Brevet FR2791793A1 — publié le 20001006

La présente invention concerne un procédé pour représenter un panorama à la surface d'un objet en trois dimensions et divers dispositifs pour sa mise en oeuvre. Les objets ayant une représentation d'un panorama sur leur surface sont connus depuis longtemps. Dans le domaine de l'artisanat, nous citerons les boules chinoises et les oeufs russes. Les panoramas représentés sont souvent peints à la main et les techniques de représentation sont empiriques.10 Dans le domaine scientifique, nous citerons les globes célestes. Les globes célestes représentent la position des étoiles sur la sphère céleste. On peut considérer l'ensemble des étoiles visibles sur Terre comme un panorama visuel total.15 A la différence des boules chinoises et des oeufs russes, la représentation des étoiles sur un globe céleste est méthodique. On peut la distinguer en trois étapes. La première étape est la détermination de la position de l'étoile dans la sphère céleste à l'aide des instruments de mesure astronomique. Cette position sphérique consiste en deux angles: la déclinaison et l'ascension droite. La deuxième étape est la détermination de la position de l'étoile sur le globe, celle-ci étant déterminée comme si on repliait la sphère céleste sur elle-même, par exemple lorsque l'on retourne un ballon de baudruche sur lui-même. On prend comme centre de la sphère céleste le centre du globe. La troisième étape est le calcul de la position de l'étoile sur le matériau qui, formé, épousera la surface du globe, par exemple sur un des fuseaux de papier pour les vieux globes célestes. On pourrait représenter un panorama sur un objet, par exemple une sphère en utilisant la même méthode de construction que les globes célestes. A partir d'un point fixe, on mesure les points caractéristiques du panorama à l'aide de deux angles, l'azimuth (angle dans le plan -2- horizontal par rapport à un méridien arbitraire) et l'élévation (angle dans le plan vertical par rapport au plan horizontal). Ces deux angles forment une position sphérique.5 On inverse la position sphérique de chaque point, en inversant l'azimuth par exemple et on reporte cette nouvelle position sphérique sur le globe en considérant que le point origine de la position sphérique est le centre du globe et on calcule la position du point dessiné sur le matériau10 déformable, un fuseau de papier par exemple. Cette méthode est lourde et limitée seulement au dessin. Il faudrait un énorme travail de mesure et de transformation pour obtenir un panorama réaliste. La présente invention permet au contraire une représentation photographique et automatisée de tout ou partie d'un panorama à la surface d'un objet. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé pour la représentation de panoramas sur un objet à trois dimensions tel qu'une sphère ou autre, que l'on recouvre au20 moins partiellement pour lui donner la représentation du panorama, que l'on saisit, à partir du point de panorama une pluralité de représentation partielles dudit panorama, selon diverses orientations jusqu'à avoir saisi la totalité de la sphère visuelle du panorama, puis l'on reproduit soit sur un25 matériaux plan destiné à recouvrir l'objet, soit par projection lumineuse dans l'objet la représentation de la sphère visuelle inversée du panorama, selon que cette représentation est calculée par la projection géométrique à partir d'un point situé à l'intérieur de l'objet et selon une certaine orientation de la sphère visuelle inversée du panorama sur la surface du gabarit. - 3 On enregistre le panorama totalement ou en partie à l'aide d'un appareil d'acquisition, par exemple un appareil photographique. Chaque photographie forme une représentation partielle du panorama. Chaque cliché est numérisé de manière à traiter rapidement les clichés. Connaissant les caractéristiques optiques de l'appareil d'acquisition, on peut calculer la position sphérique de tout point de la photographie par rapport à l'axe de prise de vue. En déterminant les axes de prises de vue de chaque cliché, on connaît alors la distribution lumineuse du15 panorama sur tout ou partie d'une sphère visuelle, positionnée autour du point de prise de vue. Le procédé et ses dispositifs selon l'invention permettent de représenter un panorama continu, sur tout ou partie de la surface d'un objet. Un objet de l'invention20 concerne le calcul de la distribution lumineuse du panorama à la surface de l'objet. La surface de l'objet destiné à être recouvert par la représentation du panorama