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L'architecture ancienne témoigne de la civilisation humaine et de son histoire. Elle fait partie intégrante de notre patrimoine culturel, mais malheureusement, en raison de la dégradation naturelle causée par des facteurs géographiques, elle disparaît peu à peu. Grâce à la technologie 3D, nous pouvons désormais recréer certaines de ces œuvres majestueuses avec une précision extrême ! Cette technologie nous permet non seulement de mieux protéger les structures anciennes contre toute détérioration supplémentaire, mais aussi de les préserver pour la postérité.
Contexte du projet
À la demande d'un client, le studio UAV et l'École d'architecture et d'ingénierie d'une école de la province du Hunan, en Chine, ont réalisé un travail de modélisation 3D précis sur deux sites historiques majeurs : l'ancienne résidence de Huang Xing et la vieille maison de Xu Guangda. La première est officiellement classée comme unité de protection des vestiges culturels importants et couvre une superficie de 2,5 hectares. Xu Guangda, quant à lui, est également connu pour son influence et son œuvre, qui a laissé de nombreuses œuvres précieuses. Grâce aux résultats de nos recherches, obtenus grâce à des photos aériennes haute définition combinées à l'analyse de données de télédétection terrestre collectées à l'aide de drones (UAV), nous espérons mieux comprendre leur histoire pour les générations futures tout en préservant leur patrimoine culturel pour de futures études.
Analyse des points douloureux
La modélisation 3D traditionnelle s'appuie souvent sur des données issues de la photographie d'inclinaison par drone. Cependant, cette méthode présente des limites qui la rendent inadaptée aux besoins de la modélisation fine des bâtiments. Premièrement, en raison de problèmes d'angle et de distance, elle ne permet pas de capturer une texture suffisamment détaillée de la façade. Deuxièmement, de nombreux bâtiments traditionnels présentent de larges avant-toits, difficiles, voire impossibles, à capturer par la photographie d'inclinaison par drone. Troisièmement, l'obstruction des arbres autour du bâtiment empêche la photographie d'inclinaison par drone de capturer pleinement la texture de la façade.
Pour pallier certaines des insuffisances de la méthode de modélisation par photographie d'inclinaison par drone, des méthodes complémentaires sont couramment utilisées, telles que le contrôle manuel du drone pour prendre des photos supplémentaires des façades et des détails des bâtiments. Cependant, même dans ce cas, des difficultés subsistent en raison de ses limitations, qui ne conviennent qu'aux structures hautes ou de grande taille disposant d'un espace libre suffisant autour des bâtiments. L'ancienne résidence de ce projet est une maison de plain-pied entourée de grands arbres ; cette méthode a donc été identifiée comme présentant des risques plus importants pour la sécurité que les autres méthodes disponibles. Elle n'est donc pas adaptée. Une autre méthode consiste à prendre manuellement des photos supplémentaires du bâtiment, comme la façade et les détails de l'habitation, au sol, à l'aide d'un appareil photo classique. Cependant, cette méthode pose également des difficultés supplémentaires lors de l'intégration des photos courantes et aériennes en post-traitement, car les photos courantes ne disposent pas de données de position POS précises, et la superposition et le chevauchement avec les photos aériennes sont insuffisants. De plus, la résolution et la taille des points d'image CMOS des caméras classiques et des caméras de surveillance aérienne sont différentes. Par conséquent, cette méthode n'est pas applicable.
Cette limitation des méthodes traditionnelles de modélisation 3D a conduit les experts du secteur à explorer des alternatives pour la modélisation fine des bâtiments.
Programme de mise en œuvre
La tâche utilise le système de procédure collaborative Hi-Target vRTK + UAV pour affiner les modèles 3D. Nous avons utilisé la photographie d'inclinaison par drone pour obtenir des images du toit et de l'élévation, et la vRTK pour prendre des images de la façade du bâtiment. Ensuite, les résultats d'aérotriangulation, issus du calcul séparé, ont été fusionnés pour une modélisation 3D directe.

