FLASH INFORMATIQUE FI

FI spécial été 2007 - Images


Du point à la tache




Ulrich DOEPPER


Une des premières applications en France, et sans doute parmi les plus populaires, de modèles 3D à des fins de calcul d’images de synthèse, fut la reconstitution en 1993 de l’église (disparue à la Révolution) de Cluny III [1] et l’inauguration de l’ère de la télévirtualité, mariage de la 3D et des réseaux ? [2] au salon Imagina ?. Le Père Di Falco, chaussant un vidéocasque stéréoscopique interactif devant le public de Monaco, pour rencontrer dans l’espace de l’ordinateur la conservatrice de musée Dominique Vingtain à Paris, a eu depuis de nombreux émules vivant passionnément leur second life, l’industrie de l’électronique de divertissement ne s’épargnant aucune peine, aucun investissement pour développer ce filon.

JPEG - 7.5 ko
1993, ENSAM et IBM. Modèle 3D de Cluny III
JPEG - 7.5 ko
à l’intérieur de la maquette 3D, rencontre interactive du Père Di Falco à Monaco et de Dominique Vingtain à Paris

Une autre oeuvre pionnière fut réalisée en1992 sous l’égide d’Electricité de France (EDF). La régie nationale, en collaboration avec l’université de Nancy [3] procéda au relevé, à la modélisation tridimensionnelle et au calcul de l’éclairage de divers monuments et espaces monumentaux français : exemples nancéens et parisiens, dont le plus fameux est sans doute le projet d’éclairage du Pont Neuf. Le résultat de cette expérience est aussi nettement daté, les algorithmes de calcul de l’illumination s’étant passablement affinés depuis. Alors, quel chemin parcouru depuis quinze ans ?

JPEG - 3.2 ko
1992, CRAI, CRIN et EDF. Modèle 3D du Pont-Neuf de Paris
JPEG - 4.6 ko
simulation d’éclairage du pont, à prétention objective et scientifique

La planche à dessin est au galetas. On conserve encore avec piété les instruments de dessin dans un coin du bureau. Aujourd’hui, le dessin à l’ordinateur est beaucoup plus mécanisé : les xrefs, les idrops et les objets intelligents par exemple rendent possible le travail à plusieurs sur le même dessin ; permettent l’intégration d’objets 3D du Web ; précisent le rêve d’une vraie 3D, qui consistera à rentrer le bâtiment intégral dans l’ordinateur. Mais qu’en est-il de la représentation, de l’image de l’objet ? Une fois les données rentrées dans l’ordinateur, qu’en fait-on sortir ?

Dessiner pour réfléchir

Le dessin, la représentation, leur propre production graphique sont une affaire qui préoccupe beaucoup les architectes. Depuis que l’on bâtit, on trouve dans l’esquisse un support à la conceptualisation. Le dessin permet de découvrir, de vérifier, d’imaginer. L’oeil de l’architecte est en constant dialogue avec sa main.


JPEG - 2.4 ko
ce n’est pas le négatif d’une photo à vol d’oiseau, mais l’assemblage des nuages de points obtenus par balayage laser. Chaque point est localisé dans l’espace, mais il est aussi muni d’une teinte : sa valeur est fonction de la capacité de la matière à réfléchir le rayon laser  - Archéotech SA. Eglise collégiale de Neuchâtel

Dessiner pour transmettre

La main dessine, elle tire des traits. Cette excellence du trait se retrouve dans les techniques de reproduction simple, rapide et bon marché à laquelle le contraint peu à peu la spécialisation des métiers et l’organisation des chantiers. Dessin toujours, mais reproductible. Il est le dépositaire codifié des intentions, des informations, des instructions de l’architecte à ses partenaires. Lorsqu’il a intégré l’ordinateur et ses périphériques dans son processus de production, il a commencé à se servir pour la création d’un document graphique d’une machine à la même logique vectorielle que le trait de sa main : le désespérant traceur à plumes, qui a d’ailleurs rapidement disparu au musée des monstres technologiques.
L’invention et la popularisation de nouveaux procédés d’impression, l’électrophotographie en particulier, ont entraîné la mort de l’héliographie (cyanotypie, négatif bleu, jusqu’en 1945, remplacé progressivement par la diazotypie, en positif) avec ses moyens limités pour l’expression des valeurs, des surfaces et des couleurs. Il y a de quoi être désemparé : images, textes et traits s’impriment (on devrait dire : s’expriment) à présent de la même manière, non pas d’un seul jet, mais d’une seule planche...


JPEG - 5.7 ko
modélisation 3D de l’église conventionnelle, ou à partir des nuages de points   - Archéotech SA. Eglise collégiale de Neuchâtel

Dessiner pour séduire

Avec l’ordinateur, la modélisation en 3D et la banalisation de l’algorithme de la projection perspective favorisent une représentation volumique, en maquette de l’objet, au détriment des catégories stéréographiques de la représentation. La représentation subjective de l’objet est plus facile à comprendre tout en se prêtant mieux à la mystification. En un mot, elle est plus flatteuse ? [4].


