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La 3D en archéologie : histoire, enjeux et études de cas

De l’usage de la représentation tridimensionnelle pour documenter les architectures funéraires monumentales ornées du Néolithique de l’ouest de la France

Valentin Grimaud, Serge Cassen et Carlos Rodríguez-Rellán
p. 23-27

Texte intégral

Le relevé d’architecture et les fonctions qui doivent être remplies

1Pas plus que celle des monuments d’autres époques, l’étude des -architectures méga-lithiques n’échappe aux progrès des techniques d’acquisition tri-dimensionnelle (laser et photogrammétrie), qui permettent de les enregistrer en trois dimensions, selon différentes résolutions et à plusieurs échelles, dans un seul et même espace de référence. La cohérence des données permet de jeter sur l’objet d’étude un regard inaccessible dans la réalité et ouvre de très nombreuses voies de réflexion. Ces représentations tridimensionnelles permettent aussi une déclinaison des mêmes données en de nombreux médias, ce qui nous amène à nous interroger sur les objectifs que doit atteindre le relevé.

2La pratique du relevé architectural trouve ses racines au début du xvie siècle quand, dans une période de renforcement du pouvoir papal et de recrudescence des chantiers de construction, Léon X nomme Raphaël « préfet de tous les marbres et de toutes les pierres gravées » afin de protéger les plus beaux monuments (El-Wakil 2005). L’artiste rédige alors une lettre à destination du commanditaire afin d’expliquer les moyens qu’il entend déployer pour répondre à la fonction qui lui est attribuée, en suivant le développement suivant :

« […] en examinant les ruines, j’ai pu comprendre l’architecture antique et je veux transmettre cette connaissance fondée sur l’examen des monuments (§§I-V) ; je dois donc sauver les informations que nous apportent ces édifices, en en donnant une image reconstituée (§VI) ; comment sélectionner les monuments antiques (§§VII-XII) ; comment faire le relevé du plan et le reporter (§§XIII-XVII) ; comment représenter le monument de manière à pouvoir en tirer des mesures (§§XVIII-XXI). » (Paoli 2010 : 69).

3La stratégie adoptée ne consiste pas à chercher la conservation de tout ce qui a été construit. Il lui semble beaucoup plus approprié de ne conserver que les monuments dignes d’intérêt et de produire des représentations normées de ceux qui sont voués à la destruction. Ces documents sont au nombre de trois (plans, coupes et façades) et doivent être établis en autant de fois que le monument l’exige pour rendre les espaces compréhensibles. Mis en relation les uns avec les autres, ils constituent ce que nous appelons une description géométrale. L’objectif poursuivi est clairement d’établir un jalon dans l’histoire du monument (représentation de son état à un instant t) et de la discipline (possibilité de comprendre les regards successivement portés sur le même objet par différents auteurs). En outre, la constitution d’un corpus de représentation obéissant aux mêmes règles autorise la comparaison des monuments entre eux.

4Deux états peuvent être mis en avant au moment de la production du relevé. La Lettre à Léon X a été rédigée dans une période de désintérêt pour le Moyen Âge et de regain d’intérêt pour l’Antiquité. La volonté était de retrouver l’architecture antique et de la « débarrasser » des transformations médiévales afin de pouvoir extraire les règles de composition des monuments antiques. Par conséquent, les relevés réalisés ont longtemps été des documents « tels que construits ».

5Au xixe siècle, avec l’émergence des notions de patrimoine ou de restauration et de disciplines comme l’histoire et l’archéologie, la réflexion va évoluer sous l’impulsion de John Ruskin. Celui-ci s’insurgea en effet contre les pratiques de restauration qui consistaient à gommer toutes les traces du passé en remettant les matériaux à neuf. Cependant, les techniques de relevé ne permettaient pas de rendre facilement compte de toute cette richesse d’information. Seul le dessin à la main pouvait s’approcher de cet idéal, mais la documentation d’ensembles architecturaux complexes nécessitait des moyens financiers très importants et des temps d’exécution très longs. Finalement, peu de sites ont pu en bénéficier en France (Leniaud 2007). L’avènement des techniques d’acquisition tridimensionnelle permettant de lever cette contrainte ajoute une nouvelle dimension à la pratique du relevé, en facilitant la production de documents « tels que saisis ».

6La description géométrale doit constituer le socle commun de toute documentation ; les autres médias (images perspectives, vidéos et visualisation 3D en temps réel) doivent être produits en complément. Nous constatons aussi que si ces procédures d’acquisition sont de plus en plus aisées, le traitement des données reste une tâche qui nécessite une certaine expertise car il faut, pour en assurer une manipulation et une diffusion aisées, pouvoir les alléger tout en conservant l’ensemble des détails.

