Comment le scan 3D a permis de révéler le visage du Guerrier Griffon, vieux de 3 500 ans

Reconstruction faciale du Guerrier Griffon. Image gracieusement fournie par Tobias Houlton

Pendant trente-cinq siècles, la dépouille de ce guerrier a reposé dans une tombe sous une oliveraie, à quelques pas du palais de Nestor, dans le sud de la Grèce. Il était entouré de plus de 2 000 objets datant de l’âge du bronze, notamment des coupes en or, des bagues, des colliers, des centaines de pierres précieuses, une épée ornée, et l’époustouflante Agate du combat de Pylos aux gravures élaborées.

Dague à la poignée d’or qui reposait à l'origine sur le torse du Guerrier Griffon. Image gracieusement fournie par les Excavations du palais Nestor, Département classique, Université de Cincinnati

Baptisé « Guerrier Griffon » en référence à la créature gravée sur la plaque en ivoire retrouvée avec lui, cet ancien noble mycénien cache encore le mystère de sa véritable identité.

Sharon Stocker lors de la fouille de la tombe du Guerrier Griffon. Image gracieusement fournie par les Excavations du palais Nestor, Département classique, Université de Cincinnati

Jack Davis et Sharon Stocker, archéologues de l’université de Cincinnati, ont passé six mois à fouiller la tombe. Dès qu’ils ont découvert le squelette quasi intact du Guerrier Griffon, ils ont eu recours à la méthode scientifique de la reconstruction faciale pour voir à quoi il ressemblait en vrai.

Plan des fouilles de la tombe du Guerrier Griffon. Image gracieusement fournie par les Excavations du palais Nestor, Département classique, Université de Cincinnati

L’anthropologue biologiste Lynne Schepartz et l’anthropologue Tobias Houlton ont été appelés à la rescousse pour ce processus complexe qui comporte de nombreuses étapes. Lynne Schepartz a dirigé l’excavation des fragments de crâne tandis que Tobias Houlton s’est chargé de reconstruire le crâne et de recréer le visage du Guerrier Griffon.

Coordinateur de cours et professeur d’art médico-légal et d’imagerie faciale à l’université de Dundee, en Écosse, mais aussi artiste médico-légal et spécialiste dans son domaine, Tobias Houlton a collaboré avec Interpol et de nombreux services de police au Royaume-Uni et en Afrique du Sud sur diverses affaires où la reconstruction faciale était nécessaire pour identifier les victimes.

Son travail a été reconnu par la revue National Geographic, la chaîne de télévision Smithsonian Channel, la radio BBC Radio 4 et d’autres médias.

Choisir le scanner 3D à la hauteur de la tâche

Lorsqu’il a été temps pour lui de se rendre en Grèce pour commencer les fouilles et la reconstruction du Guerrier Griffon, l’anthropologue a emporté Artec Spider dans ses bagages.

Scans effectués par Artec Spider du crâne du Guerrier Griffon in situ. Images gracieusement fournies par Tobias Houlton

Scanner 3D de premier choix pour les experts médico-légaux du monde entier, Spider est réputé pour sa capacité à numériser de façon non destructive et avec une précision submillimétrique des objets de toutes formes et complexités, même ceux qui possèdent des caractéristiques pouvant représenter un défi, telles que les sutures du crâne, les fragments osseux ultra-fins, etc.

« Je savais que Spider s'intégrerait parfaitement à mon flux de travail, commente Tobias Houlton. Je n’ai pas eu besoin de tout adapter aux besoins de la technologie, ce qui est nécessaire pour beaucoup de solutions, car Spider était à mes côtés à chaque étape. »

Le crâne du Guerrier Griffon reconstruit numériquement dans le logiciel Artec Studio. Image gracieusement fournie par Tobias Houlton

« Avant de sortir un fragment de crâne du sédiment, je scannais cette couche afin de préserver l’emplacement et l’orientation exacts de chaque fragment dans le sédiment », ajoute-t-il.

Et de poursuivre : « Ensuite, je scannais de nouveau chaque pièce juste après l’avoir excavée et je collais temporairement ensemble les groupes de fragments puis les scannais. Ainsi, lorsqu’il a fallu reconstruire numériquement le crâne, les scans de Spider ont fourni des copies numériques précises de ces fragments de crâne, sans parler des scans in situ d’origine, qui sont indispensables à un archéologue. »

Le sol antique analysé par tomodensitométrie

Mais avant cette étape, le bloc de sédiment renfermant les restes du Guerrier Griffon a été extrait du site et amené au labo. Là, un tomodensitomètre a été utilisé pour tenter de distinguer les moindres éléments osseux dans les objets qui les entouraient.

Si l’appareil n’a malheureusement pas réussi à différencier les os des autres objets présents dans le sédiment, il a toutefois permis d’établir une carte des emplacements où se trouvaient les objets, laquelle s’est plus tard avérée utile pour extraire les restes osseux du Guerrier Griffon.

Les scans de Tobias Houlton ont été effectués directement dans le logiciel Artec Studio. Pour chaque scan, il a fallu environ une minute, voire moins, pour numériser intégralement les fragments de crâne individuels et les couches de sédiment.

