Immortaliser un monument historique avec la photogrammétrie

Jusqu’à quel point le virtuel peut-il devenir réel, voire plus vrai que vrai? La photogrammétrie est une technologie qui nous permet de recréer des objets et des espaces réels dans le monde virtuel tout en conservant des qualités photoréalistes et des échelles grandeur nature. Voici comment fonctionne cette technologie, pourquoi elle peut devenir un outil puissant pour les enseignants et comment vous pouvez l’utiliser dans la conception de vos programmes.

Qu’est-ce que la photogrammétrie?

Le fabricant de logiciels 3D Autodesk décrit la photogrammétrie comme « la science et l’art d’extraire des informations 3D à partir d’images 2D. Le processus consiste à prendre des photographies superposées d’un objet, d’une structure ou d’un espace, et à les convertir en modèles numériques 2D ou 3D. » Autrement dit, cela signifie que si vous disposez d’assez d’images en 2D d’un objet, sous un nombre d’angles suffisant, avec assez de détails, un logiciel spécialisé peut vous aider à reconstruire la géométrie en 3D de l’objet original sur la base des informations trouvées dans les images en 2D.

Comment cela fonctionne-t-il?

L’idée est de prendre des photos — beaucoup de photos — de l’objet que vous souhaitez reproduire de manière virtuelle. Il peut s’agir d’un simple objet sur votre bureau, d’un meuble dans votre chambre ou même d’un objet aussi grand qu’un immeuble. Si vous pouvez le photographier, vous pouvez fort probablement le « capturer » (selon le jargon!). Vous êtes surtout limité par le nombre d’angles sous lesquels l’objet vous est accessible : si vous ne pouvez le photographier que d’un seul point de vue, votre réplique virtuelle sera partielle puisqu’elle ne montrera que cet angle. Si vous pouvez photographier l’objet entier à 360 degrés, vous obtiendrez une réplique complète.

Par exemple, si vous essayez de capturer un bâtiment et que vous ne pouvez le photographier que depuis le niveau de la rue, il est fort probable que votre modèle n’aura pas de toit, car vous n’avez pas pris de photos du toit. Cependant, si vous déployez un drone ou utilisez d’autres moyens pour photographier le sommet du bâtiment, votre modèle sera complet.

Le résultat final dépendra :

• Du nombre d’images que vous avez prises : plus vous avez d’images, plus le logiciel aura de données pour construire la géométrie, et plus celle-ci sera précise.
• De la qualité des images prises : plus la résolution de vos images est élevée, plus le résultat sera détaillé et précis.
• Du nombre d’angles sous lesquels les images sont photographiées : plus vous avez d’angles de l’objet, plus le résultat final sera complet. N’oubliez pas que le logiciel ne peut reconstruire la géométrie que sur la base des images que vous lui fournissez. S’il manque des angles dans les images (comme dans l’exemple du toit mentionné plus haut), ce sera aussi le cas pour la réplique.

Le processus peut être envisagé de la manière suivante :

Vous pouvez voir ci-dessous un exemple de salle de réunion photographié par l’équipe de KnowledgeOne :

Étude de cas : L’usine de nouilles de Wing

Maintenant que nous savons ce qu’est la photogrammétrie et ce qu’elle peut accomplir, voyons comment elle peut nous aider, en tant qu’enseignants et concepteurs pédagogiques, à améliorer l’expérience d’apprentissage.

Voici une étude de cas sur la façon dont notre équipe a utilisé la photogrammétrie pour participer aux efforts de préservation d’un point de repère historique situé dans le quartier chinois de Montréal.

Contexte :

En 2021, des groupes militants du quartier chinois de Montréal ont tiré la sonnette d’alarme au sujet de l’achat par des promoteurs immobiliers d’un nombre important de terrains dans le quartier historique. Les intentions des promoteurs suscitaient des inquiétudes, plusieurs citoyens s’interrogeant sur la manière dont les projets de constructions pourraient modifier de manière importante le paysage et les points de repère du quartier, l’un de ces points de repère étant le bâtiment Wing’s Noodle Factory, situé à l’angle des rues Coté et De La Gauchetière. Cela soulevait une question : pourquoi une usine de nouilles est-elle considérée comme un point de repère historique et culturel?

L’usine n’a pas toujours été une usine. Datant de 1826, ce bâtiment vieux de 200 ans a été construit pour abriter la British Canadian School, une école laïque et bilingue destinée aux enfants de la classe ouvrière. C’était la première école construite pour cette vocation à Montréal. James O’Donnell, l’architecte qui a conçu l’emblématique basilique Notre-Dame de Montréal, a donné de son temps pour concevoir le bâtiment scolaire dans un but philanthropique.

Après la fermeture de l’école en 1894, le bâtiment a été occupé par la plus ancienne entreprise du quartier chinois : Wing’s, fondée en 1897 par Hee Chong Lee, un immigrant chinois. L’entreprise, toujours active aujourd’hui, est devenue très connue pour de nombreuses communautés asiatiques au Canada.

