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Intégration de modèles 3D extérieur / intérieur pour permettre l’accès
aux données archéologiques. Application à la forteresse de Châtel-surMoselle.
PFE présenté par :
Clément ANET
Laboratoire d’accueil : LSIIT – UMR CNRS 7005
Équipe Trio/INSA Groupe PAGE
Directeurs de PFE :
M. René ELTER
Correcteurs :
M. Mathieu KOEHL
M. Emmanuel ALBY
1. Introduction
Le patrimoine culturel a une valeur inestimable, mais l'on s'en aperçoit le plus souvent lorsque ces
monuments sont en voie de disparition ou déjà détruits. Nous avons tous en mémoire la destruction
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des Bouddhas de Bâmiyân en Afghanistan en 2001. Avec l'utilisation de modèles 3D virtuels, il est
possible de préserver ou de reconstituer les objets du patrimoine culturel. En plus de la préservation
numérique à long terme, la production de modèles virtuels 3D peut servir de base pour la conservation
ou pour des présentations interactives au public. Mon Projet de Fin d’Etude s’inscrit dans ce but de
préservation et de promotion de la forteresse de Châtel-sur-Moselle.
Cette forteresse, en partie classée et inscrite au titre des Monuments Historiques est l'un des plus
grands châteaux forts d'Europe et se situe dans les Vosges (88). Elle a été construite au XIe siècle et
a occupé une place stratégique durant toute son histoire. En mai 1972, afin d'empêcher la
construction de nouveaux immeubles sur le château enterré, M. et Mme DEBRY fondèrent
l'association du Vieux Châtel et des chantiers bénévoles internationaux furent organisés pour travailler
à l'excavation du site ainsi qu'à sa restauration et sa conservation. Ils découvrirent alors un édifice
couvrant une superficie de cinq hectares.
Depuis plus de deux ans maintenant, un projet de mise en place d'un outil numérique permettant la
mémorisation du site à des fins d'archivage, de pérennisation, de gestion patrimoniale, de restitution
3D et de médiation de la donnée scientifique auprès du grand public a été initié. Ce projet est soutenu
par la Commune, le Département, la Région et l'État. De nombreux partenaires interviennent pour
mener à bien cette mission sous la direction de M. René ELTER, archéologue et maître d'œuvre du
projet. La société GéoPhénix a réalisé la modélisation des parties extérieures de la forteresse. Le
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laboratoire du CRAI de l'ENSA de Nancy intervient pour la réalisation de modèles « tel que
construit » à différentes époques. Enfin, l'INSA de Strasbourg numérise et modélise les parties
intérieures de l'édifice et réalise un système d'information en ligne.
Deux PFE ont déjà été menés au sein du laboratoire de l’INSA. L’un « Mise en valeur de la forteresse
médiévale de Châtel sur Moselle » soutenu par Valentin POITEVIN a permis d’établir des méthodes
d’acquisition de panoramique sphérique et de modélisation de la forteresse. L’autre « Contribution à la
valorisation et à la gestion de la documentation hétérogène du patrimoine sous la forme d’une
interface 3D » mené par Vincent CAILLET a contribué à la mise en place d’un système d’information
3D en ligne. Mon étude consiste à intégrer les modèles 3D extérieur et intérieur dans ce système.
Les objectifs sont les suivants :
- Traiter le modèle 3D extérieur pour le rendre accessible au grand public via Internet.
- Intégrer le modèle intérieur dans celui extérieur.
Permettre l’accès aux documents archéologiques depuis le modèle.
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Les talibans pour qui toute représentation humaine est interdite décidèrent de la destruction des
statues.
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Centre de Recherche en Architecture et Ingénierie.
École Nationale Supérieure d’Architecture.
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2. Choix de la solution
L’année précédente, la solution retenue pour permettre la visualisation 3D du modèle intérieur fut la
technologie X3DOM, mais celle-ci avoue vite ses limites dès que l’on a des données conséquentes.
La suite logicielle ESRI ArcGIS est une bonne solution, car elle gère la 3D et permet de mettre en
place un véritable SIG. Mais il n’existe pas à l’heure actuelle de solution de visualisation en ligne des
données 3D et la licence est trop onéreuse. Les solutions professionnelles comme TerraExplorer,
LandSim3D ou SpacEyes3D permettent de gérer et d’afficher une grosse quantité de données sans
problèmes mais sont extrêmement chères (plusieurs dizaines de milliers d’euros). 3D GIS CityVu a
également été écarté, car cette solution n’est pas encore suffisamment au point. Enfin LandXplorer
aurait été une bonne solution, mais il n’existe pas de moyen de visualiser les données en ligne. La
solution qui s’est imposée est donc l’utilisation de Google Earth avec le format KML et Collada, qui
existe en version gratuite et permet la mise en ligne de données grâce à son plug-in. Il sera également
possible d’exploiter la base de données MySQL mise en place par Vincent CAILLET pour accéder aux
données grâce au développement en C++, HTML et Javascript possible. Nous ferons également le
lien avec la technologie X3DOM qui permettra une meilleure interaction à plus petite échelle (une
partie de bâtiment, de mur, un objet particulier...).
3. Création des modèles au format KML
Le modèle fourni par la Société Géophénix est très complet et réaliste. Le premier problème qui se
pose alors est la taille des fichiers contenant les données. Ceux-ci, à l’état brut ne peuvent être
directement convertis en format *.kml pour pouvoir les afficher en ligne. Il faut d’abord faire plusieurs
traitements (Figure 2) :
- Réduire la taille des orthophotographies pour le texturage du MNT du modèle au format *.obj.