Après quoi les scans ont été transformés en modèles 3D. Étant donné que Tobias Houlton n’avait pas accès à Geomagic Freeform à ce moment-là, il a entièrement assemblé le crâne du Guerrier Griffon dans Artec Studio.

« Les outils d’alignement d’Artec Studio m’ont permis de sélectionner facilement certains fragments, de les déplacer et de les aligner correctement avec toutes les autres pièces, explique l’anthropologue. Il ne m’a pas fallu longtemps pour tout assembler et enfin obtenir une version reconstruite numériquement du crâne du Guerrier Griffon. »

Quand le moulage traditionnel est trop risqué, le « moulage numérique » 3D vient à la rescousse

Tobias Houlton commente le recours aux méthodes de moulage traditionnelles pour documenter les restes osseux : « Dans le cas du Guerrier Griffon, beaucoup de fragments du crâne étaient si fragiles qu’il nous aurait été impossible de les mouler sans risquer de les abîmer. »

Et de préciser : « Mais Artec Spider a effectué le “moulage numérique” de chacun d’eux en quelques secondes et nous disposons maintenant de leurs copies 3D sans n’avoir jamais endommagé ni posé le moindre risque aux objets d'origine. »

De retour au bureau, Tobias Houlton a exporté la copie numérique du crâne du Guerrier Griffon depuis Artec Studio vers Geomagic Freeform, où la reconstruction faciale allait véritablement avoir lieu.

Freeform : le premier choix pour la reconstruction crânienne et faciale numérique

Grâce à la capacité du logiciel à mettre son utilisateur directement en contact kinesthésique avec l’objet 3D à travers un stylo haptique, Freeform est l'outil idéal aussi bien pour les étudiants que pour les praticiens chevronnés.

Capture de Geomagic Freeform qui montre le crâne du Guerrier Griffon prêt pour la reconstruction faciale. Image gracieusement fournie par Tobias Houlton

À la différence des reconstructions faciales traditionnelles à l’argile, Freeform permet de partager toute la reconstruction avec des services de police ou des artistes numériques proches ou lointains quelques secondes après la fin de la reconstruction.

Plus important encore, la reconstruction numérique garantit, par opposition à la méthode à l’argile, que l’original ne sera pas abîmé ni perdu.

« Une fois que nous avons terminé une reconstruction dans Freeform, si le crâne original venait à disparaître ou à être détruit et qu’on s'interrogeait sur la fidélité du visage reconstruit, il suffirait de se référer aux scans du crâne réalisés par Spider », explique Tobias Houlton.

Capture d’écran de Geomagic Freeform qui montre la reconstruction en cours du visage du Guerrier Griffon. Image gracieusement fournie par Tobias Houlton

« En une poignée de secondes, vous pourrez vous assurer sans l'ombre d’un doute de l’exactitude de la reconstruction du crâne. Car quand vous examinez les scans de Spider, c’est presque comme si vous regardiez le vrai crâne », ajoute-t-il.

Tobias Houlton partage tous ses conseils et astuces d’initié à Freeform avec ses étudiants de l’université de Dundee.

Ainsi, que ceux-ci se retrouvent à travailler comme spécialistes de la reconstruction faciale en coopération avec des services de police ou de renseignement, ou comme spécialistes des effets spéciaux numériques pour le cinéma, la télévision ou l’univers des jeux vidéo, ils possèderont toutes les connaissances de base nécessaires pour transformer les scans d’Artec 3D en reconstructions faciales incroyablement réalistes.

Reconstruire le visage du Guerrier Griffon dans Freeform

Compte tenu de l’absence de plusieurs os fins du visage du Guerrier Griffon, notamment ceux situés autour du nez, qui s’étaient désintégrés progressivement en raison de l’acidité du sol sur le site funéraire, Tobias Houlton s’est fié à sa propre approche pour combler les lacunes.

Il a créé un modèle de visage moyen à partir des photos de 50 visages d'hommes grecs modernes d’âge et de constitution similaires qu'il a rassemblées dans Abrosoft FantaMorph. Les moyennes faciales déterminent les tendances constantes dans la structure du visage, ce qui a aidé Tobias Houlton à reconstruire le reste du visage quand certains détails ne pouvaient pas être connus.

Dans Geomagic Freeform, les marqueurs de profondeur des tissus aident à reconstruire le visage du Guerrier Griffon. Image gracieusement fournie par Tobias Houlton

Lors de la reconstruction, Tobias Houlton a d’abord inséré les yeux puis tous les marqueurs de profondeur des tissus (jusqu’à 36), suivis des muscles et de la couche cutanée. La possibilité pour les utilisateurs de Freeform d'organiser et d'étiqueter tous ces traits en tant qu'objets indépendants et de les stocker dans des dossiers distincts est très utile pendant la reconstruction faciale.

Le visage du Guerrier Griffon réapparaît : du crâne reconstruit numériquement à la recréation finale du visage. Vidéo gracieusement fournie par Tobias Houlton

Par ailleurs, la capacité du logiciel à « voir à travers » le modèle et la peau, et ainsi à garantir que les traits souples et durs correspondent, épargne aux praticiens numériques ce qu’endurent régulièrement les modeleurs manuels : trancher physiquement l’argile ou la cire pour vérifier le moulage du crâne sous-jacent.

