consisté à pr<strong>en</strong>dre une coupe commune dans <strong>de</strong>uxtranches consécutives c'est-à-dire :- 1ère série <strong>de</strong> 0 à 100,- 2ème série <strong>de</strong> 100 à 200,- 3ème série <strong>de</strong> 200 à 300,Et ainsi <strong>de</strong> suite jusqu’à la 907ème coupe.Fig 14 : micro scan, visualisation 3D après reconstructionLe résultat est peu satisfaisant puisque il y a <strong>en</strong>core une forte discontinuité quevous pouvez remarquer sur l’image (Fig 14).‣ La <strong>de</strong>uxième démarche a consisté à pr<strong>en</strong>dre plus d'une coupe commune dans<strong>de</strong>ux tranches successives c'est-à-dire :- 1ère série <strong>de</strong> 0 à 100- 2ème série <strong>de</strong> 98 à 200- 3ème série <strong>de</strong> 198 à 300Et ainsi <strong>de</strong> suite jusqu’à la 907ème coupe.26Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
27Ainsi, nous avons obt<strong>en</strong>u les résultats suivants :micro scan, visualisation 3D après reconstructionmicro scan, cette partie <strong>de</strong>l’image fait apparaitre latête <strong>du</strong> chevalFig 15 : diminution discontinuitémicro scan, visualisation 3Daprès reconstruction, vu <strong>de</strong> prèsmaillage 3D micro scan CTFig 16 : micro scan, visualisation maillages 3D27Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
28Tableau <strong>de</strong>s maillages obt<strong>en</strong>usMaillages Coupes Nbre sommets Nbre facettesmaillage1 0-100 68 911 137 342maillage2 98-200 271 645 539 733maillage3 198-300 509 812 1 015 452maillage4 298-400 1 198 329 2 409 397maillage5 398-500 463 612 926 441maillage6 498-600 215 891 429 268maillage7 598-700 142 850 285 747maillage8 698-800 89 933 179 835maillage9 798-907 38 189 76 360TOTAL : 908 2 999 172 5 999 575Avec ces séries <strong>de</strong> 100 coupes, nous avons obt<strong>en</strong>u neuf maillages (RapidForm).Nous avons eu au total 2 999 172 sommets et 5 999 575 facettes. La surface est <strong>de</strong>220.37618 mm2. Pour la suite, il est nécessaire <strong>de</strong> recoller les neufs maillages.Comm<strong>en</strong>t rabouter les différ<strong>en</strong>ts maillages pour n'<strong>en</strong> obt<strong>en</strong>ir qu'un unique ?Le but est <strong>de</strong> fusionner <strong>de</strong>ux surfaces qui se recouvr<strong>en</strong>t légèrem<strong>en</strong>t. Avec RapidForm,nous avons recollé les neuf maillages obt<strong>en</strong>us (les sous séries <strong>de</strong> 100 coupes obt<strong>en</strong>usp<strong>en</strong>dant la reconstruction 3D) pour <strong>en</strong> obt<strong>en</strong>ir qu’un seul. Ceci a donné le résultatsuivant:Fig 17 : micro scan, visualisation 3D <strong>de</strong>s maillages recollés28Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
29Il faut noter qu’avec le maillage obt<strong>en</strong>u, nous avons eu les mêmes nombres <strong>de</strong> sommetset facettes c’est à dire: 2 999 172 sommets et 5 999 575 facettes. Ceci prouve qu’aveccette opération, on a aucune perte <strong>en</strong> information (fig 17). Par contre, avec cetteopération, on se retrouve avec un fichier volumineux d’<strong>en</strong>viron 2 Go au format STL. Enconséqu<strong>en</strong>ce, il faut ré<strong>du</strong>ire la taille <strong>du</strong> fichier.Ré<strong>du</strong>ction <strong>de</strong> la taille <strong>du</strong> fichierNous avons utilisé RapidForm pour ré<strong>du</strong>ire la taille <strong>du</strong> fichier tout <strong>en</strong> pr<strong>en</strong>ant <strong>en</strong> compteles