est modélisée informatiquement, par exemple la surface d'une sphère. Un point, à l'intérieur de ce modèle est choisi, par25 exemple au centre de l'objet. On l'appelle point de projection. La distribution de la représentation du panorama est calculée en projetant, à partir du point de projection, l'image sphérique du panorama inversée sur la surface modélisée de l'objet. L'inversion de l'image sphérique est30 nécessaire pour respecter la notion de "à gauche de", " à droite de", car on regarde le panorama à l'extérieur de l'objet. Un autre objet de l'invention concerne l'impression du panorama sur l'objet. La surface de l'objet est alors constituée de une ou plusieurs parties, formées puis assemblées. L'image du panorama est anamorphosée et imprimée sur les parties à plat, de telle façon que, après formage et - 4 - assemblage, l'image du panorama coïncide avec la distribution calculée sur la surface. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif permettant à un appareil de prise de vue d'assurer une liberté d'orientation sans déplacer le point de vue, de façon à éviter toute différence de parallaxe. Un autre objet de l'invention concerne la projection lumineuse du panorama sur l'objet. La surface de l'objet est alors écran de projection ou de rétro-projection. L'image du panorama est anamorphosée et projetée à l'aide d'un ou plusieurs projecteurs de telle façon que l'image du panorama15 coïncide avec la distribution calculée sur la surface. Le panorama est enregistré à partir d'un point de vue, en utilisant un moyen optique, par exemple un appareil photographique, si l'on veut représenter un panorama réel, ou bien on utilise un logiciel de visualisation en trois dimensions, si l'on veut représenter un panorama virtuel. On prend un nombre de clichés suffisant, dans diverses directions, pour couvrir le plus possible le panorama. La figure 1 représente une séance de prise de vue d'un panorama dans une pièce. L'enregistrement total d'un panorama virtuel est aisé: on positionne les caméras virtuelles dans toutes les directions requises, à une position unique. L'enregistrement total d'un panorama réel pose plus de problème, car on doit éviter des différences de parallaxe entre les clichés. Pour ce faire on peut utiliser un support qui permet de diriger l'appareil d'enregistrement dans toutes les directions et qui garde fixe le centre de courbure de la forme extérieure de la lentille frontale de l'objectif de l'appareil d'enregistrement. La figure 2 représente un exemple de ce type de support. Les clichés pris sont numérisés. Les images informatiques des clichés sont anamorphosées selon la formule optique d'enregistrement et la direction des clichés et assemblées - 5 - pour créer une projection sphérique du panorama, similaire à une projection de mappemonde pour l'image du globe terrestre. La projection sphérique du panorama représente l'image sphérique du panorama lors de l'enregistrement. On peut retoucher cette projection, par exemple pour enlever le pied photographique ou les pieds du photographe. La figure 3 représente un exemple de projection sphérique du panorama, de type cylindrique déployée. Les directions des clichés peuvent ne pas être mesurées précisément lors de l'enregistrement. C'est au moment de l'anamorphose des15 clichés que l'on peut régler les directions des clichés en analysant les recouvrements entre les anamorphoses. La surface de représentation du panorama est modélisée dans un espace à trois dimensions. Un point de projection à l'intérieur de l'objet est choisi, par exemple le centre de l'objet. La distribution lumineuse du panorama sur la surface est déterminée par la projection de l'image sphérique inversée du panorama, diffusée isotropiquement à partir du point de projection. L'inversion de l'image sphérique est nécessaire pour retrouver les notions de " à gauche de " et " à droite de ", car la représentation du panorama est destinée à être regardée à l'extérieur de l'objet. La représentation du panorama sur la surface de l'objet peut, par exemple être obtenue de deux façons: l'impression ou la projection d'images sur la surface. L'impression sur des surfaces non planes est problématique, et assez peu utilisée dans l'industrie. Pour imprimer une surface en volume, on imprime un motif sur un matériau à plat, qui par la suite est formé et assemblé pour devenir la surface en volume de l'objet. La forme du matériau avant formage dépend du type de fermage et d'assemblage. On peut construire une sphère par exemple en utilisant des fuseaux