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Technologie d’enquête numérique et impression 3D utilisées pour créer un modèle de l’ancienne acropole maya

Situé dans le nord du département du Petén au Guatemala, près de la rivière Salsipuedes, La Blanca est une ancienne colonie maya, et l’un de ses principaux points focaux archéologiques est l’Acropole, qui a été construite comme résidence des dirigeants de la ville pendant la période classique tardive (AD 600-850). Il se compose de trois bâtiments, deux avec des toits de chaume et un avec une couche de sol, sur une plate-forme accessible par un grand escalier. Les recherches sur le village ont été fréquentes au fil des ans, c’est pourquoi en 2010, un centre d’accueil a été construit dans le cadre du projet La Blanca. Les touristes y reçoivent un soutien, tandis que les habitants ont un bon endroit pour participer à des ateliers sur le patrimoine culturel et voir du matériel éducatif.

Il manquait cependant une réplique à l’échelle de l’Acropole à utiliser comme outil de diffusion du patrimoine architectural maya. Cela aurait été difficile à réaliser avant les techniques d’enquête numérique, mais la technologie 3D change la façon dont nous documentons et préservons les sites du patrimoine culturel. Un trio de chercheurs de l’Universitat Politècnica de València (UPV) a publié une étude de cas sur l’utilisation de l’impression 3D à cette fin à La Blanca, et comment l’équipe a pu documenter le complexe à l’aide de la technologie d’enquête numérique «pour obtenir un modèle haute fidélité des bâtiments de l’Acropole.

Les objectifs étaient d’améliorer le contenu de la salle d’exposition du Centre d’accueil avec un modèle de l’Acropole, de réaliser une étude approfondie de «toutes les procédures utilisées pour obtenir le modèle basé sur la réalité de l’Acropole et de proposer un flux de travail qui pourrait être utilisé dans des cas », et testez ces ressources pour une utilisation dans la diffusion de l’histoire maya.

Le projet a en fait commencé en 2012 avec un scanner Faro Focus3D S120, qui est un scanner laser terrestre (TLS) rapide mais compact capable de fournir des mesures 3D efficaces. Entre 2012 et 2015, trois campagnes d’enquêtes numériques ont été menées dans différentes parties de l’Acropole, pour un total de 118 scans.

«Après avoir acquis ces scans, nous avons effectué l’enregistrement des nuages ​​de points dans un laboratoire et obtenu le modèle de nuage de points basé sur la réalité de l’Acropole», ont déclaré les chercheurs. «Ce modèle a montré une précision géométrique très élevée et a été utile pour extraire des dessins classiques en 2D et pour obtenir des modèles de maillage polygonal 3D.»

Il était important de créer une méthodologie pour la modélisation inverse de l’Acropole, qui a commencé avec les données de balayage laser.

«En général, il est possible d’imprimer des objets 3D à partir d’un modèle 3D traditionnel qui a été modélisé directement (comme dans le cas du modèle d’un bâtiment que nous concevons) ou à partir d’un modèle 3D basé sur la réalité qui a été obtenu à partir de des données réelles acquises par balayage laser ou par photogrammétrie numérique », ont-ils expliqué.

Un logiciel de modélisation inversée peut créer un maillage polygonal 3D à partir d’un modèle de nuage de points, mais le premier maillage doit généralement être optimisé pour obtenir un modèle de qualité suffisamment élevée pour pouvoir être imprimé en 3D. L’optimisation et la construction du modèle de maillage 3D de l’Acropole étaient difficiles car il y avait beaucoup de données redondantes issues de la numérisation précédente, et les parties les plus hautes du mur manquaient de données, car «le système de toits de chaume provoquait des zones d’occlusion», mais ils ont réussi.