Pourquoi la photographie 2D ne devrait jamais être le premier choix

Concernant la comparaison entre les photographies 2D et les scans 3D pour la reconstruction faciale, Tobias Houlton est catégorique : « Les photos 2D devraient toujours être le dernier recours. Pourquoi ne sont-elles pas souhaitables ? Il est par exemple très difficile d’estimer la profondeur des fosses autour des canines, qui détermine en partie la forme des plis nasolabiaux. »

Et de continuer : « En général, en matière de précision et de réalisme saisissant, le scan 3D vous permet d'obtenir des résultats fantastiques par rapport à ce que vous pouvez accomplir avec les photos 2D. »

En réalité, l’étendue des données de surface précises fournies par les scans de Spider est plus que suffisante pour effectuer des reconstructions directement à partir des scans, sans avoir besoin du crâne original comme modèle de référence.

Tobias Houlton scanne un fragment de crâne avec Artec Space Spider à l’université de Dundee. Image gracieusement fournie par Tobias Houlton

C’est ce que Tobias Houlton a fait pour de multiples projets internationaux au fil des années : « Disposer de scans 3D d’une telle précision permet d’effectuer les reconstructions faciales sans jamais devoir quitter son bureau. »

Chaque fois qu'un modèle physique d'une reconstruction est nécessaire, que ce soit à des fins juridiques, d'investigation ou autres, il suffit d’imprimer en 3D la reconstruction numérique.

Dans la pratique, cette étape peut consister à terminer une reconstruction faciale et à partager le modèle 3D avec le client, qui le reçoit en quelques secondes, même à l’autre bout du monde. On examine ensuite le modèle à l’écran pendant l’impression 3D de l'objet physique, qui sera prêt à être utilisé quelques heures plus tard.

Scan 3D et impression 3D pour l’enseignement de l’anatomie humaine

Dans les locaux de création numérique de l’université de Dundee, qui abritent une collection de 28 scanners 3D, Tobias Houlton et ses étudiants impriment en 3D les scans de Spider ainsi que ceux réalisés avec les autres scanners Artec de l’université : Eva et Space Spider.

Successeur de Spider, Space Spider offre toute la puissance de son prédécesseur, à laquelle s’ajoutent une stabilisation optimale de la température et des composants électroniques de pointe.

Artec Space Spider

L’université a intégré les scanners Artec à son programme de maîtrise en art médico-légal et imagerie faciale il y a plusieurs années après les avoir découverts grâce à Patrick Thorn, partenaire certifié Or d’Artec 3D.

Spécialiste chevronné du scan 3D pour l’éducation, le patrimoine culturel, la criminalistique, la santé et bien plus, Patrick Thorn a toujours à cœur de comprendre les besoins de ses clients pour les aider à adopter les meilleures solutions possibles. Il organise en outre des ateliers pour ses clients aux quatre coins du Royaume-Uni, de l’extrémité des Cornouailles au nord de l'Écosse.

Des modèles d’os et de crânes réalistes imprimés en 3D dans la salle de classe

Tobias Houlton explique à quel point l'impression 3D est essentielle à l’enseignement de l’anatomie humaine à l'université de Dundee : « Nous travaillons régulièrement avec des impressions 3D de crânes et d’autres os car la manipulation physique de ces modèles est propice à l’apprentissage. C’est un autre domaine où nos scanners Artec se sont révélés utiles. »

« Par exemple, si vous prenez un modèle anatomique de crâne imprimé en 3D à partir de scans de Spider et que vous le mettez à côté d'une impression 3D du même morceau de crâne cette fois créé à partir des scans d’autres scanners 3D que nous avons testés, vous constaterez une différence énorme dans les détails, la précision et le réalisme », ajoute-t-il.

Comme expliqué dans une précédente étude de cas, d’un semestre à l’autre, l’université de Dundee ne cesse d’élargir son utilisation du scan 3D et de l'impression 3D.

Au moment de recevoir leur diplôme, les étudiants en art médical et médico-légal sont tout à fait capables d’utiliser un scanner Artec 3D pour scanner n’importe lequel des 206 os du corps humain en quelques minutes, puis de transformer ces scans en modèles 3D réalistes prêts pour la réalité augmentée ou virtuelle, l'impression 3D ou la reconstruction faciale dans Freeform.

Décomposition faciale, documentation de fosses communes, et bien plus

Le dernier projet en date de Tobias Houlton le conduira en Afrique du Sud et à l’université du Witwatersrand. Il y œuvrera aux côtés d’un doctorant et d’une équipe universitaire à un projet consacré à l’étude des effets de la décomposition sur les visages humains et à l’identification des changements qui se produisent après la mort afin d’en comprendre les répercussions pour la reconnaissance faciale.

Tobias Houlton espère ensuite se lancer dans un projet archéologique avec le Centre d’études archéologiques d’Orkney, pour lequel il travaillera localement mais aussi dans différents pays et régions d’Afrique, où il documentera des fosses communes.