Versailles revisité : du plan d’Ancien Régime au modèle numérique 3D

La modélisation 3D constitue un précieux outil de connaissance des lieux patrimoniaux et d’appréhension de leur histoire par des publics variés. En témoignent les modèles réalisés, grâce à un logiciel spécifique, à partir de plans anciens du château de Versailles.

Diffuser les plans d’Ancien Régime du domaine de Versailles et, à partir de ces documents, réaliser des modélisations 3D d’espaces du château qui ont disparu ou ont été modifiés depuis : tel est l’objectif du projet de recherche VERSPERA, qui rassemble les Archives nationales (AN), la Bibliothèque nationale de France (BnF) et le laboratoire ETIS (Université de Cergy-Pontoise, ENSEA et CNRS), sous la conduite du Centre de recherche du château de Versailles (CRCV).

Le corpus concerné, exceptionnel du fait de son volume et de son homogénéité, est dans sa plus grande partie conservé au sein des AN, mais aussi à la BnF et au château de Versailles. Il est homogène du point de vue de l’origine des sources qu’il rassemble : il s’agit de documents issus des agences des premiers architectes du roi, aux XVII^e et XVIII^e siècles, qui représentent plus de 6 800 notices du catalogue établi par D. Gallet-Guerne et C. Baulez (Versailles. Dessins d’architecture de la direction générale des Bâtiments du roi, Paris, Archives nationales, 1983 et 1989). Ces documents sont de nature très variée et mettent en œuvre diverses techniques de réalisation : plans, coupes, élévations, vues de détails d’architecture ou de décoration, dessinés à l’encre, au fusain, en aquarelle, etc. Ils diffèrent également par leurs dimensions, allant de quelques centimètres à trois mètres de côté.

La numérisation de ces documents, préalable au travail de modélisation, est encore en cours. Elle a nécessité, de la part des ateliers de restauration des AN, la mise au point de techniques spécifiques, et même de matériel spécifique, notamment pour la préservation et le transport des documents les plus grands. De même, les ateliers de photographie ont dû s’adapter pour photographier ces documents de grande taille. Le corpus d’images (environ 16 000 vues), annoté, complété, indexé et documenté par les équipes du CRCV, des AN et de la BnF, sera mis progressivement à disposition du public sur la banque d’images du CRCV et sur la Salle des inventaires virtuelle des AN.

Le laboratoire ETIS a conçu un logiciel pour traiter ces documents et en tirer des modèles 3D consultables sur internet ou par le biais de logiciels de visualisation 3D aux formats les plus communs. Ce logiciel permet de déterminer l’empreinte au sol des espaces représentés, puis de générer l’élévation des murs et de leur appliquer des textures. L’utilisation de logiciels d’architecture existants était impossible du fait des caractéristiques des plans traités : traits non rectilignes et d’épaisseur variable, absence de symboles normalisés, marques de pliage, filigranes, etc.

En informatique, la géométrie d’un modèle 3D est composée de trois types d’éléments : (i) des points dans l’espace, que l’on appelle « sommets » du modèle, généralement repérés par leurs coordonnées dans l’espace (x,y,z) ; (ii) des arêtes, reliant deux sommets voisins ; (iii) des facettes, délimitées par une suite fermée d’arêtes consécutives (la plupart du temps, les facettes sont des triangles, délimités donc par trois arêtes). Aux éléments géométriques du modèle 3D, peuvent être ajoutées, mais ce n’est pas obligatoire, des informations de photométrie, c’est-à-dire de niveaux de gris, de couleur ou de texture : chaque facette sera soit colorée uniformément, soit associée à une image qui l’illustrera.

Le corpus VERSPERA est composé de plans au sol et de vues en coupe ou en élévation : la géométrie du modèle 3D est calculée à partir des plans au sol ; les élévations et les coupes (lorsqu’elles existent) fournissent la photométrie pour les murs extérieurs et intérieurs. Dans certains cas, il existe également des images des sols et des plafonds, à même d’ajouter du réalisme aux modèles 3D.

Le logiciel VERSPERA permet de générer un premier modèle 3D « brut » à partir des plans au sol, en détectant les murs, les cloisons, les ouvertures (portes et fenêtres) et les escaliers. Les principales étapes sont les suivantes :

• après quelques pré-traitements (débruitage des images, réduction de dimension et binarisation), le logiciel détecte les murs principaux et les cloisons, en filtrant l’image du plan binarisée par des opérateurs de morphologie mathématique ;
• pour détecter les escaliers, l’utilisateur du logiciel doit dessiner sur le plan un rectangle contenant un escalier. Dans ce rectangle, le logiciel localise précisément la « boîte englobante » de l’escalier, en détectant et en associant entre elles chaque marche représentée sur le dessin ;
• une fois que les murs, qui constituent en quelque sorte les empreintes au sol du bâtiment, ont été détectés, le modèle 3D peut être construit, en élevant tous les murs à une hauteur fixée arbitrairement. Les escaliers sont insérés là où ils ont été détectés en utilisant une bibliothèque d’éléments d’escalier que nous avons constituée.

