Qu'est-ce que la photogrammétrie ?
La photogrammétrie est la science de mesurer le monde réel à travers des photographies. En exploitant la stéréoscopie - faire correspondre des points identiques entre des images prises sous différents angles - les algorithmes modernes peuvent reconstruire automatiquement la géométrie tridimensionnelle d'un sujet à partir d'un ensemble de photographies multi-vues. Le résultat est un nuage de points, converti ensuite en un maillage polygonal avec des textures PBR extraites directement des photographies source.
La photogrammétrie est aujourd'hui l'une des technologies les plus transformatrices de l'industrie des effets visuels : elle capture la géométrie et l'apparence d'objets, d'environnements et de personnages réels avec une précision et un réalisme impossibles à atteindre par la seule modélisation manuelle.
Ses avantages en production sont considérables. D'abord, un réalisme photoréaliste quasi instantané : comme les textures viennent directement des photographies, l'apparence de surface est authentique par définition, sans le travail long et coûteux d'un artiste texture. Le gain de temps par rapport à la modélisation manuelle est aussi significatif pour des assets complexes - un bâtiment en ruine, une roche fissurée, un vieux véhicule marqué par l'usure.
Applications par industrie
VFX et cinéma - numériser des environnements réels auxquels des extensions CG sont ajoutées, créer des props héros avec un haut niveau de fidélité de détail, produire des doublures numériques d'acteurs, ou capturer des structures destinées à être détruites virtuellement. Le scan facial pour la capture de performance d'acteur est aussi central dans les productions à gros budget.
Jeux et temps réel - dans les jeux AAA, des bibliothèques d'assets scannés photoréalistes peuplent de vastes environnements avec une cohérence et une authenticité visuelles que la modélisation manuelle ne peut égaler à cette échelle. Les LOD (Levels of Detail) générés à partir des maillages scannés maintiennent la performance tout en préservant la qualité au premier plan.
La photogrammétrie classique
La photogrammétrie classique repose sur la photographie d'un sujet sous de nombreux angles variés, avec un chevauchement de 60-80% entre les images. Le logiciel de traitement analyse les caractéristiques correspondantes entre les images et reconstruit la position de chaque point dans l'espace via une triangulation stéréoscopique - plus il y a de photos et plus le chevauchement est grand, plus la reconstruction est précise et complète.
Équipement - une session de qualité professionnelle utilise typiquement un appareil reflex ou hybride haute résolution, de préférence avec un objectif fixe 24-50mm pour limiter la distorsion. L'éclairage doit être diffus et uniforme, sans ombres dures qui déformeraient la reconstruction géométrique. Pour les objets petits à moyens, une table tournante motorisée automatise la rotation du sujet et garantit une couverture angulaire uniforme.
LiDAR (Light Detection and Ranging)
Le LiDAR utilise des impulsions laser pour mesurer des distances avec une précision extrême, générant des nuages de points denses et précis particulièrement adaptés aux grandes échelles et aux environnements architecturaux. Il se décline en trois configurations principales :
- LiDAR terrestre - des scanners fixes montés sur trépied offrant une précision millimétrique, particulièrement adaptés à la numérisation d'architecture et d'environnements intérieurs complexes. Plusieurs positions de scan sont généralement nécessaires pour couvrir un espace entier, les nuages de points résultants étant assemblés (registration) en post-traitement.
- LiDAR mobile - les smartphones équipés de LiDAR (notamment les modèles iPhone Pro depuis 2020) ont radicalement démocratisé l'accès à cette technologie. Le scan portable en temps réel avec retour visuel immédiat permet à un opérateur non spécialiste de capturer des espaces en quelques minutes. La précision reste inférieure aux scanners professionnels, mais la praticité et l'accessibilité en font un outil précieux pour la prévisualisation et les assets secondaires.
- LiDAR aérien (drone) - les drones équipés de LiDAR numérisent rapidement de vastes territoires - topographie, forêts, terrain complexe - avec une précision impraticable par d'autres moyens. Courant en cartographie, en archéologie de paysage, et dans la production de terrain photoréaliste pour les environnements en monde ouvert.
