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Christophe MERTAZA |
- CONCEPTION D’UN MODELE 3D URBAIN EN VUE D’UNE INTEGRATION AU SEIN D’UN SIG CALEDONIEN -
Société d’accueil : SEFP – Nouvelle Calédonie
PFE présenté par : Christophe MERTAZA
Directeur du PFE : M. THOMAS
Correcteurs : MM. GRUSSENMEYER & KOEHL
1. Objectifs du projet :
La mairie de Nouméa, en collaboration avec la DITTT (Direction des Infrastructures, de la Topographie et des Transports Terrestres) et le GIE SERAIL (Groupement d’Intérêt Economique « Système d’Exploitation, de Répartition et d’Administration des Informations Localisées ») ont exprimé le besoin d’acquérir un modèle tridimensionnel urbain de Nouméa.
Le GIE SERAIL, qui s’occupait jusque là des projets SIG de la ville, avait à sa disposition un
SIG 2D non validé pour une exploitation 3D. Ainsi, il a été convenu de créer un modèle tridimensionnel sous la forme d’un SIG (Système d’Information Géographique) 3D, qui sera un outil d’aide à la décision pour les futurs projets d’aménagements de la ville et servira de base pour la gestion des équipements urbains.
De plus, dans le but de promouvoir et de développer l’activité touristique de la région, ce projet doit apporter des solutions en matière de conservation du patrimoine. Par conséquent, j’ai proposé aux différents organismes pr écités de réaliser le photomodèle 3D réaliste de la cathédrale de
Nouméa.
En raison de cet édifice de grande envergure, de ce symbole historique du territoire, j’ai privilégié l’emploi des méthodes de la photogrammétrie terrestre par rapport à l’utilisation d’un scanner laser haute définition qui aurait nécessité un investissement important de la mairie.
La maquette virtuelle finale de Nouméa, qui doit regrouper les données du SIG 3D et le photomodèle texturé de la cathédrale, doit montrer, d’une part, qu’il est possible de gérer, dans un même environnement, plusieurs types de données et, d’autre part, de proposer une visite virtuelle guidée de Nouméa des plus réalistes.
2. Conception d’un SIG 3D :
A partir des données issues de la restitution photogrammétrique réalisée par la SEFP en 2003, des orthophotos de résolution 50 cm et d’un MNT (Modèle Numérique de Terrain), j’ai réalisé un SIG 3D couvrant une zone de 4 km autour du centre ville de Nouméa.
J’ai utilisé les extensions et les modules du logicielArcView 9.1 qui sont parfaitement adaptés pour la conception de SIG à grande échelle. Le SIG 3D de Nouméa regroupe tous les éléments du mobilier urbain, les espaces verts ou encore les équipements publics.
Néanmoins, la création d’un tel système n’est possible que si les données initiales sont correctement structurées et hiérarchisées dans une base de données type « géodatabase ».
L’utilisation des modules et des fonctions d’ArcScène permet de représenter un SIG 3D sous la forme d’une maquette virtuelle. L’intégrationde symboles 3D et de données raster valorisent davantage une scène 3D de cette envergure. Toutefois, la gestion de données tridimensionnelles nécessite des algorithmes de calcul et de traitement parfois lourds et contraignants pour une exploitation simple et rapide d’un SIG 3D.
La création de fichiers vidéo au format .avi ou encore la possibilité d’exporter la scène en VRML (Virtual Reality Modelling Language) sont autant d’outils à la disposition des utilisateurs leur permettant de mettre en valeur le territoire de la ville.
Voici un extrait du SIG 3D de Nouméa que j’ai réalisé au cours de ce projet :
Dans le but d’étudier les différents domaines d’application d’un tel système et de comparer les besoins des collectivités locales de la Nouvelle-Calédonie, j’ai réalisé le SIG 3D de Belep, archipel d’îlots situé au Nord du territoire.
Au contraire de Nouméa, cet archipel à peine urbanisé et industrialisé est l’exemple le plus probant des difficultés que l’on peut rencontrer dans l’élaboration et l’exploitation d’un SIG 3D calédonien. En participant à deux projets de lotissement prévus dans la région, j’ai pu évaluer les conséquences et l’impact d’un projet d’aménagement dans une zone très peu développée et soumise aux lois coutumières.
En outre, un des problèmes majeurs rencontrés lors de la création d’un SIG 3D réside dans le compromis à trouver entre la taille et la qualité des données à traiter selon l’exploitation souhaitée.
Concernant l’agglomération de Nouméa, la restitution photogrammétrique, qui offre une précision de ± 50 cm sur les données planimétriques et altimétriques, est appropriée pour la représentation d’un SIG à grande échelle. A l’inverse, une précision de cetype ne convient pas pour une gestion efficace des équipements de la ville.
Par contre, il est parfois nécessaire de compresser les données raster ou encore de supprimer les entités inutiles dans un SIG 3D pour exploiter et gérer convenablement les données tridimensionnelles dont le volume peut être une contrainte.
3. Le photomodèle 3D réaliste de la cathédrale :
La réalisation du photomodèle 3D réaliste de la cathédrale de Nouméa s’est avérée longue et minutieuse. A la vue de l’imposante envergure du monument, j’ai mis en place une méthodologie particulière pour, d’une part, respecter les conditions du cas normal et, d’autre part, acquérir, lors de la réalisation des prises de vues, chaque face dans sa totalité.