paramètres <strong>de</strong> qualité : "try to preserve mesh quality" + "do not modify boundaryedges" pour ré<strong>du</strong>ire d’un facteur <strong>de</strong> 10 <strong>du</strong> nombre <strong>de</strong> facettes. Ces paramètrespermett<strong>en</strong>t d’essayer <strong>de</strong> préserver la qualité <strong>de</strong> maillage.Le nombre <strong>de</strong> facettes est passé <strong>de</strong> 5 999 575 à 586 407 facettes et les sommets <strong>de</strong> 2999 172 à 296 321 sommets, la surface fait 210 88 mm2 et le volume 14.94mm3.Avec ce résultat, nous constatons une dégradation (apparition <strong>de</strong> trou) visible sur laFig 18.Fig 18 : Ré<strong>du</strong>ction <strong>du</strong> nombre <strong>de</strong> facettes avec RapidFormPour cela nous avons aussi utilisé MeshLab. Le fichier au format STL a été converti auformat PLY pour ré<strong>du</strong>ire sa taille sur le disque. Ensuite, nous avons reconverti auformat STL. Cette métho<strong>de</strong> donne ré<strong>du</strong>it la taille <strong>du</strong> fichier tout <strong>en</strong> conservant la qualité<strong>de</strong> l’image.Pour la suite, nous allons utiliser ce fichier qui fait maint<strong>en</strong>ant <strong>en</strong>viron 300 Mo.En somme l’<strong>en</strong>semble <strong>de</strong> ces techniques ont permis <strong>de</strong> reconstruire <strong>en</strong> 3D <strong>du</strong> bâtonpercé. Cette forme <strong>de</strong> représ<strong>en</strong>tation offre la possibilité <strong>de</strong> naviguer virtuellem<strong>en</strong>t autouret à l’intérieur <strong>du</strong> bâton percé. On peut égalem<strong>en</strong>t s’arrêter sur <strong>de</strong>s points <strong>de</strong> vusparticuliers, zoomer.29Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
306. Comparaison <strong>de</strong>s images issues <strong>de</strong>s trois techniques <strong>de</strong>numérisationRappelons qu’un <strong>de</strong>s objectifs primordiaux <strong>de</strong> la reconstruction 3D <strong>du</strong> bâton percé estd'obt<strong>en</strong>ir les meilleures compromis <strong>en</strong>tre d’une part, une résolution « acceptable »livrant toutes les informations souhaitées <strong>en</strong> fonction <strong>de</strong>s besoins, soit sci<strong>en</strong>tifiques, soit« grand public », d’autre part, une bonne manipulation <strong>de</strong> l’objet par <strong>de</strong>s moy<strong>en</strong>sinformatiques.Pour vali<strong>de</strong>r donc la qualité <strong>de</strong>s images 3D obt<strong>en</strong>ues par le micro scan, nous les avonscomparés à ceux fournis par le scan CT (382 coupes) et le scan noomeo.Sur chaque image, seule la partie cont<strong>en</strong>ant la tête <strong>du</strong> cheval a été conservée (Fig21), cequi <strong>en</strong>traîne une ré<strong>du</strong>ction considérable <strong>du</strong> nombre <strong>de</strong> sommets et <strong>de</strong> facettes. Cettesélection a été réalisée avec le logiciel MeshLab et la visualisation dans RapidForm.Le découpage donne les images suivantes :scan CTscan noomeomicros scanFig 19 : découpage <strong>de</strong>s images issues différ<strong>en</strong>tes techniques <strong>de</strong> numérisationLe tableau qui suit prés<strong>en</strong>te le nombre <strong>de</strong> points <strong>de</strong> chaque image avant et aprèsl’extraction <strong>de</strong> la zone d’intérêt. Rappelons que la zone d’intérêt est la partie cont<strong>en</strong>antla tête <strong>du</strong> cheval.Scanners 3DNombre <strong>de</strong>sommets avantsélection <strong>de</strong> lazone d’intérêtNombre <strong>de</strong>sommets aprèssélection <strong>de</strong> la zoned’intérêtNombre <strong>de</strong>facettes avantsélection <strong>de</strong> lazone d’intérêtNombre <strong>de</strong>facettes aprèssélection <strong>de</strong> lazone d’intérêtSCAN CT 591 642 204 609 197 214 68 203NOOMEO 987 630 276 564 329 210 92 188Micro scan 2 999 172 914 263 5 999 575 1 830 05830Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