Les vues en élévation, lorsqu’elles sont disponibles, permettent de « texturer » le modèle, de lui donner un aspect sinon plus « réaliste », en tout cas plus compréhensible par le lecteur. Le logiciel délimite précisément dans les images la zone d’intérêt, qui constituera la « texture » à appliquer au mur. L’utilisateur sélectionne dans le modèle 3D le mur qui sera texturé, puis lui associe l’image correspondante dans le corpus. Il choisit ensuite dans cette image un point appartenant au motif et un point appartenant au fond de l’image ; le logiciel détoure le motif dans l’image et l’applique au modèle 3D.

Le Grand Appartement du roi vers 1700 et la galerie Mignard (en 1685 et 1692) sont les premiers espaces à avoir été modélisés. La modélisation de la galerie Mignard est particulièrement intéressante du point de vue historique, puisque cet espace a été complètement modifié au cours du XVIII^e siècle, avant de disparaître entre 1753 et 1769. Le rendu visuel de ce modèle a été amélioré par la contribution d’un projet étudiant de la licence professionnelle Métiers du numérique (Patrimoine, visualisation et modélisation 3D) de l’Université de Cergy, qui a apporté un grand réalisme à cette restitution 3D.

Restitution 3D partielle de l’appartement du Roi par le logiciel VERSPERA (à gauche) ; détail de la Galerie Mignard restituée par le logiciel VERSPERA, rendu photoréaliste réalisé par les étudiants de licence professionnelle « Métiers du numérique » de l’Université de Cergy-Pontoise.

Depuis 2012, le projet VERSPERA est l’occasion d’une réelle collaboration interdisciplinaire entre historiens, archivistes, restaurateurs, photographes et informaticiens. Les retombées sont intéressantes en termes de préservation et de médiation. Ainsi sera-t-il possible de faire comprendre aux visiteurs de Versailles l’évolution de l’appartement du roi à travers un film d’animation présentant son état à cinq dates clefs de son histoire entre le XVII^e et le XXI^e siècle. De même, le travail de restauration et de numérisation contribue à préserver de fragiles documents d’archives, tout en facilitant l’accès des spécialistes et du grand public à cette collection exceptionnelle. L’ensemble du corpus numérisé devrait être rendu public en 2018-2019 ; son traitement en vue de la réalisation de maquettes numériques 3D s’étendra sur plusieurs mois ou années par la suite. Nul doute que ce corpus sera le support de projets de recherche et d’usages novateurs dans les années à venir. Le logiciel, créé pour les besoins du projet, pourra notamment être utilisé pour modéliser tout bâtiment disposant de plans, de coupes et d’élévations.

Mathieu da Vinha et Michel Jordan

Partenaires du projet :

Mathieu DA VINHA, Benjamin RINGOT, Isabelle PLUVIEUX, Nicole LALLEMENT, Sandrine JAUNEAU, Delphine DESBOURDES (Centre de recherche du château de Versailles).

Pierre JUGIE, Flore HERVÉ, Nadine GASTALDI, Rosine LHEUREUX (Archives nationales).

Jude TALBOT, Corinne LE BITOUZÉ (Bibliothèque nationale de France).

Michel JORDAN, Hedi TABIA, Christophe RIEDINGER (ETIS, Univ. Cergy-Pontoise / ENSEA / CNRS).

Publications associées au projet :

Hedi Tabia, Christophe Riedinger, Michel Jordan. Automatic Reconstruction of Heritage Monuments from Old Architecture Documents. Journal of Electronic Imaging, Society of Photo-optical Instrumentation Engineers, 2016, Special Section on Image Processing for Cultural Heritage, 26 (1), pp.011006. <10.1117/1.JEI.26.1.011006>. <hal-01415652>

Christophe Riedinger, Hedi Tabia, Michel Jordan. Restitution 3D de monuments historiques à partir de plans anciens. Traitement du Signal, Lavoisier, 2015, 32 (1), pp.87-108. <10.3166/TS.32.87-108>. <hal-01141140>

Christophe Riedinger, Michel Jordan, Hedi Tabia. Restitution 3D de monuments historiques à partir de plans anciens. GRETSI 2015, Sep 2015, Lyon, France. Actes du colloque GRETSI 2015. <hal-01197051>

Crédit photo à la Une : Château de Versailles. Élévation, sur la cour des offices au midi, du corps de logis construit par Jules Hardouin-Mansard en 1678, et qui double le pavillon de la cuisine-bouche donnant sur la cour des Princes, [s.d.]. O/1/1768/A, dossier 2, n°39 @ Archives nationales (France) – Avec le soutien de la Fondation des sciences du patrimoine / LabEx Patrima.