Lumière structurée et scan 4D
Les scanners à lumière structurée (Artec, Creaform, FARO) projettent des motifs de lumière codés sur la surface scannée et analysent la déformation du motif via des caméras stéréo. La résolution sub-millimétrique résultante en fait la solution de référence pour les objets nécessitant un détail extrême - pièces mécaniques, visages, artefacts patrimoniaux - bien que leur usage soit limité aux conditions de studio en raison de leur sensibilité aux interférences de lumière ambiante.
Le scan 4D ajoute la dimension temporelle au scan 3D : capturer simultanément la géométrie et le mouvement d'un sujet animé (un acteur, un tissu, un liquide) via un réseau de caméras synchronisées - la technologie derrière des productions comme The Heretic de Unity et les séquences volumétriques dans les grands films VFX.
Formats de nuage de points
Le choix du format de fichier pour les nuages de points détermine la compatibilité avec les outils de traitement et la conservation des métadonnées.
- .LAS / .LAZ - le standard de l'industrie LiDAR. .LAS stocke les coordonnées XYZ plus de riches métadonnées (intensité de retour, nombre de retours, classification sémantique des points) ; .LAZ en est la variante compressée sans perte, réduisant drastiquement la taille des fichiers pour de très grands jeux de données.
- .PLY / .PTS - .PLY (Polygon File Format) est universel, compatible avec presque tous les logiciels 3D, stockant les coordonnées XYZ aux côtés de la couleur RGB, des normales et d'attributs personnalisés, en encodage ASCII et binaire. .PTS est son équivalent dans l'écosystème des scanners terrestres.
- .E57 - standardisé par l'ASTM, conçu pour l'archivage à long terme des données de scan 3D, supportant nativement l'assemblage de plusieurs scans dans un seul fichier plus des images panoramiques intégrées liées aux positions du scanner.
Formats de maillage et textures PBR
| Format | Usage principal | Notes |
|---|---|---|
| .OBJ | Standard universel | Associé à un fichier .MTL pour les matériaux |
| .FBX | Pipeline Autodesk | Supporte l'animation et les rigs |
| .ABC | Alembic | Cache de déformation pour les simulations |
| .STL | Impression 3D | Géométrie seule, pas de textures |
Un asset de photogrammétrie complet est livré avec un ensemble de textures PBR (Physically Based Rendering) : Albedo (couleur diffuse de base, extraite directement des photographies), Normal (une normal map encodant le détail micro-géométrique), Roughness (la rugosité de surface contrôlant le glossy), et AO (Ambient Occlusion - ombres de contact et cavités).
Logiciels de traitement
- RealityCapture (Epic Games) - le standard de l'industrie VFX et du jeu pour la photogrammétrie ; son moteur accéléré GPU gère des jeux de données massifs.
- Agisoft Metashape - la référence dans le travail scientifique et cartographique ; sa précision pour les orthomosaïques et les relevés topographiques en fait l'outil de choix des archéologues et cartographes.
- CloudCompare - un outil gratuit et open source spécialisé dans le traitement de nuages de points : alignement, nettoyage, comparaison et analyse de nuages issus de différentes sources, sans licence commerciale nécessaire.
- Meshroom (AliceVision) - une solution de photogrammétrie entièrement open source ; moins performante que RealityCapture sur de grands jeux de données, mais une excellente option pour l'apprentissage et les projets à budget limité.
Le workflow de traitement standard
- Import - charger les photos brutes ou les données de scan, aligner les caméras ou scanners.
- Point Cloud - reconstruire le nuage de points dense via corrélation multi-vues.
- Mesh - polygoniser le nuage de points, générer la topologie de surface.
- Textures - mapping UV automatique et baking des textures PBR depuis les photographies source.
- Export - générer les fichiers OBJ ou FBX finaux avec les textures associées.
C'est cette sortie brute que la plupart des pipelines transmettent ensuite à un outil procédural comme Houdini pour le nettoyage, la reconstruction et l'optimisation - couvert dans l'article suivant.