31Le tableau suivant donne les caractéristiques <strong>de</strong>s images scan CT et micro scanScanners MaillagesNbre <strong>de</strong>3D Sommets-facettes coupesRésolutionScan CT 591 642-197 214 382 60µmMicro scan 2.999 172-5 999 575 908 41µmLe scan noomeo : 987 630 sommets et 329 210 et 30 000 nuages <strong>de</strong> points.Ce tableau montre les capacités <strong>de</strong> ces nouvelles techniques à fournir une imageprécise. Une comparaison visuelle permet <strong>de</strong> constater que, sans utiliser <strong>de</strong> lissageparticulier, la qualité <strong>de</strong> l’image micro scan est supérieure aux images issues <strong>de</strong> XtremeCT-382 coupes et techniques <strong>de</strong> franges lumineuses (Fig 21).L’inconvéni<strong>en</strong>t avec la technique <strong>de</strong> numérisation par projection <strong>de</strong> franges est ladispersion <strong>de</strong> la lumière émise par le vidéoprojecteur sur le bâton percé <strong>de</strong> petite taille.En effet, la lumière projetée n’arrive pas avec la même int<strong>en</strong>sité sur la surface <strong>du</strong> bâtonpercé. Cette situation <strong>en</strong>traine une perte <strong>de</strong> qualité notamm<strong>en</strong>t dans les extrémités <strong>de</strong>l’objet numérisé.A 41µm et avec une coupe tous les uns millimètre, la technique XtremeCT donne unebonne représ<strong>en</strong>tation <strong>du</strong> bâton percé <strong>en</strong> 3D proche <strong>de</strong> la réalité. Ainsi cette image a étéret<strong>en</strong>ueLa principale limitation dans l'analyse à haute résolution ne se situe pas seulem<strong>en</strong>t auniveau <strong>de</strong> l'acquisition ; mais aussi au niveau <strong>de</strong>s logiciels d'analyses et <strong>de</strong>reconstruction.Configuration hardware :Machine1 : <strong>en</strong>viron 3 Go <strong>de</strong> processeur, 4 Go <strong>de</strong> mémoire, OS Windows.Machine2 : 2 Go <strong>de</strong> processeur, 2Go <strong>de</strong> mémoire, OS Windows.Windows ne reconnait que 3 gigas avec Amira ; même si il y a 4 gigas sur la machine3D. Amira plante sous Windows. Pour les larges volumes <strong>de</strong> données, il faut utiliser lafonction « large data sets » et cela ral<strong>en</strong>tit la machine.Par contre avec 4 gigas sous linux, il est possible d'effectuer <strong>de</strong>s r<strong>en</strong><strong>du</strong>s <strong>de</strong> surface.Pour les travaux futurs, nous conseillons la configuration minimale suivante:- Une station sous linux <strong>en</strong>viron 8 GB <strong>de</strong> RAM- <strong>de</strong>ux cartes nvidia <strong>en</strong> SLI (minimum 512 Mb <strong>de</strong> mémoire vidéo).- Une machine avec un r<strong>en</strong>forcem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> mémoire.Cela permet <strong>de</strong> travailler correctem<strong>en</strong>t avec <strong>de</strong>s données micro scannées. Sous linux,tout est plus simple, un système 32 bit reconnait 4 giga et vraim<strong>en</strong>t et un système 64peut monter à plus <strong>de</strong> 8 gigas.Si l'on veut étudier la taphonomie, év<strong>en</strong>tuellem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> mo<strong>de</strong> <strong>de</strong> façonnage <strong>de</strong>s objetsdans une perspective patrimoniale, un scanner XtremeCT est un outil remarquable.31Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
