Wednesday, 17 January 2018

Archeological puzzles

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Contents

Aide à la reconstruction de pièces archéologiques

(recherche développée au Service des Systèmes Logiques et Numériques et financée par la Région de Bruxelles-Capitale)

Présentation

Afin de faciliter le travail des archéologues, de nombreuses applications informatisées proposent des solutions visant à améliorer le traitement des fragments issus de fouilles. Ainsi, des méthodes de classification de certains types d'objets et des interfaces graphiques permettant la visualisation et la manipulation virtuelle d'objets ont été développées. Cependant, l'étape de reconstruction d'objets archéologiques à partir de leurs fragments ne possède pas encore de traitements automatisés complets et efficaces. Le but de ce projet est d'y contribuer. Un ensemble de plus de 11.000 fragments sculptés, en pierre, découverts lors des fouilles menées dans le choeur de la cathédrale des Saints Michel et Gudule et provenant vraisemblablement d'un jubé ou d'une tourelle de Saint Sacrement, constitue un jeu de données exceptionnel pour ce projet.

Méthodologie

Nous avons dans un premier temps travaillé sur des fragments provenant d'une niche qui a été présente au XVIème siècle dans le choeur de la collégiale de Bruxelles (aujourd'hui cathédrale des Saints Michel et Gudule) et dont plusieurs d'entre eux s'assemblent déjà. Ce choix s'est fait pour trois raisons. Tout d'abord, sur la majorité de ces fragments apparaît une zone plane qui indique que cette ornementation était plaquée contre une paroi. Cette particularité permet de limiter les possibilités de déplacements dans les tentatives d'assemblage. De plus, il s'agit ici d'une petite architecture (moins de 1m x 1m) dont les fragments disponibles donnent déjà une idée de l'ensemble. Ces fragments sont au nombre de 24 (avec ceux pouvant être associés par erreur), ce qui limite le nombre de fragments à manipuler simultanément. Cela constitue donc un premier ensemble exploitable. Acquisition numérique des fragments

La première étape a consisté à effectuer l'acquisition 3D des fragments mis à notre disposition. Le système d'acquisition employé est le Fastscan de la société Polhemus et est basé sur la technologie du laser stripe triangulation. Le choix de ce matériel s'est fait compte tenu de sa maniabilité et de la précision obtenue (de l'ordre de 500µm). Le principe est le suivant. Le bras du scanner est équipé d'une source laser et de deux caméras monochromes. L'utilisateur balaye la surface de l'objet avec le rayon laser. La déformation de celui-ci est vue par les deux caméras, ce qui permet à l'ordinateur de reconstituer progressivement, en combinant les différents balayages, la surface de l'objet en 3 dimensions.

Les photos suivantes montrent l'utilisation de ce matériel lors d'une session d'acquisition :

Scan1a.jpg

Scan2a.jpg

Scan3a.jpg

séance d'acquisition 3D

rayon laser projeté sur l'objet

modèle créé en temps réel

A titre d'exemple, voici les résultats obtenus pour le fragment 9620 (base de la niche) :

photographie du fragment

9260.jpg

9620 scanne.jpg

vue à l'écran du fragment

fragment digitalisé

modèle 3D

Reconstruction

Parmi les 24 fragments, 9 d'entre eux correspondent à la partie supérieure gauche de la niche. Tous ces fragments s'assemblent les uns aux autres de manière intuitive. De plus, un second ensemble, constitué de deux fragments s'assemblant, correspond à la base de la niche.

Set1.jpg

Set2.jpg

partie supérieure gauche

base de la niche

Notre démarche a consisté à adopter la méthodologie employée par les archéologues (qu'il est possible de retrouver intuitivement au travers de ce puzzle 2d) et à tenter de l'automatiser le plus possible. Ainsi, nous nous sommes intéressés à la recherche de régions permettant de caractériser les fragments et à les faire intervenir dans des tests d'assemblage en respectant certains critères de continuité. La mise en relation de ces régions a abouti à des propositions d'assemblage où la continuité de ces régions entre les fragments était respectée. La séquence vidéo suivante montre le résultat obtenu :



Enfin, la mise en correspondance de tous les éléments que nous sommes parvenus à positionner a abouti à la configuration présentée par l'image suivante :

Niche.gif

Autre puzzle : la ballustrade

Contacts

Nadine WARZEE - Cédric LAUGEROTTE