ou deux disques à emboutir. Pour imprimer la représentation du panorama, on étudie la - 6 déformation du matériau de surface, par exemple en imprimant une grille sur le matériau à plat et en mesurant les positions des points de la grille après formage ou bien en déterminant théoriquement la déformation du matériau. On en5 déduit une relation entre la position en deux dimensions d'un point sur le matériau à plat et la position en trois dimensions de ce même point après formage et assemblage sur l'objet. On connaît la couleur en ce point de surface grâce à la distribution lumineuse du panorama sur la surface de l'objet. De cette manière on établit un algorithme qui calcule l'anamorphose du panorama sur les matériaux plats qui, après formage et assemblage, constitueront la surface de l'objet. La figure 4 représente l'anamorphose du panorama sur des fuseaux servant à former une sphère. La figure 5 représente différentes vues d'une sphère dont la surface représentant un panorama est constituée de fuseaux formés et assemblés. La projection lumineuse d'un panorama à la surface d'un objet se fait par le biais de un ou plusieurs projecteurs, par exemple vidéo-projecteur, projecteur de diapositives, de cinéma projetant à l'intérieur d'un objet creux dont la surface permet la rétro-projection une ou plusieurs images anamorphosées qui, ainsi projetées, forment à la surface25 une représentation du panorama partielle ou complète. - 7 - REVENDICATIONS 1-Procédé pour la représentation de panoramas sur un objet à trois dimensions tel qu'une sphère ou autre, que l'on recouvre au moins partiellement pour lui donner la représentation du panorama, caractérisé en ce que l'on saisit, à partir du point de panorama une pluralité de représentation partielles dudit panorama, selon diverses orientations jusqu'à avoir saisi la totalité de la sphère10 visuelle du panorama, puis l'on reproduit soit sur un matériaux plan destiné à recouvrir l'objet, soit par projection lumineuse dans l'objet la représentation de la sphère visuelle inversée du panorama, selon que cette représentation est calculée par la projection géométrique à15 partir d'un point situé à l'intérieur de l'objet de la sphère visuelle inversée du panorama sur la surface du gabarit. 2)Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sphère visuelle du panorama est représentée sous la forme d'une projection sphérique sur un plan.20 3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la projection sphérique du panorama est composée de la mosaïque des projections sphériques des représentations partielles dudit panorama. 4) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'objet ayant une forme régulière de révolution telle qu'une sphère ou un oeuf, l'on représente le panorama en fuseaux imprimés sur un matériaux à plat selon que ces fuseaux correspondent à la surface de l'objet délimités par plusieurs méridiens, puis l'on découpe ces fuseaux, puis l'on les forme puis l'on fixe ces fuseaux bord à bord sur l'objet. 5) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on représente le panorama en une ou plusieurs formes sur un matériaux à plat, puis l'on découpe ces formes, puis on les emboutit, puis on les fixe bord à bord en vue de constituer la surface de l'objet. ) Procédé selon les revendications 1,3 et 4, caractérisé en ce que la représentation sur le matériau plan est anamorphosée de telle façon que l'image sur le matériau formé et monté coïncide avec la représentation du panorama sur l'objet. 6) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'objet étant creux et translucide, l'on représente le panorama par projection lumineuse depuis l'intérieur de l'objet. 7) Dispositif pour saisir une pluralité de représentation partielles d'un panorama en vue de sa représentation totale à partir d'un point de vue, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un support, un appareil de saisie des représentations d'un panorama et des moyens pour assurer une liberté d'orientation de l'appareil de saisie sans déplacer le point de vue. 8)Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'image à la surface de l'objet est projetée par un ou plusieurs projecteurs de types projecteur de diapositives ou vidéo-projecteur ou projecteur de cinéma ou autres, situés à l'intérieur ou à l'extérieur de l'objet. 9)Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que l'image projetée sur la surface de l'objet est anamorphosée de telle façon cette image projetée sur l'objet coïncide avec la représentation du panorama sur l'objet.