32Recalage les images scan CT, scan noomeo et micro scanPour visualiser les écarts <strong>en</strong>tre les images obt<strong>en</strong>ues <strong>de</strong>s différ<strong>en</strong>tes techniques, nousavons fait un recalage rigi<strong>de</strong> à l’ai<strong>de</strong> <strong>du</strong> logiciel RapidForm (Fig 20). En effet, lesdonnées fournies par le MEDES et NOOMEO n’ont pas les mêmes référ<strong>en</strong>ces elles nesont pas numérisées avec les mêmes outils. Elles serv<strong>en</strong>t <strong>de</strong> repères à un algorithme <strong>de</strong>mise <strong>en</strong> correspondance pour trouver automatiquem<strong>en</strong>t les points homologues <strong>en</strong>tre<strong>de</strong>ux images appariés. À partir <strong>de</strong> ces points appariés, nous calculons sur unetransformation <strong>de</strong> l'espace qui superpose images <strong>de</strong>ux à <strong>de</strong>ux.Le recalage donne le résultat suivant :Recalage scan CT et noomeoRecalage Scan CT micro scanRecalage noomeo micro scanFig 20 : recalage Scan CT, scan noomeo et micro scanCette métho<strong>de</strong> automatique nous a permis <strong>de</strong> visualiser <strong>en</strong> trois dim<strong>en</strong>sions, l’écart<strong>en</strong>tre les images 3d scan CT, scan noomeo et micro scan.32Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
337. Mise <strong>en</strong> valeur <strong>de</strong>s gravuresPour faire ressortir les gravures nous avons utilisé les rayons <strong>de</strong> courbures avecRapiForm et nous avons visualisé les lignes <strong>de</strong> crêtes avec le logiciel « Op<strong>en</strong> Source »CGAL 3.0.RapidForm parcourt chaque point <strong>de</strong> la surface où il calcule les rayons <strong>de</strong> courbureminimum et maximum <strong>de</strong> la surface <strong>en</strong> ce point. Il s’agit donc <strong>de</strong> calculer la répartition<strong>de</strong>s courbures sur la surface acquise.Nous avons obt<strong>en</strong>u les visualisations suivantes :Fig 21: scan CT, mise <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce <strong>de</strong>s gravures via la mesure <strong>de</strong>srayons <strong>de</strong> courbureEn déplaçant la souris sur cette l’image, on peut voir la valeur <strong>de</strong>s courbures <strong>en</strong> tempsréel. Les courbures colorées <strong>en</strong> rouge représ<strong>en</strong>t<strong>en</strong>t les parties profon<strong>de</strong>s <strong>de</strong> l’image.Elles permett<strong>en</strong>t d’i<strong>de</strong>ntifier les gravures et d’<strong>en</strong> voir la succession régulière.Sur la (Fig 21), si l’on se conc<strong>en</strong>tre sur la tête <strong>du</strong> cheval, on s’aperçoit que les détailssont plus marqués.Nous avons procé<strong>de</strong>r égalem<strong>en</strong>t à l’extraction automatique <strong>de</strong>s lignes <strong>de</strong> crêtes quicorrespon<strong>de</strong>nt aux lignes principales sur chacune <strong>de</strong>s images avec CGAL 3.0.33Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