Définition des caractéristiques des architectures funéraires monumentales du Néolithique : les mégalithes

7Les architectures funéraires du Néolithique dans l’ouest de la France et en Europe d’une manière générale sont caractérisées par des objets d’une grande diversité, puisque nous trouvons aussi bien des rochers verticalisés (menhirs) que des sépultures sous la forme de tombes à couloir ou de coffres, ces deux types étant ou ayant été emprisonnés dans des structures tumulaires. L’élément radical de toutes ces architectures reste le bloc, qui peut se combiner de différentes manières ; ses dimensions peuvent néanmoins varier considérablement d’un site à l’autre. Les protocoles d’acquisition doivent donc être suffisamment flexibles pour s’adapter à un certain nombre de contraintes.

8Les échelles d’intervention sont très variables. Du détail très altéré de la gravure réalisée sur un support présentant différents niveaux de préparation, les architectures peuvent s’étendre sur plusieurs centaines de mètres, comme les alignements de Kermario, Manio et Ménec à Carnac, où certaines stèles sont ornées. Ici, plus que les blocs, c’est la topographie qui permet d’expliquer l’architecture (Cassen 2009).

9Les conditions d’éclairement peuvent aussi varier très fortement et présenter une gêne pour l’étude. En extérieur, les conditions de travail sont soumises aux aléas météorologiques. Si les variations de lumière n’impactent pas les relevés réalisés en lasergrammétrie, la pluie devient en revanche un problème. Quant aux reconstructions en photogrammétrie, elles sont sensibles aux variations de lumière ; en intérieur, il faut être capable d’assurer un éclairage relativement uniforme et constant en mobilisant des sources lumineuses complémentaires.

10Une autre difficulté tient aux typologies spatiales qui peuvent être rencontrées individuellement ou en même temps selon les sites : espaces convexes, concaves ou surfaces planes. Cela complique la gestion des chantiers d’acquisition puisque, pour des raisons d’optimisation de temps de calculs, les espaces complexes sont segmentés en projets plus simples à acquérir. Ce n’est qu’ensuite que les différentes parties sont consolidées de manière à reformer le tout.

11Il faut enfin noter que, contrairement à la plupart des architectures des périodes « historiques », il est très difficile d’extrapoler les informations lacunaires. Les éléments d’architecture sont issus des affleurements rocheux et leurs surfaces sont irrégulières. Elles dépendent de la forme initiale du rocher, des différents processus d’érosion qui ont pu avoir lieu au cours de son exposition à l’air libre et certainement, dans une moindre mesure, des travaux d’aplanissement des surfaces et de mise en forme des volumes.

Premier niveau d’information : la description géométrale

12La description géométrale est le préalable indispensable à la documentation des objets d’étude. La mise en forme de ce document s’appuie exclusivement sur ce qui a été enregistré : après un léger nettoyage qui consiste à supprimer des surfaces indésirables, comme le sol et une orientation du modèle, cinq vues prédéfinies dans tous les logiciels de 3D (de haut, de face, de derrière, de gauche, de droite) sont générées et réparties sur une planche de manière à établir un lien logique : celui du patron d’un cube. Cette planche doit ensuite être augmentée de toutes les observations faites sur le terrain ou issues de l’historiographie du site. C’est donc globalement une description du monument « tel que saisi » qui n’a pas nécessairement besoin d’être retravaillée sur le plan de la géométrie. En revanche, il est indispensable de varier les modes de représentation graphique afin de rendre compte de toutes les informations contenues dans le modèle. Quatre modes de représentation sont désormais systématiquement appliqués pour générer les fonds de carte (fig. 1).

Fig. 1 – Trois descriptions géométrales parmi d’autres de la même stèle : a/ ombrage en Radiance Scaling avec courbes de niveau ; b/ représentation photoréaliste ; c/ ombrage en Radiance Scaling et synthèse des gravures relevées (DAO : S. Cassen et V. Grimaud).

13Les représentations photoréalistes permettent de qualifier les états de surface et, à terme, de surveiller leur évolution dans le temps. L’intérêt se révèle encore plus important pour les espaces fermés et plongés dans l’obscurité, car nous pouvons alors travailler avec des scènes uniformément éclairées – conditions difficilement atteignables en réalité. La texture de la roche informe les zones rubéfiées, les dépôts de suie issus des explorations anciennes à la bougie, mais aussi les altérations biologiques et les dépôts minéraux.