Un lever, effectué au tachéomètre laser, m’a permis de déterminer un ensemble de points de calage bien répartis sur les faces du bâtiment, lesquels points ont servi de référence pour la modélisation de l’édifice sous PhotoModeler .
SONY DSC M1 à 5.1 Méga pixels. Un peu plus de 90 photos ont été nécessaires pour réaliser le modèle 3D final. Par rapport aux dimensions du monument, j’ai dû modéliser chaque face séparément puis les assembler afin d’éviter un traitement des données long et complexe. Les prises de vues ont été effectuées à par tir d’un appareil photo numérique de type
Après avoir créé sous PhotoModeler le modèle filaire du monument, j’ai utilisé les outils de3D Studio Max pour compléter le modèle final. Pour les textures, j’ai généré des orthophotos pour les détails et motifs religieux qui ornent les façades de la cathédrale. La toiture du monument a nécessité un traitement particulier car j’ai modélisé cette partie en utilisant les données de la restitution photogrammétrique ainsi qu’une orthophoto de la zone de résolution 10 cm.
L’extrait ci-après présente une scène VRML, avec l’orthophoto précédente drapée sur un MNT, à laquelle j’ai intégré un modèle de la cathédrale en 3D faces créé à partir des données de la restitution photogrammétrique :
La contrainte, imposant une précision de ± 3-4cm sur le photomodèle final, a été respectée à chaque étape du projet. Pour remplir cette condition, j’ai accepté un écart maximal de ± 5-6 pixel sur les points du modèle avec une taille de pixel objet égale à ± 5,2 mm pour une distance objet-caméra de 15 m et une focale effective de ± 6,7 mm de l’appareil photo.
4. Outils pour une visualisation 3D interactive :
L’étude du format VRML (Virtual Reality Modeling Language) et des différents viewers, actuellement disponibles sur le marché de la modélisation 3D, m’ont permis de trouver des solutions mettant en valeur les différents modèles et scènes 3D générés au cours de ce projet.
En comparant les différents viewers selon 4 critères qualité de base tels que l’interactivité, la qualité du rendu, l’interface ainsi que les outils de navigation et d’affichage.,Blaxxun Contact 5.1 s’est révélée le viewer le plus complet pour la visualisation 3D dynamique. Développé par la société BitManagment,ce programme offre une interactivité et unréalisme des plus avancés dans le domaine de la 3D.
Le format VRML permet, quant a lui, de modifier les paramètres d’un environnement 3D. En effet, il est possible, par exemple, de créer des points de vues spécifiques pour mettre en évidence une partie d’une scène ou d’un modèle. De plus, le VRML est approprié pour une exploitation 3D sur Internet, puisque l’on peut intégrer dans une page HTML un modèle au format .wrl et ainsi proposer aux utilisateurs une visualisation 3D interactive avec le viewer Blaxxun Contact 5.1.
Toutefois, une des contraintes de ce format reste l’affichage et la visualisation de scènes volumineuses. En effet, la conversion d’une scène > 10 Mo en VRML est sans intérêt car il est impossible de manipuler et gérer convenablement les entités 3D, à moins de disposer d’un ordinateur suffisamment puissant.
5. La maquette virtuelle finale de Nouméa :
Pour réaliser la maquette virtuelle finale de Nouméa, j’ai utilisé 3D SpacEyes Builder, logiciel de simulation et de gestion de données 3D. En intégrant les couches de type vecteur et raster du SIG 3D de Nouméa et le photomodèle réaliste de la cathédrale, il est possible de gérer dans un même environnement plusieurs type de données.
3D SpacEyes Builder propose différents outils pour exploiter et manipuler des données 3D, sachant par ailleurs qu’il utilise des algorithmes et des processus de traitement adaptés aux données tridimensionnelles. L’insertion de symboles au format .3ds et d’orthophotos au format .ecw, lequel est très utile pour la compression de données raster, permet de réduire efficacement la taille d’une scène 3D.
Voici deux extraits de la maquette 3D finale de Nouméa réalisée sous 3D SpacEyes Builder :
Une visite virtuelle guidée du centre ville de Nouméa devient dès lors possible en créant, par exemple, un fichier vidéo au format .avi. En revanche, il est regrettable que ce logiciel ne puisse pas convertir une scène ou un modèle 3D en VRML tout en compressant les données.
6. Conclusion et perspectives du projet :
Par rapport aux objectifs initiaux, les études et modèles réalisés au cours de ce projet montrent que le domaine de la 3D offre de nombreuses possibilités pour gérer et mettre en valeur le territoire de Nouméa. La conception du modèle tridimensionnel de la ville sous forme de SIG 3D souligne les avantages et les inconvénients d’un tel système.
L’intégration du photomodèle 3D réaliste de la cathédrale permet de manipuler et d’exploiter, dans un même environnement, des données d’origines diverses. Les outils et logiciels utilisés au cours de l’étude proposent des solutions qui mettent en valeur le patrimoine historique de Nouméa.
Au vu de mes travaux, la mairie souhaite maintenant intégrer au SIG 3D de la ville les données cadastrales de la DITTT en collaboration avec le GIE SERAIL. De nombreux organismes et entreprises du secteur touristique voudraient également créer un site Internet dédié aux monuments historiques de la Nouvelle-Calédonie.