L'avantage le plus significatif de cette solution est que les images prises par vRTK, un GNSS RTK avec technologie de positionnement d'image, contiennent des données POS précises (précision de niveau RTK) mais partagent également le même système de coordonnées, et il n'est pas nécessaire de définir des points de connexion ou des points de contrôle d'image lors du calcul de l'aérotriangulation.
Cette méthode réduit la charge de travail et rend le travail de bureau plus facile qu’auparavant.
Flux de travail
1. Application physique
1) Photographie d'inclinaison par drone
Application de la méthode de photographie d'inclinaison à cinq directions lors de l'utilisation d'un drone de marque chinoise pour la photographie aérienne d'inclinaison.
2) Photographie terrestre à courte portée vRTK
Utilisation du vRTK pour prendre des photos en gros plan des murs de bâtiments qui doivent être capturés avec mise au point ainsi que des surfaces cachées par les arbres.
La méthode de prise de vue consiste généralement à prendre une façade comme objet et à effectuer des prises de vue de manière à ce que les images voisines se chevauchent, à placer la caméra à des distances proches et lointaines et à incliner la vue, comme indiqué ci-dessous.

Dans le cadre de ce projet, la photographie terrestre à courte portée Hi-Target vRTK destinée à la prise d'images supplémentaires doit partager le même système de coordonnées et le même système d'élévation que la photographie d'inclinaison par drone. Le géoïde, le Système de coordonnées géodésiques chinois 2000 et la station de base CORS de China Mobile sont utilisés. Après deux heures d'intervention, le technicien a complété l'ensemble des données physiques des deux anciennes habitations.
2. Traitement des données
Les photos aériennes prises par le drone et les gros plans du bâtiment pris par Hi-Target vRTK sont traités respectivement par aérotriangulation. L'ensemble des résultats est ensuite combiné pour la modélisation 3D. Le traitement de l'ensemble des données dure deux heures.

Résultat
Grâce au modèle 3D généré, il est remarquable que les images supplémentaires prises par le vRTK ont grandement amélioré la texture de la façade du bâtiment et ont complété les éléments d'avant-toit manquants et l'ombrage des arbres manquant dans le modèle de façade du bâtiment par la photographie d'inclinaison du drone.

En comparaison avec le modèle 3D généré uniquement à partir de la photographie d'inclinaison du drone, le modèle 3D généré cette fois-ci peut clairement montrer la structure détaillée du bâtiment, et les éléments architecturaux sur la façade, sous les avant-toits et les arbres, ainsi que les éléments culturels soutenant le bâtiment peuvent être finement affichés pour répondre aux besoins du projet.



Résumé du projet
Grâce à la mise en œuvre de ce projet, les conclusions suivantes peuvent être tirées.
(1) L'application de la méthode Hi-Target vRTK pour compenser les tirs au sol, associée à la photogrammétrie par drone, améliore considérablement l'efficacité du travail. Il ne faut que deux heures pour collecter des données sur une superficie totale de 8,07 acres dans les deux anciennes résidences.
(2) Les photos vRTK Hi-Target avec données POS partagent le même système de coordonnées que les photos aériennes du drone, permettant une modélisation interne sans utiliser de points de connexion et fusionnant directement les résultats d'aérotriangulation pour la modélisation, ce qui simplifie le processus d'exploitation interne, réduit la charge de travail de l'industrie interne et améliore l'efficacité du traitement interne en ne prenant que 2 heures pour terminer la construction du modèle raffiné.
(3) Les paramètres liés entre UAV et Hi-Target vRTK sont proches et ne provoquent pas de différences énormes dans la résolution de l'image, de sorte que la fusion de modélisation est forte et le modèle 3D généré est naturel et fin.
(4) Les photos au sol prises par Hi-Target vRTK ont complété et amélioré efficacement les détails et les textures locales du bâtiment et ont résolu le problème de l'obtention des textures du bâtiment sous les avant-toits et obscurci par les arbres.