14Les représentations en occlusion ambiante permettent de qualifier la morphologie du support. Ce type de représentation indique, sous la forme d’un dégradé de gris, le degré de visibilité de chaque portion du modèle : plus la portion est visible, plus la couleur sera claire, et vice versa. Les volumes et les creux sont ainsi beaucoup plus lisibles que sur les représentations photoréalistes. Cette description qualitative sert de fond pour visualiser d’autres informations.

  • 1 Le texel, abréviation de texture element, correspond à la dimension d’un pixel de la texture projet (...)

15Les représentations en normal map (carte des normales) converties en niveaux de gris (Grimaud 2015 : 234) permettent également de lire le relief, mais à une autre échelle. Une normal map est une texture abstraite utilisée par les infographistes 3D afin de simuler des reliefs sans alourdir la géométrie. Cette carte encode sous la forme de couleurs RVB la direction xyz du vecteur normal à la surface recouverte par le texel1, ce qui influe directement sur le comportement de la lumière. Cette image abstraite permet en général de lire plus facilement les microreliefs. Mais le changement d’espace de couleur (du RVB de l’écran au CMJN du papier) entraîne une perte importante d’information. C’est pourquoi l’image est convertie en niveaux de gris avec le calque de réglage « mélangeur de couche » d’Adobe Photoshop, pour permettre une meilleure lecture et diffusion. Intrinsèquement, elle autorise la simulation d’un éclairage virtuel. Si une infinité d’images peut être produite à partir de cette seule normal map, nous choisissons dans les faits celle qui produit la meilleure lecture des gravures.

16Enfin, les représentations en radiance scaling (graduation de radiance) expriment les reliefs qui possèdent les plus fortes courbures (Vergne 2010). Comme il s’agit d’une caractéristique des zones gravées, ce mode de représentation permet d’explorer assez efficacement les surfaces à la recherche d’éventuels signes inscrits. Cependant, ce n’est pas suffisant pour qualifier les motifs et les signes trop altérés, qui sont difficilement lisibles.

  • 2 http://meshlab.sourceforge.net/ (site consulté le 21/11/2016).

17Ces opérations sont facilement accessibles dans le logiciel gratuit et open source Meshlab2.

Deuxième niveau d’information : rendre les modèles manipulables

Une adéquation entre les techniques de représentation 3D et les informations à représenter

18Ces données brutes composent un modèle haute définition qui peut être assez difficile à manipuler. En effet, la géométrie est souvent composée de plusieurs millions de triangles, ce qui entraîne des temps de latence dans le déplacement autour de l’objet au moment de l’affichage si l’ordinateur n’est pas assez puissant. Surtout, ces modèles à haute définition ne sont pas facilement éditables pour que soient corrigés d’éventuels bruits issus de l’acquisition, pour reconstruire des parties manquantes, ou même pour formuler des hypothèses.

19L’enjeu consiste donc à alléger ce maillage. Deux options s’offrent à l’utilisateur. La première – et certainement la plus rapide à mettre en œuvre – consiste à le décimer : le maillage composé de minuscules triangles est alors transformé en un maillage composé de triangles plus grands et plus ou moins effilés selon les algorithmes en jeu et le niveau de détail voulu (les zones planes sont décrites avec peu de données, alors que les courbes concentrent l’essentiel de la géométrie). Cependant, ces types de maillages restent difficiles à éditer. La seconde option consiste à décrire les surfaces non plus avec des triangles mais avec des quadrangles : c’est la retopologie. L’intérêt de cette opération consiste à transformer des maillages lourds et irréguliers en maillages légers et réguliers. Il devient ainsi très aisé de manipuler et d’éditer les données. Cette opération est grandement facilitée avec la publication du logiciel gratuit et open source Instant Meshes3 (Jakob et al. 2015).

20Cependant, nous perdons tous les microreliefs, en particulier les gravures dans le cas de nos objets d’étude. C’est une problématique à laquelle les designers de jeux vidéo sont également confrontés car ils ont besoin de donner l’illusion d’une grande quantité de détails sur des maillages très légers. Ils ont alors la possibilité de générer plusieurs cartes de textures qui vont se superposer les unes aux autres et être affichées en même temps, chacune affectant différemment l’aspect du modèle : le relief, la couleur, la rugosité, la brillance, etc., des surfaces. Ces opérations de transfert sont communément appelées « baking de textures » dans la communauté des infographistes français. Elles peuvent être réalisées directement au sein du logiciel open source Blender4.