34Lignes <strong>de</strong> crêtesLignes <strong>de</strong> crêtes, arrière <strong>du</strong> bâtonSurface correspondantesSurface correspondantesFig 20 : scan CT visualisation <strong>de</strong> lignes <strong>de</strong> crêtes (Scan-CT), CGAL 3.0Ces lignes <strong>de</strong> crêts ont permis <strong>de</strong> mettre <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce la tête <strong>du</strong> cheval ainsi que d’autresgravures que vous pouvez apercevoir.Ces <strong>de</strong>ux métho<strong>de</strong>s préce<strong>de</strong>ntes sont difficilem<strong>en</strong>t applicables au micro scan CT <strong>du</strong> fait<strong>de</strong>s raccords qui empêche <strong>de</strong> lire le fichier 3D.34Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
35Conclusion et perspectivesCe travail a permis <strong>de</strong> numérisé et <strong>de</strong> reconstruire <strong>en</strong> 3D le fragm<strong>en</strong>t <strong>du</strong> bâton percéconservé au Muséum d’Histoire Naturelle <strong>de</strong> Toulouse.Cette numérisation permet <strong>de</strong> valoriser spécim<strong>en</strong> <strong>du</strong> bâton percé sur plananthropologique et muséographique.Plusieurs techniques ont été utilisé pour la reconstruction <strong>de</strong> l’image <strong>du</strong> bâton percé : lescannage XtremeCT 382 et 974 coupes et par projection <strong>de</strong> franges lumineuses.Les images acquises ont fait l’objet <strong>de</strong> comparaison visuelle et <strong>de</strong> recalage rigi<strong>de</strong>.L’image résultante <strong>du</strong> micro-scannage s’est avérée plus proche <strong>du</strong> bâton réel.Grâce aux acquisitions avec le micro scan il est possible <strong>de</strong> réaliser <strong>de</strong>s étu<strong>de</strong>santhropologiques <strong>du</strong> bâton percé dans tous ces détails. La résolution <strong>de</strong> l’image permet<strong>de</strong> mettre <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce les gravures comme la tête <strong>de</strong> cheval.La reconstruction 3D <strong>du</strong> bâton percé permet une manipulation aisée <strong>du</strong> bâton par leschercheurs sans risque <strong>de</strong> dommages. Il s’agit d’une technique d’expositionmuséographique virtuelle facilitant l’accès et diffusion aux grands publics et auxchercheurs. En revanche, la représ<strong>en</strong>tation virtuelle à travers la numérisation et lareconstruction 3D ne constitue pas une substitution aux objets réels <strong>du</strong> musée. Lareprés<strong>en</strong>tation virtuelle ne permet par l’interprétions <strong>de</strong> certains propriété qui nécessitele contact physique avec l’objet.Les techniques d’imagerie numériques s’appliqu<strong>en</strong>t bi<strong>en</strong> au domaine <strong>de</strong> l’archéologie.En effet, la numérisation 3D peut être utilisée par les archéologues comme un outil pourla visualisation 3D, la reconstruction et d’interprétation <strong>du</strong> <strong>de</strong>gré <strong>de</strong> minéralisation <strong>de</strong>sobjets.L’objet archéologique représ<strong>en</strong>te un point d’intérêt <strong>de</strong> plusieurs disciplines et peuv<strong>en</strong>tfaire l’objet d’une étu<strong>de</strong> pluridisciplinaire <strong>en</strong>tre les archéologues, les conservateurs <strong>de</strong>musés, les anthropologues et les spécialistes d’imagerie numérique.La numérisation et la reconstruction 3D <strong>de</strong>s <strong>de</strong>ux fragm<strong>en</strong>ts <strong>du</strong> bâton percé <strong>du</strong> muséum<strong>de</strong> Toulouse et Paris permettrait <strong>de</strong> reconstituer le bâton et <strong>de</strong> disposer d’une imagevirtuelle <strong>de</strong> ce <strong>de</strong>rnier dans les <strong>de</strong>ux musées.En plus <strong>de</strong>s limitations <strong>de</strong>s techniques <strong>de</strong> scannage, l’outillage informatique peut influersur les délais <strong>de</strong> traitem<strong>en</strong>t et d’analyse <strong>de</strong> l’image. L’utilisation <strong>du</strong> systèmed’exploitation Linux permettrait d’améliorer le temps <strong>de</strong> chargem<strong>en</strong>t et <strong>de</strong> traitem<strong>en</strong>t<strong>de</strong>s images.Au plan personnel, ce travaille m’a permis <strong>de</strong> mettre <strong>en</strong> pratique l’<strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>t reçu.La qualité <strong>du</strong> matérielle utilisé a permis d’aboutir aux résultats escomptés. Le <strong>stage</strong> m’adonné l’opportunité <strong>de</strong> manipuler <strong>de</strong>s nouveaux logiciels traitem<strong>en</strong>t et analyse d’image3D.De façon générale ce travail m’a permis d’amélioré mes connaissances dans le domaine<strong>de</strong> la modélisation et <strong>de</strong> la reconstruction 3D.Les connaissances acquises me serviront au niveau <strong>du</strong> mémorial <strong>du</strong> Mali où jem’occupais <strong>de</strong> la numérisation et valorisation <strong>du</strong> patrimoine.35Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
36Bibliographie3D Imaging, and Mo<strong>de</strong>ling, 3D-Heritage: 02-2008, 3D Technologies for CulturalHeritage Applications, Jean-Angelo Beraldin (Angelo) Research Officer VisualInformation Technology, NRC Institute for Information Technology1200 Montreal RoadNumérisation <strong>de</strong>s restes humains néan<strong>de</strong>rtali<strong>en</strong>s belgesPréservation patrimoniale et exploitation sci<strong>en</strong>tifique Patrick SEMAL, MichelTOUSSAINT, Bruno MAUREILLE, Hélène ROUGIER, Isabelle CREVECOEUR,Antoine BALZEAU, Linda BOUCHNEB, Stéphane LOURYAN, Nora DE CLERCK &Léon RAUSIN, 2005.3D image processing for the study of the evolution of the shape of the human skullpres<strong>en</strong>tation of the tools and preliminary resultsGérard SUBSOL1, Bertrand MAFART2, Marie-Antoinette DE LUMLEY2, AlainSILVESTRE, 2002Virtual Reconstruction of Heritage <strong>Site</strong>s: Opportunities and Chall<strong>en</strong>ges Created by 3DTechnologiesBeraldin, J.-A., Picard, M., El-Hakim, S., Godin, G. Borgeat, L.,Blais, F., Paquet, E., Rioux, M., Valzano, V., and Bandiera, A.May 2005Projet Ishango 2007-2008, SEMAL Patrick & De MARET Pierre, Crevecoeur Isabelle.Une imagerie à la portée <strong>de</strong> tous ?Application aux collections d'Anthropologie et <strong>de</strong> Préhistoire <strong>de</strong> l'Institut royal <strong>de</strong>sSci<strong>en</strong>ces naturelles <strong>de</strong> Belgique,Patrick Semal ; Antoine Balzeau ; Isabelle Crevecoeur et Hélène Rougier avril 2007.3D computer assisted craniofacial reconstruction G.subsol, Ph.D, September 2002Reconstructing a 3D structure from serial histological sectionsS. Ourselin, A. Roche, G. Subsol, X. P<strong>en</strong>nec, N. Ayache , juin 2007Les collections muséographiques <strong>en</strong> 3D par microtomographie rayons X,Juli<strong>en</strong> NOEL , Gérard SUBSOL , Bertrand MAFART, Gaspard GUIPERT, Jean-Dominique GASCUEL , novembre 2005Reconstitution d'un crâne <strong>en</strong> paléontologie, Trophées <strong>de</strong> l'AFPR - Trophée <strong>de</strong> lameilleure étu<strong>de</strong> - Assises 2001Quand Patrimoine et haute-technologie se r<strong>en</strong>contr<strong>en</strong>t...,36Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