«Tout d’abord, le modèle 3D ponctuel de l’Acropole a été exporté au format .ptx en 9 parties. Ensuite, chaque section du modèle a été importée dans le logiciel 3D System Rapidform avec un facteur de réduction 1/4. Dans le même logiciel, nous avons construit séparément 9 maillages high-poly différents », ont-ils écrit. «La structure hétérogène des 9 mailles uniques était un problème supplémentaire causé par la redondance plus ou moins élevée des données acquises au cours des différentes saisons sur le terrain.»

Ils ont réalisé un «remaillage global» de ces neuf pour réduire le nombre de polygones dans le modèle final et homogénéiser la taille moyenne de leurs arêtes, ainsi que leur nombre et leur distribution. Ensuite, chaque maillage a été traité séparément pour remplir les limites et annuler les erreurs topologiques, comme les polygones superposés ou redondants. Une fois que tous les maillages ont été combinés, l’équipe a eu un modèle moyen-poly de l’Acropole.

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Ils avaient encore besoin d’intégrer le modèle 3D à ces procédures et se sont tournés vers la modélisation inverse et d’autres outils logiciels pour le terminer. Ils ont réalisé une retopologie manuelle des limites du modèle, ce qui leur a permis d’obtenir des contours simplifiés; ceux-ci ont ensuite été utilisés «comme références pour la modélisation directe des sections manquantes de l’Acropole». Ils ont ensuite dû homogénéiser les structures des deux maillages en utilisant Luxology Modo et 3D System Rapidform, puis ont fusionné les maillages en un seul modèle.

Les outils de sculpture de Maxon Cinema 4D ont été utilisés pour améliorer l’homogénéisation du modèle, ce qui a également «contribué à souligner la différence entre les parties du modèle basées sur la réalité et les surfaces directement modélisées qui n’avaient pas été détectées par le scanner laser. Enfin, le maillage du terrain a été intégré à l’aide d’un outil de modélisation géométrique, et le modèle 3D de l’Acropole, «composé de 6 043 072 polygones avec une structure homogène sur l’ensemble du maillage», était prêt à être imprimé en 3D. L’équipe a noté un léger écart de maillage entre l’un des maillages originaux en polyéthylène et le modèle final, mais l’imprimante 3D FDM qu’ils ont utilisée pouvait le gérer.

L’équipe a effectué quelques tests d’impression avec différentes configurations et échelles afin de sélectionner les paramètres appropriés avant d’imprimer l’ensemble du modèle en PLA, dont les résultats étaient très précis par rapport au modèle 3D virtuel.

«Les parties manquantes de l’Acropole, non détectées par le scanner laser puis reconstruites manuellement, semblaient parfaitement intégrées dans la version imprimée en 3D du modèle et montraient, en même temps, leur diversité par rapport aux parties réelles du modèle, »Ont écrit les chercheurs.

«De l’analyse de ces tests, nous avons conclu que la représentation de l’Acropole était satisfaisante.»

Le dernier test, avec une échelle de 1: 100 et une précision de 0,3 mm, offrait la meilleure fidélité, l’équipe a donc imprimé le modèle Acropolis avec ces paramètres. Il a été imprimé en 17 parties différentes, car les mesures finales de 90 x 70 cm étaient trop grandes pour le lit d’impression; Cependant, cela s’est avéré utile au moment de transporter le modèle à La Blanca. Il y a été remonté et se trouve au milieu du hall d’exposition du centre des visiteurs de La Blanca, protégé par un dôme en plastique transparent, pour le plaisir de tous.

«Aujourd’hui, cette réplique physique de l’Acropole est une ressource importante qui permet aux visiteurs d’avoir une vue complète du complexe principal du site, ce qui n’est pas facile dans la jungle guatémaltèque», ont conclu les chercheurs. «Il offre également une vue exclusive de certaines parties de l’Acropole, déjà étudiées par les chercheurs et désormais protégées par une couche de sol pour assurer leur préservation. De plus, c’est une ressource utile pour soutenir la diffusion et sert également de ressource pédagogique pour les étudiants visiteurs.

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