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Aurélie BAUMEL |
RELEVE PHOTOGRAMMETRIQUE EN ARCHEOLOGIE MEDIEVALE GESTION DE DONNEES ET RELEVE PIERRE-A-PIERRE AVEC L’ARPENTEUR
(AN ARCHITECTURAL PHOTOGRAMMETRIC NETWORK TOOL FOR
EDUCATION AND RESEARCH)
Société d’accueil : MAP GAMSAU
Directeur (directrice) du PFE : M. Pierre DRAP
Correcteurs : M. Pierre GRUSSENMEYER et Mme Tania LANDES
PFE présenté par : Aurélie Baumel
Introduction
Le stage s’est déroulé dans le cadre d’un proj et pluridisciplinaire nommé ARPENTEUR (an ARchitectural PhotogrammEtric Network Tool for EdUcation and Research). Une équipe d’archéologues de l’université italienne participe à ce tte collaboration en tant qu’intervenant extérieur. Les archéologues fournissent le terrain d’expérimentation du logiciel. Cette équipe, travaillant depuis une quinzaine d’années sur le système de fortification des croisés dans la zone de Petra en Jordanie, a accumulé de nombreuses données rassemblées dans un SGBD (Système de Gestion de Base de Données). Afin de reprendre ces données et d’y ajouter un module de photogrammétrie ainsi qu’un module de visualisation des données mesurées, un nouveau module a été développé. Lors du développement d’un logiciel, une phase de tests et de debugage est nécessaire. Avant de réaliser cette étape il a été important de s’intéresser aux améliorations passées du logiciel. Ensuite un calcul de répétabilité a été réalisé avant la phase de saisie suivant les critères des archéologues.
1. Le logiciel ARPENTEUR au début de l’étude
Mon étude s’est limitée aux données photogrammétriques du château de Shawbak et plus particulièrement de deux portes fortifiées appelées CF5 et CF3.
Le projet ARPENTEUR est développé par deux équipes de recherche de l'UMR MAP 694 (GAMSAU situé à l'ENSA de Marseille et PAGE situé à l’INSA de Strasbourg.
Le logiciel ARPENTEUR, programmé enlangage Java, fonctionne à l’aide d’une plateforme Internet exécutable comme un applet. Il est dédié à des utilisateurs non photogrammètres travaillant à distance
et se veut facile d’utilisation.
Le logiciel est composé de plusieurs modules de mesure : le module corail, le module pierre- à-pierre et le module amphore. Le module pierre-à-pierre, le seul utilisé lors de mon projet, permet de saisir les blocs (surface extrudée) de trois manières différentes :
- Effectuer une mesure en stéréo des points définissant une pierre et ensuite extruder cette surface (vecteur d’extrude perpendiculaire à la surface)
- Définir une primitive, digitaliser une surface grâce à une seule photo en utilisant la corrélation, et l’extruder (vecteur d’extrude défini suivant la nature de la primitive). Dans ce cas, la digitalisation est effectuée en 3D
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Figure 1. Visualisation de la modélisation pierre-à-pierre en VRML
Procéder de même que précédemment sans utiliser la corrélation. Dans ce cas là, les points seront situés uniquement sur la primitive. La profondeur de l'extrude est établie en fonction de la connaissance archéologique.
Une fois le bloc saisi, il est possible d’y ajouter des informations archéologiques par le biais de données sous forme de texte mais aussi par la valeur de l’extrude (géométrie). La figure 1 illustre la visualisation en 3D des données mesurées dans ce module.Toutes les données mesurées et entrées dans le logiciel ARPENTEUR sont stockées dans un fichier modèle au format XML (eXtensible Markup Language). Cependant ce type de format révèle quelques faiblesses lorsque le fichier doit stocker un grand nombre d’entités (de l’ordre de 1500 par exemple). C’est ce qui a conduit à développer le module ArpenteurSGBD rattaché à une base de données. De plus, l’avantage de ce module est qu’il peut être relié à la base de données PetraData des archéologues.
2. La phase de tests et de debugage
La gestion du projet s’effectue à l’aide du module Trac de suivi de projet. Ce module est un
outil qui associe un système de suivi de version à un wiki et des plug-in. La phase de tests et de debugage s’est faite à l’aide de ce système et des logs créés automatiquement par le logiciel à chaque lancement et où figurent toutes les opérations effectuées et les erreurs rencontrées lors de l’utilisation. Chaque problème a été recensé sous forme de ticket posté sur le site Internet d’ARPENTEUR et accompagné du fichier log correspondant lorsque cela était nécessaire. Les tickets sont classés suivant le « milestone » (étape importante du projet), leur urgence et le composant du logiciel auxquels ils s’adressent. Ainsi le programmeur va à l’essentiel en visualisant les tickets et corrige les erreurs. Lorsqu’une erreur est corrigée, le ticket est fermé. Les mises à jour du logiciel et la gestion du projet (tickets, milestones) sont accessibles sur le site web, (http://www.arpenteur.net) sous la rubrique ‘trac’.
Le logiciel se voulant facile d’utilisation, ce nouveau module a été développé en conséquence. Le choix des photos se fait désormais par le biais de vignettes et non plus par le nom de la photo. Les photos étant déjà orientées, il est possible de visualis er la base séparant le couple de photos choisies afin de choisir le meilleur couple stéréoscopique pour la digitalisation du bloc. L’interface du nouveau module est illustrée sur la figure 2.