37article <strong>de</strong> Bernard Tilk<strong>en</strong>s, Deios S.A. Liege Sci<strong>en</strong>ce Park – Spatiopole, novembre 2007TRIDIMENSIONAL DIGITIZING OF DONATELLO.S MADDALENAG. Guidi1, M. Pieraccini1, S. Ciofi1, V. Damato1, J.-A. Beraldin2, C. Atz<strong>en</strong>i1Têtes sculptés <strong>de</strong> la faça<strong>de</strong> <strong>de</strong> la maison <strong>de</strong> Tavel, 2006, Conservation <strong>du</strong> patrimoinearchitectural, école d’Ingénieur <strong>de</strong> G<strong>en</strong>èveSilhouette and Stereo Fusion for 3D Object Mo<strong>de</strong>lingCarlos Hern´an<strong>de</strong>z Esteban and Francis SchmittSignal and Image Processing Departm<strong>en</strong>t, CNRS UMR 5141Numérisation 3D <strong>de</strong> docum<strong>en</strong>ts par photogrammétriePierre Cubaud – Jean-François Haas – Alexandre Topol37Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
38ANNEXEAnnexe 1 : OrganigrammeDirecteur CRUBEZY Eric PR1 AnthropobiologieSecretariat HILLAT Line TCN CNRSEquipe 1Peuplem<strong>en</strong>t et co-évolution homme milieuResponsables: LARROUY Georges et LUDESBertrandEquipe 2Paléoanthropologie et Imagerie anatomiqueResponsables : ROUGE Daniel et BRAGAJoséDUGOUJON Jean-Michel DR2 CNRSLODTER Jean-Philippe PU PH UPSGIBERT Morgane CR1 CNRSPOMAR Philippe PU PH UPSDABERNAT H<strong>en</strong>ri PU PH UPSROUGE Daniel PU PH UPSMAGNAVAL Jean-François PU PH UPS TELMON Norbert PU PH UPSCRUBEZY Eric PU UPSBRAGA José PU UPSLARROUY Georges PU émérite UPSGRIMOUD Anne-Marie MCU PH UPSLUDES Bertrand PU PH Univ.Strasbourg I TREIL Jacques Méd. Clinique PasteurKEYSER Christine MCU Université Strasbourg I BOU Christophe MCU PH Bor<strong>de</strong>aux IIISEVIN André IR1 CNRSDEDOUIT FabriceThèseGUITARD Evelyne TCE CNRSESCLASSAN RémiThèseCALVIERE-TONASSO Laure Technici<strong>en</strong>ne UPS LUCAS SimonThèseRICAUT François-Xavier Chercheur associé BAYLE Pricilia ThèseAMORY Sylvain Post.doctorantLE CABEC A<strong>de</strong>line ThèseCOUDRAY Clotil<strong>de</strong> Post.doctorantHEUZE Yann Post.doctorantMAZIERES Stéphane Post.doctorantCOQUERELLE Michael ThèseTHEVES Catherine Post.doctorantOUEISS Arlette ThèseDONAT Richard ThèseRAZAFINDRAZAKA Harilanto ThèseSENEGAS Nicolas ThèseBRUCATO Nicolas ThèseLARROUY D<strong>en</strong>ise Secrétaire Bénévole38Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
39Annexe2 : Caractéristiques <strong>de</strong>s logiciels utilisésAmira-R<strong>en</strong><strong>du</strong> semi-transpar<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s tranches orthogonales ou obliques-R<strong>en</strong><strong>du</strong> <strong>en</strong> pseudo-couleurs, modification <strong>de</strong>s tables <strong>de</strong> couleurs-Combinaison avec <strong>de</strong>s plans <strong>de</strong> coupesFiltres-Applicables <strong>en</strong> 2 et 3 dim<strong>en</strong>sions : médian, unsharp masking, équalisation -d'histogramme, Laplace, Gauss, Lanczos, Sobel, ...-Crop 3D interactif-Opérations arithmétiquesSegm<strong>en</strong>tationMultiples outils <strong>de</strong> la baguette magique 3D aux outils <strong>de</strong> propagation <strong>de</strong> contours.R<strong>en</strong><strong>du</strong> surfaciqueR<strong>en</strong><strong>du</strong> volumiqueCette application permet <strong>de</strong> :visualiser <strong>en</strong> temps réel et à différ<strong>en</strong>ts <strong>en</strong>droits d’un objet,manipulation d'un objet 3D,RapidForm•Reconstruction 3D•Outils complets <strong>de</strong> nettoyage <strong>de</strong>s nuages <strong>de</strong> points.