D’abord comme école bilingue et laïque pour les enfants de la classe ouvrière, puis comme usine de l’une des plus anciennes et des plus emblématiques entreprises sino-canadiennes, le bâtiment incarne 200 ans d’histoire anglophone, francophone et allophone de Montréal. Les militants ont exhorté le gouvernement à lui accorder le statut de patrimoine culturel afin de le protéger ainsi que ses environs.

Problème posé :

Il y avait un risque que le bâtiment soit démoli ou modifié de manière importante par ses nouveaux propriétaires. Ce qui pouvait signifier la perte définitive de l’accès à ce morceau d’histoire de Montréal.

Processus d’élaboration de la solution :

L’un des défis que nous avons dû relever était de découvrir ce que les technologies, comme la photogrammétrie, pouvaient apporter à la conversation.

Nous nous étions fixé les objectifs suivants :

• Le résultat devait être aussi immersif que possible. Puisque le bâtiment risquait de disparaître, il était important de conserver le plus d’informations possible, sous leur forme la plus brute possible.
• Le résultat devait être polyvalent : les informations extraites devaient être utilisables et réutilisables.
• Les efforts en termes de coût ou de temps ne devaient pas être prohibitifs : la solution devait être réalisable à l’intérieur du court délai dont nous disposions et ne pas exiger plus de ressources que prévu.

Comme nous l’avons démontré précédemment, la photogrammétrie nous permet de capturer des objets et des espaces physiques en obtenant des qualités photoréalistes et de créer des copies virtuelles ou numériques à des coûts raisonnables. Notre équipe a pu se rendre sur place à la fin de l’année 2021 pour numériser l’extérieur du bâtiment de l’escadre en utilisant des techniques de photogrammétrie.

Résultats :

Le résultat final est un modèle 3D photoréaliste du bâtiment Wing :

Ce modèle peut être visualisé directement à partir de votre navigateur : il peut être intégré dans une page web et vous pouvez utiliser votre souris pour faire tourner le modèle, faire un zoom avant et arrière. Vous pouvez y accéder sur votre téléphone et utiliser votre doigt pour faire tourner le modèle et l’observer.

Réalité augmentée (AR)

Pour revenir sur l’importance de la polyvalence évoquée précédemment, notons que ce modèle peut aussi être visualisé en réalité augmentée, une technologie XR de plus en plus utilisée dans les universités du monde entier. Cela signifie que l’étudiant peut superposer ce modèle à son propre espace physique par le biais de son téléphone ou de son appareil intelligent (s’il est compatible avec la réalité augmentée) et l’observer de près. Nous avons opté pour une approche de réalité augmentée basée sur le Web afin de maximiser l’accessibilité, l’étudiant n’ayant ainsi pas à télécharger d’application supplémentaire pour visualiser le modèle. Cela peut se faire par le déploiement d’un composant web : notre équipe a utilisé Modelviewer de Google, mais il existe également d’autres moyens sur le marché pour y parvenir.

Réalité virtuelle (VR)

En outre, la photogrammétrie préserve les détails photoréalistes et peut également maintenir l’échelle. Par conséquent, ce modèle peut aussi être utilisé en réalité virtuelle, ce qui ouvre la possibilité d’amener l’étudiant « sur place » de manière virtuelle. Alors que le monde lutte contre une pandémie — et qu’il risque fort d’y en avoir d’autres dans l’avenir —, nous ne pouvons ignorer la puissance que ce cas d’utilisation peut apporter à tout programme d’études. Voici une validation de concept que notre équipe a développée pour la VR : le bâtiment conserve une qualité photoréaliste et est à l’échelle, ce qui permet à l’utilisateur de se sentir comme s’il se tenait à côté du bâtiment réel.

À emporter

Avec cette étude de cas, notre équipe a démontré que la photogrammétrie s’avérer un outil puissant pour tout enseignant ou concepteur pédagogique :

Nous disposons désormais d’un morceau d’histoire éternel, immortel, photoréaliste et tridimensionnel qui peut être utilisé dans différents formats et sur diverses plateformes. Si le bâtiment devait disparaître pour quelque raison que ce soit, cet instantané existe désormais.

Cet instantané peut servir de point de départ à un nombre infini de sujets d’enseignements, tels que :

• L’histoire sociale inhérente au bâtiment : comprendre comment les anglophones et les francophones se sont unis pour créer une école bilingue et laïque
• L’histoire de la communauté sino-canadienne à Montréal : de son arrivée à aujourd’hui
• L’entrepreneuriat sino-canadien : de l’alimentation à la technologie
• L’histoire et la sociologie du quartier chinois : particularités culturelles, ghettoïsation et renouveau

Photogrammétrie 101

Vous vous demandez peut-être : à quel point cette technologie est-elle accessible? Est-elle dispendieuse? Nécessite-t-elle des outils très sophistiqués? Une expertise technique? Les réponses pourraient vous surprendre. Voici quelques conseils qui vous intéresseront si vous envisagez de l’essayer!

L’équipement

La technologie comprend trois éléments principaux qui ne requièrent pas nécessairement d’investissement financier ni de ressources technologiques importantes.