JPEG - 7.2 ko
couverture photographique de l’objet. On isole les images des différentes surfaces ou éléments architecturaux, pour en faire des textures photographiques dont on habillera le modèle 3D  - Archéotech SA. Eglise collégiale de Neuchâtel

Lorsque l’étudiant des Beaux-Arts montait en loge pour faire ne fût-ce qu’un exercice rapide, une bonne moitié de son temps, une fois expédié le choix du parti et du système distributif, ou même simplement le choix d’un modèle dans un recueil, était consacré au rendu, à l’embellissement de son dessin. Ironie de l’histoire : malgré la mécanisation et l’automatisation dont nous bénéficions avec l’ordinateur, ces proportions n’ont pas changé. Une moitié du temps est consacrée à la confection du modèle 3D, mais l’autre l’est au rendering. Cet effort consenti à raffiner l’aspect des choses permet-il de voir en l’ordinateur le responsable du retour des belles images ? Est-ce la revanche des Prix de Rome sur l’austérité de la Modernité ? Un autre changement qui est survenu, le principal peut-être, c’est que le discret ordinateur raisonne par points. La ligne est figurée sur l’écran par un alignement plus ou moins aliasé de points. L’écran est une matrice de points qui s’allument et l’imprimante ne s’exprime plus qu’en trames. Si quelque chose a disparu, et est devenu virtuel avec l’ordinateur, c’est bien la ligne !

Je ne vous ferai pas l’affront de vous rappeler ce que sont un point ou une ligne. Mais Kandinsky, qui avait des notions de géométrie, remarqua qu’un point géométrique est un être invisible. Il doit être défini comme immatériel [5]. Le point, c’est un instant, le premier contact du crayon avec la surface du dessin.

Pour le même Kandinsky, et tout comme pour le point, la ligne géométrique est un être invisible. Elle est la trace du point en mouvement [6]. Ou tant qu’à la considérer non pas sous l’angle dynamique, mais comme un lieu, on peut distinguer comme Paul Klee trois types de lignes : la ligne active, lien entre deux points ; la ligne médiale qui définit une surface plane (passive) à la manière d’une silhouette ou d’un contour ; la ligne passive qui est la rencontre de deux plans. Cette typologie de lignes ne vous parle-t-elle pas, vous qui modélisez aujourd’hui à l’ordinateur ? La première, la ligne-profil qui, à l’instar du point en mouvement, donnera à son tour une surface, dès lors qu’elle subira un mouvement elle-même ; la médiale est la ligne-frontière qui définit une surface comprise dans ses limites ; et encore la passive, la ligne-intersection lieu commun à deux surfaces - celle que l’on ne dessine pas puisque c’est l’ordinateur qui la calcule...


JPEG - 6.7 ko
au final, pour décrire l’ensemble des élévations intérieures et extérieures de la Collégiale, plus de 5000 images-textures ont été nécessaires  - Archéotech SA. Eglise collégiale de Neuchâtel

Un dessin d’architecture sans lignes

Il est un autre domaine où EDF a innové en 1992, avec l’expérience du Pont Neuf, c’est que, alors qu’une partie des levés et des modèles 3D furent faits de manière conventionnelle, la plupart des données avaient été saisies par laser. Le changement fondamental par rapport à un levé topométrique conventionnel, c’est qu’on ne relève plus uniquement les points significatifs de l’objet (par exemple les quatre coins d’un rectangle), mais on le scanne, on le bombarde de manière indifférenciée, avec une densité de mesures et un niveau de précision adéquats. Le résultat, c’est un nuage de points, des millions de lieux dans l’espace. Les lignes doivent encore être dessinées. La ligne active qui précédemment passait par deux points de l’objet reconnus comme significatifs, doit maintenant être identifiée comme une ligne passive, la rupture spatiale dans le grand nuage de points.

La lasergrammétrie ou lasérométrie est un procédé de scan 3D où pour chaque point mesuré on connaît non seulement sa position dans l’espace (x, y et z), mais aussi une valeur, teinte ou intensité du point. Cette valeur correspond à sa capacité à réfléchir le rayon laser et non à la couleur de l’objet mesuré. Dans ce sens, il s’agit bien d’un procédé de la famille de la photographie, au sens large. Elle en a bien l’aspect, mais elle n’a ni la qualité, ni la fidélité d’une photographie au sens restreint, avec laquelle on a assez tendance, fautivement, de la comparer. Afin de saisir la couleur que possède l’objet, donc sa capacité à retenir une partie du spectre de la lumière du soleil, on peut coupler la mesure de chaque point avec la saisie par une caméra RVB numérique.

Les points pourvus d’attributs ne sont plus immatériels. Si on les dilate, si on les étale comme des taches ou sphéroïdes de la dimension de leurs intervalles, on a bel et bien l’impression de se trouver en présence de surfaces éclairées, comme sur une photo 3D.