Création d’un atlas documentaire pour chaque objet

21Toutes ces opérations sont assez techniques à réaliser mais les outils se démocratisent peu à peu et elles présentent à long terme l’avantage de structurer les données. La création des coordonnées des textures de l’objet (le dépliage des UV) permet d’envisager celle d’un atlas cartographiant l’ensemble des informations relatives à l’objet d’étude (fig. 2), à la manière des astronomes qui créent un nouvel atlas pour chaque corps céleste étudié. Si nous prenons la mission spatiale Rosetta comme illustration (fig. 3), un satellite embarquant un robot à son bord a été envoyé vers un objet inconnu ; la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko a été photographiée sous tous les angles, ce qui a permis de construire un modèle 3D. Ensuite, suivant les normes de représentation des corps célestes en vigueur, une projection cylindrique a été établie avec « l’équateur » comme ligne horizontale et c’est sur cette carte que les analyses sont synthétisées. Comme le lien qu’elle entretient avec l’objet 3D est connu, il est constamment possible de plaquer les nouvelles informations sur lui.

Fig. 2 – Création de l’atlas associé à un objet 3D : a/ le maillage après retopologie du menhir de la Tremblais, Saint-Samson-sur-Rance, Côtes-d’Armor ; b/ les coordonnées de texture du même maillage déplié ; c/ carte d’orientation des faces destinées à situer les gravures sur le support ; d/ carte des normales ; e/ carte des normales converties en niveaux de gris dans Adobe Photoshop ; f/ synthèse finale du relevé des gravures (DAO : S. Cassen et V. Grimaud).

Fig. 3 – Méthodologie appliquée à l’étude de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko : a/ mosaïque de quatre photographies prises par la sonde Rosetta en septembre 2014 ; b/ planisphère de la comète : la ligne correspond à la ligne suivant laquelle le soleil est toujours vertical, et les points aux possibles puits par lesquels la matière est éjectée à l’approche du soleil (© Esa /Rosetta / Mps / équipe Osiris / Upd / Lam / Iaa / Sso / Inta / Upm / Dasp / Ida).

22Dans le cadre de l’étude des structures architecturales néo-lithiques, les informations peuvent être classées en plusieurs thématiques : description photoréaliste des surfaces, de la microtopographie, de l’état sanitaire du bloc, et enfin description sémantique de l’éventuel programme iconographique exécuté – chacune de ces thématiques pouvant contenir plusieurs cartes afin de décrire de manière optimale les différentes sous-rubriques.

Exploitation des données accumulées

23Les différentes couches d’information ainsi générées se superposent exactement et constituent une base de données. En fonction de la nature des informations à transmettre, les textures peuvent être aussi bien des images raster que vectorielles. Ces dernières, enregistrées au format *.svg, acceptent également des descriptions textuelles complémentaires.

24Une fois le corpus constitué en suivant ce protocole, il sera possible de l’interroger sous la forme de requêtes afin d’identifier des motifs qui pourraient se répéter.

Conclusion et perspectives

25Toutes les études de structures architecturales en archéologie commencent par un relevé des structures en place. Alors que les règles de représentation existent depuis la Renaissance et que les techniques récentes de représentation 3D bouleversent les habitudes, nous avons expliqué que la description géométrale reste un document incontournable. Parfois, le coût de l’acquisition et des traitements 3D est pointé du doigt – surtout si nous considérons la production de description géométrale comme incontournable. Néanmoins, une réflexion menée en amont quant aux objectifs à atteindre et à l’organisation des données permettra ultérieurement de réexploiter toutes ces données sans avoir à les remettre en forme.

26Notre réflexion s’inscrit dans un projet de redéfinition du corpus de représentation des signes présents dans le contexte des architectures funéraires néolithiques de la région Bretagne. Si les bases de la problématique sont posées, il reste encore à définir quelles sont les cartes à produire pour avoir une description complète de l’objet d’étude, et de quelle manière ces données seront stockées pour pouvoir y accéder à tout moment.

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Bibliographie

Cassen S. 2009. Exercice de stèle : une archéologie des pierres dressées : réflexion autour des menhirs de Carnac, Paris, Errance.

El-Wakil L. 2005. « Antique versus moderne au début du xvie siècle à Rome : la lettre à Léon X », in : L. El-Wakil, S. Pallini, L. Umstätter-Mamedova (dir.), Études transversales, mélanges en l’honneur de Pierre Vaisse. Presses universitaires de Lyon, Lyon : 47–58. http://archive-ouverte.unige.ch/unige:24209 (site consulté le 21/11/2016).

Grimaud V. 2015. Réexplorer et valoriser les architectures funéraires néolithiques de l’Ouest de la France, étude du cairn de Gavrinis (Larmor-Baden, Morbihan), thèse de doctorat dirigée par S. Cassen et L. Lescop, Université de Nantes.