Pour cela, les images ont été enregistrées en *.jpg en faisant bien attention de garder les
mêmes dimensions de 4000x4000 pixels pour ne pas perdre le géoréférencement des images
par rapport au modèle. Passage de 45Mo à environ 1Mo pour chaque fichier.
- Importer les modèles *.obj sous 3D StudioMax pour l’exporter en *.3ds et pouvoir les ouvrir
sous
Sketchup.
- Supprimer les faces qui ne sont pas visibles (celles sous les bâtiments et la forteresse) et qui
par conséquent, n'ont pas d'utilité à être chargées sur la carte graphique.
- Le modèle dispose encore d’un nombre trop important de faces. Pour un mur comme sur la
figure 1 (a), on constate qu'il y a énormément de facettes triangulaires alors que l'on devrait
avoir seulement une face rectangulaire ou deux faces triangulaires comme sur la figure 1 (b).
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On supprime donc les faces excédentaires grâce au plug-in CleanUp de Sketchup.
- Insérer le modèle intérieur dans celui extérieur.
- Importation des données sous ArcScène pour créer les polygones interactifs géoréférencés
en WGS84 au format KML.
- Recaler le modèle par rapport aux polygones sous Sketchup.
- Créer un raccord entre le MNT et le globe Google Earth.
Figure 1 : Mur avant (a) et après (b) traitement
Nous obtenons ainsi les fichiers *.kml nécessaires à l’affichage et à l’interactivité du modèle.
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Figure 2 : Schéma d'obtention des fichiers *.kml à partir des fichiers *obj fournis par Géophénix
4. Intégration dans l’interface numérique existante
La plate-forme WAMP (Windows Apache MySQL PHP) mise en place l'année passée par Vincent
CAILLET est réutilisée. En effet, tous les fichiers KMZ et KML (les polygones, les différents
modèles...) doivent être stockés sur un serveur pour pouvoir être appelés par le plug-in Google Earth.
Un dossier « model_ext » est donc créé à la racine du serveur WAMP pour stocker les fichiers *.kml et
un dossier « extérieur » est créé dans le dossier du site pour accueillir toutes les pages internet du
module traitant du modèle extérieur. La structure en PHP du site est également reprise. On y intègre
le plug-in Google Earth en JavaScript en faisant appel à l’API Google Earth
(https://developers.google.com/earth/). Par la suite, diverses fonctionnalités sont implémentées comme par
exemple une visite virtuelle, des checkbox pour pouvoir afficher ou non certaines parties du modèle
dans l’interface 3D. Le modèle entier est ainsi visualisable (Figure 4).
Le modèle général a été découpé en 10 zones d'intérêts choisies par René ELTER : les celliers des
hôtels seigneuriaux, les salles souterraines, le fossé et la double enceinte nord, l'avancée stratégique,
la chemise de la tour de l'étuve, l'arsenal, le donjon, la tour Porterie, l'hôtel Werdenberg et la basse
cour. Ce sont ces zones qui seront interactives. Pour permettre l’accès à ces modèles, une carte
interactive 2D (Figure 3) a été développée en Javascript à l’aide d’un script de la "Raphaël—
JavaScript Library" (http://raphaeljs.com/) et d’une carte au format *.svg créée avec le logiciel Inkscape.
Figure 3 : Carte interactive en 2D
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Figure 4 : Interface de visualisation du modèle 3D
Pour l’interaction avec la base de données MySQL, la première
étape fut de créer le Modèle Conceptuel de Données et le Modèle
Logique de Données. Ensuite, des tables supplémentaires ont été
mises en place (l’une contenant les 10 secteurs, une autre les
éléments de la forteresse et une troisième les éléments de la ville).
Des formulaires de dépôts supplémentaires pour ces tables ont
également été implémentés dans le système d’information. Le clic
sur une partie interactive de la forteresse ouvre une info-bulle. Un
lien est alors disponible vers une page PHP, générant et affichant
les résultats d’une requête de sélection des documents qui Figure 5 : Affichage des résultats de la requête après le
clic sur un bâtiment
concernent le bâtiment cliqué. (Figure 5).
Un lien vers les modèles X3DOM a également été mis en place. Cela permettra de voir et d’interroger
les modèles à une échelle plus réduite (un bout de mur, un objet…).
Des tests de mise en ligne ont également été effectués avec un serveur FTP free pour voir le temps
de chargement des modèles. Les tests sont concluants sous réserve d’avoir un ordinateur récent et
une bonne connexion internet. En effet, le modèle général en KML pèse environ 50 Mo, donc avec
une connexion à 1Mo/s, cela représente 50 secondes de téléchargement. Cette durée deviendra
négligeable dans un futur proche avec la fibre optique.
5. Conclusions et perspectives
Le modèle extérieur complet de la forteresse est donc mis en ligne, permettant de visualiser la
forteresse dans son environnement global. L’interaction avec les documents contenus dans la base
de données est possible pour les 10 zones d’intérêts. Les objectifs du PFE sont donc atteints.
La solution développée permet de répondre à plusieurs objectifs que sont l’accessibilité au grand
public (visualisable depuis le web), l’immersion dans le modèle 3D, l’interactivité et l’accès aux
données archéologiques. La technologie Google Earth étant constamment en développement,
l’interface 3D développée pourra également évoluée.
Par la suite, il faudra finir la numérisation des espaces intérieurs des 10 zones d’intérêts (l’arsenal, les
différentes tours, les celliers, la boulangerie…) et la modélisation pour pouvoir les intégrer dans l’outil
existant. Un travail de développement de l’interaction avec ces modèles en X3DOM sera aussi à faire.
Il faudra également rentrer tous les documents dans la base de données, ce qui va être un travail
assez long et ensuite transférer cette base de données MySQL et les modèles sur un serveur
physique externe.
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