1) L’appareil photo

Rappelez-vous que le résultat dépend du nombre de photos prises et de la qualité des images. Bien que l’équipement haut de gamme produise des résultats de meilleure qualité, n’importe quel appareil photo fera l’affaire, y compris l’appareil photo de la plupart des téléphones intelligents. Si vous n’êtes pas sûr de vouloir investir dans cette technologie, sortez d’abord votre téléphone et essayez-le!

2) Logiciel spécialisé de photogrammétrie

Le logiciel fait partie de la formule magique et fait le gros du travail : il extrait les données des photos pour recréer la réplique en 3D. Le logiciel standard de l’industrie est souvent une option payante, comme RealityCapture, mais il existe de nombreuses options gratuites et à code source ouvert qui peuvent faire le travail. Par exemple, Meshroom est l’une des nombreuses applications gratuites qui peuvent produire des rendus photogrammétriques. Si vous cherchez sur Internet un « logiciel de photogrammétrie gratuit », vous trouverez très probablement une longue liste de choix à essayer, en fonction de vos préférences.

2.5) Logiciel d’édition 3D

Il arrive que votre modèle ne soit pas très « propre » une fois rendu. C’est inévitable lorsqu’on capte  une grande quantité d’informations : aussi puissant soit-il, le logiciel n’est pas toujours en mesure de produire un rendu précis à 100 %. Si le modèle doit être nettoyé ou modifié, cela peut se faire avec la plupart des logiciels d’édition 3D disponibles sur le marché aujourd’hui. Blender est un outil gratuit et à code source ouvert qui peut être utilisé. Cela dépendra de votre degré d’aisance avec les logiciels d’édition 3D.

3) Distribution

Le contenu doit être facilement accessible et distribué une fois qu’il est terminé. À cette étape-ci, plusieurs choix sont possibles pour partager votre modèle sur le Web, tels que la mise en place de pages web avec des composants web Comme mentionné précédemment, nous avons utilisé ModelViewer de Google pour mettre en place notre modèle, mais il peut aussi s’agir d’options gratuites et simples, comme des plateformes populaires telles que Sketchfab, un site web où les utilisateurs peuvent facilement télécharger et partager des travaux en 3D en envoyant simplement une adresse URL.

Pour ceux qui sont intéressés par l’impression 3D… Oui, le résultat peut aussi être imprimé en 3D! Un travail de préparation est toutefois nécessaire.

Conseils

Si vous êtes prêt et équipé, rappelez-vous ces points avant de partir!

• Pointez votre appareil photo vers l’objet et commencez à le contourner en prenant des clichés :
  • Assurez-vous de faire le tour de l’objet et de le photographier sous le d’angles possible. Exécutez-vous en partant du haut de l’objet puis en descendant jusqu’en bas, lorsque c’est possible. N’oubliez pas que les parties que vous ne photographiez pas ou ne pouvez photographier seront absentes de votre résultat.
  • Prenez plus de photos que ce dont vous pensez avoir besoin. Pour le bâtiment Wing, nous avons pris environ 800 photos. Vous pouvez avoir besoin de plus ou moins de photos en fonction de votre sujet, mais il vaut mieux en avoir plus que pas assez!
  • Faites en sorte que chaque photo se superpose le plus possible à la précédente.

• Privilégiez l’éclairage statique :
  • Si vous travaillez à l’intérieur, assurez-vous d’avoir un éclairage statique : ne déplacez pas vos sources de lumière ou votre objet une fois le processus commencé. Vous voulez éviter que des ombres apparaissent ou disparaissent de manière aléatoire, ou se déplacent sur votre modèle tout au long du processus.
  • Si vous êtes à l’extérieur (par exemple, pour photographier un bâtiment comme nous l’avons fait), nous vous recommandons de choisir un jour nuageux, car vous voulez éviter que le soleil ne crée des ombres dures sur votre objet ou qu’un nuage ne se déplace dans le ciel au milieu de votre processus.

Conclusion

La photogrammétrie est neutre en ce qui concerne le contenu : les enseignants et les étudiants peuvent numériser de petits objets sur leur bureau, des objets de taille moyenne dans leur chambre ou même des bâtiments dans la rue. Tant que vous pouvez le photographier, vous pouvez le capturer.

À l’heure où l’on parle de l’avènement du Metaverse, un « univers alternatif », on peut imaginer le type de rôle que pourrait jouer une technologie comme la photogrammétrie.

Le virtuel peut être plus réel que nous le pensons.

Épilogue

À la fin janvier 2022, le gouvernement du Québec a officiellement accordé le statut de patrimoine à l’usine de nouilles de Wing. Cela signifie que les propriétaires des bâtiments devront obtenir l’approbation du ministère de la Culture avant d’effectuer des travaux sur le bâtiment.

https://ici.radio-canada.ca/nouvelle/1856350/classement-statut-patrimoine-noyau-institutionnel-chinatown

Auteur:
Ping Ng

Concepteur d’expérience d’apprentissage @KnowledgeOne. Artiste à ses heures. Bricoleur. Adepte de l’impression 3D. Joueur. Oiseau de nuit.