Figure 2. Interface du logiciel ArpenteurSGBD
A partir de cette interface il est possible d’accéder à la base de données en cliquant sur un des blocs mesurés (en jaune) sur les photos choisies ou de réaliser des mesures pierre-à-pierre en cliquant sur le bouton « measure ».
Avant la phase de saisie des blocs, un calcul de répétabilité a été effectué. Ce calcul, accompli avec 13 points mesurés 10 fois, nous a permis de vérifier l’utilité de la corrélation automatique pour des utilisateurs non photogrammètres. Pour des points précis, la répétabilité avec ou sans corrélation pour des zooms x2 et x4 est sensiblement la même (de l'ordre du dixième de mm). Par contre pour des points naturels (souvent mesurés par les archéologues), la répétabilité est meilleure de 38% pour des points saisis avec un zoom x4 avec corrélation par rapport à un zoom x4 sans corrélation.
Une fois le calcul de répétabilité validé, la phase de saisie des blocs suivant les critères des archéologues a débuté. Cette phase a commencé par la mesure des blocs dont la primitive était un plan. Cette étape s’est déroulée de la façon suivante :
- Ouverture du logiciel et choix des photos appropriées pour la digitalisation des blocs choisis
- Calcul des paramètres du plan (en digitalisant au minimum trois points en mode stéréo) de la face visible des blocs à digitaliser
- Digitalisation du bloc sur une seule image
- Renseignement de la valeur de l’extrude donnée d’après les connaissances des archéologues
- Extrude et saisie d’informations archéologiques diverses concernant le bloc
A l'issue de la saisie des blocs appartenant aux murs, les blocs de la voûte ont été mesurés. Après divers tests et hypothèses, la meilleure solution s'est avérée être celle de récupérer un nuage de points issu du logiciel ROMA (Representation of Oriented Model for Arpenteur) qui, associé à la mesure de la gerbe perspective d’une entité définirait la surface du bloc qui serait ensuite extrudée. ROMA permet la densification d’un nuage de points déjà existant à partir d'un fichier texte contenant
les points en 3D et d'un modèle ARPENTEUR. Des paramètres d'entrée doivent être saisis, ils sont les suivants :
- Le coefficient de corrélation
- Le pas de la maille pour la densification du semis
- La distance maximale entre le point calculé et le triangle
- La taille de la matrice de corrélation
- Le nombre minimal de photos sur lesquelles le point doit être conservé
Le nuage densifié n’était pas satisfaisant. Nous avons donc décidé d’augmenter le nombre de photos. Pendant cette phase de tests avec ROMA le logiciel ARPENTEUR a acquis de nouvelles fonctions que nous avons testées par la suite. Ce test a été réalisé en fusionnant deux projets PhotoModeler
par le biais d'une nouvelle fonction.
Cette fonction utilise le protocole DDE et permet de générer un fichier PhotoModeler à partir
d’un modèle ARPENTEUR. Ce test a consisté à tout d’abord fusionner les projets CF5 et CF3 par l’intermédiaire du logiciel PhotoModeler. Après divers tests comme :
- le calcul du déplacement des centres de perspective des photos entre le projet fusionné et entre chaque projet individuel
- le calcul de la distance sur les points de contrôle entre point mesuré et point calculé
La fusion n’a pas été validée, en effet la distance entre point de contrôle mesuré et calculé sur les photos de la porte CF5 était trop importante (pour 39 points de contrôle dont 16 sur la fenêtre CF5, la distance moyenne entre point mesuré et calculé sur ces points était de 9,1 cm).
Cette fusion ne présentant pas des résultats concluants, nous avons continué le test en effectuant la fusion à l’aide de la nouvelle fonction du logiciel ARPENTEUR. Les tables photos ainsi que le fichier texte du projet fusionné ont été exportées. Nous avons importé les Tables Photo dans ARPENTEUR et avons complété les données (importation de points) à partir du fichier texte exporté de PhotoModeler (avec la fonction qui permet de le faire). Une fois le modèle ARPENTEUR correct, il a été exporté dans PhotoModeler à l’aide de la nouv elle fonction faisant appel au protocole DDE. Le problème étant le même que précédemment, les points de contrôle, lorsqu’ils sont placés une fois les photos orientées et un grand nombre de points saisis, rendent le calcul divergent. Le problème pourrait en partie être résolu en utilisant la fonction Scale/ Rotate et en saisissant trois points bien répartis sur l’ensemble du projet.
Conclusion :
Le logiciel ArpenteurSGBD est fonctionnel, cependant des améliorations seront portées au logiciel, comme l’ajout d’un module de fusion (en phase de tests finaux). Ce module développé par Julien Seinturier permettra de mettre en évidence les incohérences dans la base de données .Le développement d’une fonction Update est en cours, elle permettra de mettre à jour la base de données.
Les tests réalisés ont validé le logiciel. Les archéologues ont déjà adopté la nouvelle version du logiciel pour leur travail. Une nouvelle campagne pour compléter les données photogrammétriques va être réalisée en Novembre à Shawbak (Jordanie).