Jakob W., Tarini M., Panozzo D., Sorine-Hornung O. 2015. Instant Field-Aligned Meshes. ACM Siggraph Asia, 34 (6) : 1-15.

Leniaud J.-M. 2007. « Jean-Baptiste Lassus (1807-1857) et la monographie de la cathédrale de Chartres », in : Le Relevé en architecture ou l’éternelle quête du vrai, Journées internationales d’études, Paris, 5-6 nov. 2007, Lyon, Éd. Lieux Dits : 35-42.

Paoli M. 2010. « La Lettre à Léon X comme “discours de la méthode” ou la restauration de l’architecture antique au moyen du dessin », Scholion, Volume I. Stiftung Bibliothek Werner Oechslin : 53-76 [https://www.academia.edu/2037878/La_Lettre_à_Léon_X_comme_discours_de_la_méthode_ou_la_restauration_de_l_architecture_antique_au_moyen_du_dessin] (site consulté le 21/11/2016).

Vergne R., Pacanowski R., Barla P., Granier X., Schlick C. 2010. Radiance Scaling for Versatile Surface Enhancement. Proceedings of the symposium on Interactive 3D graphics and games, Washington, 19-21 Feb. 2010. Boston, ACM [https://hal.inria.fr/inria-00449828/file/RadianceScaling.pdf].

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Notes

1 Le texel, abréviation de texture element, correspond à la dimension d’un pixel de la texture projeté sur le modèle 3D.

2 http://meshlab.sourceforge.net/ (site consulté le 21/11/2016).

3 http://igl.ethz.ch/projects/instant-meshes/ (site consulté le 21/11/2016).

4 4https://www.blender.org/ (site consulté le 21/11/2016).

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Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Trois descriptions géométrales parmi d’autres de la même stèle : a/ ombrage en Radiance Scaling avec courbes de niveau ; b/ représentation photoréaliste ; c/ ombrage en Radiance Scaling et synthèse des gravures relevées (DAO : S. Cassen et V. Grimaud).
URL http://journals.openedition.org/nda/docannexe/image/3828/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 232k
Légende Fig. 2 – Création de l’atlas associé à un objet 3D : a/ le maillage après retopologie du menhir de la Tremblais, Saint-Samson-sur-Rance, Côtes-d’Armor ; b/ les coordonnées de texture du même maillage déplié ; c/ carte d’orientation des faces destinées à situer les gravures sur le support ; d/ carte des normales ; e/ carte des normales converties en niveaux de gris dans Adobe Photoshop ; f/ synthèse finale du relevé des gravures (DAO : S. Cassen et V. Grimaud).
URL http://journals.openedition.org/nda/docannexe/image/3828/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 384k
Légende Fig. 3 – Méthodologie appliquée à l’étude de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko : a/ mosaïque de quatre photographies prises par la sonde Rosetta en septembre 2014 ; b/ planisphère de la comète : la ligne correspond à la ligne suivant laquelle le soleil est toujours vertical, et les points aux possibles puits par lesquels la matière est éjectée à l’approche du soleil (© Esa /Rosetta / Mps / équipe Osiris / Upd / Lam / Iaa / Sso / Inta / Upm / Dasp / Ida).
URL http://journals.openedition.org/nda/docannexe/image/3828/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 244k
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Pour citer cet article

Référence papier

Valentin Grimaud, Serge Cassen et Carlos Rodríguez-Rellán, « De l’usage de la représentation tridimensionnelle pour documenter les architectures funéraires monumentales ornées du Néolithique de l’ouest de la France », Les nouvelles de l'archéologie, 146 | 2016, 23-27.

Référence électronique

Valentin Grimaud, Serge Cassen et Carlos Rodríguez-Rellán, « De l’usage de la représentation tridimensionnelle pour documenter les architectures funéraires monumentales ornées du Néolithique de l’ouest de la France », Les nouvelles de l'archéologie [En ligne], 146 | 2016, mis en ligne le 31 janvier 2018, consulté le 22 février 2018. URL : http://journals.openedition.org/nda/3828 ; DOI : 10.4000/nda.3828

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Auteurs

Valentin Grimaud

Laboratoire de recherches archéologiques, Université de Nantes.

valentin.grimaud@univ-nantes.fr

Serge Cassen

Laboratoire de recherches archéologiques, Cnrs - Université de Nantes.

serge.cassen@univ-nantes.fr

Carlos Rodríguez-Rellán

Boursier Fernand Braudel-Ifer (International Fellowships for Experienced Researchers), Laboratoire de recherches archéologiques, Université de Nantes.

carlos.rellan@fulbrightmail.org

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Droits d’auteur

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