• Technologie <strong>de</strong> triangulation pour convertir les nuages <strong>de</strong> points <strong>en</strong> modèles maillés.• Enregistrem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> numérisations multiples pour aligner tous les plans <strong>en</strong>semble.• Fusion avancée <strong>de</strong> numérisations multiples pour créer <strong>de</strong>s modèles maillés completssans chevauchem<strong>en</strong>t.•Fonction intellig<strong>en</strong>te <strong>de</strong> remplissage <strong>de</strong> trous, y compris le remplissage selon lacourbure.• Gui<strong>de</strong> intellig<strong>en</strong>t <strong>de</strong> réparation <strong>de</strong> maillage.• Technologie <strong>de</strong> décimation permettant <strong>de</strong> ré<strong>du</strong>ire intelligemm<strong>en</strong>t la taille <strong>de</strong>s données.• Très gran<strong>de</strong> capacité <strong>de</strong> traitem<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s données (>30M polygones) et temps <strong>de</strong>traitem<strong>en</strong>t rapi<strong>de</strong>s avec support <strong>de</strong> processeur double.Cette application RapidForm permet le partage, la compression, la visualisation, lamesure et la cotation <strong>de</strong>s données 3D sous Windows.La possibilité <strong>de</strong> manipuler <strong>de</strong> gros nuages <strong>de</strong> points avec RapidForm 2006.RapidForm peut importer <strong>de</strong>s données <strong>de</strong> nombreux formats in<strong>du</strong>striels : MDL, PLY,STL, 3DS, OBJ, mais aussi dans 20 formats propres aux différ<strong>en</strong>ts scanners <strong>du</strong> marché.Nuages <strong>de</strong> points, polygones, courbes et surfaces NURBS, soli<strong>de</strong>s B-rep, cartes <strong>de</strong>déviation, dim<strong>en</strong>sions géométriques et tolérances mo<strong>de</strong>lées peuv<strong>en</strong>t être visualiséessimultaném<strong>en</strong>t.39Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia
40MeshLabCe système est basé sur la bibliothèque VCG développé à l'Visual Computing Lab <strong>de</strong>l'ISTI – CNR.II est disponible pour les plates formes Windows, Linux et Macintosh. Meslab.Il permet la reconstruction 3D <strong>de</strong> surfaces à partir <strong>de</strong> points.Il permet la sélection interactive et la suppression d’une portion <strong>du</strong> maillage même pour<strong>de</strong> grands modèles. Il permet le lissage, possè<strong>de</strong> une fonction automatique <strong>de</strong>remplissage <strong>de</strong> trous, <strong>de</strong> simplification <strong>de</strong> maillage, application <strong>de</strong>s filtres,permet d’effectuer <strong>de</strong>s mesures, suppression <strong>de</strong> petits composants isolésIl permet <strong>de</strong> fusionner plusieurs maillages d’une reconstruction <strong>de</strong> surface avec safonction Poisson reconstruction.<strong>de</strong>s outils <strong>de</strong> r<strong>en</strong><strong>du</strong>Pour la suppression <strong>du</strong> bruit, généralem<strong>en</strong>t prés<strong>en</strong>ts dans les surfaces acquises,Sous MeshLab les fichiers peut être exporté sous divers formatPLY, STL, OBJ, 3DS, VRML, PDF etc.40Rapport <strong>de</strong> <strong>stage</strong> septembre 2008Master 2 PRO Images & Multimédia