Que faire d’un tel nuage ? Que faire d’une encombrante, d’une transparente myriade de taches ? Premièrement, au plus paresseux : garder le nuage brut, le contempler à l’ordinateur ou le projeter selon un plan, un faisceau perspectif, etc. Il y a quantité d’applications de la lasergrammétrie où ne se pose pas la question de la représentation codifiée d’un objet, ou bien où l’observation brute du nuage, ou statistique, donne déjà une indication suffisante de l’objet. Deuxièmement si on les relie entre eux, par facettage, par maillage, trois points voisins formant toujours une ligne médiale, on en fera des surfaces dans l’espace, propres à arrêter ou à réfléchir la lumière, il y aura un intérieur et un extérieur. Troisième étape : identifier les lignes passives, les lignes de rupture. L’ordinateur trouve les breaklines, ou le dessinateur identifiera dans le nuage les points caractéristiques nécessaires à la représentation graphique de l’objet.

JPEG - 4.4 ko
 coupe longitudinale vue vers le Nord. Représentation conventionnelle, codifiée du dessin d’architecture. Les couleurs sont normées et correspondent à la réalité constructive de l’objet et aux intentions graphiques (épaisseurs de traits, types de ligne) du dessin noir et blanc - Archéotech SA. Eglise collégiale de Neuchâtel
JPEG - 3.9 ko
même vue. Image calculée à partir d’un modèle 3D. Illumination par radiosité et textures photographiques. Bien que l’objet ne soit constitué que de photographies, le résultat n’est pas une photographie à son tour, mais possède un recul, une abstraction picturale étonnants - Archéotech SA. Eglise collégiale de Neuchâtel

L’exemple du relevé par le bureau Archéotech de la collégiale de Neuchâtel en 2005, montre qu’à côté de la représentation conventionnelle, codifiée, du dessin, ces outils ouvrent la voie à de nouveaux modes d’expression graphique, qui évoquent curieusement la tradition Beaux-Arts, et nous renvoient au souci d’une description didactique du bâtiment. Le clair-obscur des surfaces obtenu par calcul de radiosité dans un environnement 3D permet une meilleure lecture des plans et des volumes. L’application des textures photographiques, au lieu de précipiter le dessinateur dans le piège de l’hyperréalisme, l’attire plutôt dans une sorte de position de recul, de distance picturale, ou encore sur le terrain du modélisme. Un modèle réduit ne l’est pas que dans ses dimensions, il est aussi réduit dans sa prétention à se substituer au réel.

Si, au sujet de la simulation d’éclairage du Pont-Neuf, on a pu nourrir quelques illusions caractéristiques pour l’époque, on était aussi conscient que l’image réalisée reste une représentation, n’est pas une garantie de réalisation et ne peut a fortiori être contractualisée ? [7], et on pouvait estimer néanmoins que malgré cette limite, l’image de synthèse réalisée, construite à partir des spécificités techniques des matériaux, n’est en rien comparable avec une image réalisée par palette graphique, où les sens artistique et commercial comptent au moins autant, sinon davantage, que le réalisme. Dans le cas de l’image de synthèse, si tout risque de manipulation est écarté, le risque de déception demeure. Voilà au moins un point sur lequel le travail d’Archéotech apporte un certain démenti.

[1] par le Centre d’Enseignement et de Recherche de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers de Cluny avec le soutien démonstratif de IBM.

[2] Imagina, le forum des images qui dépassent l’imagination.

[3] Le CRAI, Centre de Recherche en Architecture et Ingénierie, et le CRIN, Centre de Recherche en Informatique.

[4] J’ai eu l’occasion de développer cet aspect dans un précédent numéro spécial de Flash informatique, du 1er septembre 1998, Maquette, panorama et rendering, pp.26-29.

[5] Wassili Kandinsky. Point et ligne sur plan. Gallimard Folio, Paris, 1991. p.25.

[6] Wassili Kandinsky. Op.cit. p.67, pour qui elle est l’action d’une force.

[7] M. Claude Huriet, Sénateur. Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques - Rapport d’information n° 169 - 1997-1998 source



Cherchez ...

- dans tous les Flash informatique
(entre 1986 et 2001: seulement sur les titres et auteurs)
- par mot-clé

Avertissement

Cette page est un article d'une publication de l'EPFL.
Le contenu et certains liens ne sont peut-être plus d'actualité.

Responsabilité

Les articles n'engagent que leurs auteurs, sauf ceux qui concernent de façon évidente des prestations officielles (sous la responsabilité du DIT ou d'autres entités). Toute reproduction, même partielle, n'est autorisée qu'avec l'accord de la rédaction et des auteurs.


Archives sur clé USB

Le Flash informatique ne paraîtra plus. Le dernier numéro est daté de décembre 2013.

Taguage des articles

Depuis 2010, pour aider le lecteur, les articles sont taggués:
  •   tout public
    que vous soyiez utilisateur occasionnel du PC familial, ou bien simplement propriétaire d'un iPhone, lisez l'article marqué tout public, vous y apprendrez plein de choses qui vous permettront de mieux appréhender ces technologies qui envahissent votre quotidien
  •   public averti
    l'article parle de concepts techniques, mais à la portée de toute personne intéressée par les dessous des nouvelles technologies
  •   expert
    le sujet abordé n'intéresse que peu de lecteurs, mais ceux-là seront ravis d'approfondir un thème, d'en savoir plus sur un nouveau langage.