Michel Steinmetz

IMPLEMENTATION DE SOLUTIONS  3D  DANS LE CADRE DU
DEVELOPPEMENT DU  SIG  DE LA  CAP    

 

Société d’accueil : Système d’Information Urbain de la communauté de Poitiers
PFE présenté par : Michel Steinmetz
Directeur (directrice) du PFE : Jean-Michel Pignon 
Correcteurs : M. Mathieu Koehl et M. Jacques Ledig

1.  INTRODUCTION

L’impact de l’homme sur son environnement est de plus en plus problématique. Le réchauffement de 
la  planète,  les  pics  de  pollution,  la  dégradation  de  la  qualité  de  l’eau…  les  conséquences  d’une  mauvaise  gestion  de  l’environnement  sont  désastreuses  et,  malheureusement,  de  plus  en  plus  visibles.
Les  progrès  techniques,  sociaux  et  médicaux,  la  fin  du  colonialisme  et  des  conflits  entre  pays  frontaliers  ont  entraîné  notre  pays,  durant  ces  cinquante  dernières  années,  dans  une  conquête  du  territoire et une urbanisation qui n’était alors ni légiférée, ni réfléchie. Les conséquences actuelles sont  un morcellement des villes et un regroupement des activités homogènes.  C’est  dans  ce  contexte  que  sont  nés,  ces  dernières  années,  de  nouveaux  besoins  de  gestion,  d’organisation  des  agglomérations.  En  écho  à  ce  désordre  urbain,  l’Europe  a  donné  plusieurs  directives  visant  à  établir  uneréflexion  et  une  concertation  plus  vastes  sur  l’aménagement  et  la  préservation  de  l’environnement.  Les  collectivités sont  amenées  à  garantir  les  droits  “d’accès  à  l’information sur l’environnement, de participationdu public au processus décisionnel et d’accès à la  justice en matière d’environnement” à travers la Convention d’Aarhus. L’enjeu est d’élargir le rôle de la  citoyenneté et de rendre ainsi chaque citadin responsable de sa ville.

2.  LES OUTILS D’AIDE A LA DECISION NE CESSENT DE SE DEVELOPPER

Parallèlement à cette situation, de nouveaux outils d’aide à la décision sont apparus. Les Systèmes  d’Informations  Géographiques  qui  cumulent  toujours  davantage  de  données,  offrent  de  nouvelles  possibilités de décryptage de notre société. Cependant ils sont restreints aux acteurs du service public  qui ne sont pas toujours bien au courant des capacités de ces outils. Puis, l’arrivée de Google Earth, il  y a maintenant un an, a offert un libre accès aux données cartographiques à une échelle planétaire.   C’est dans ce contexte que j’ai effectué mon stage au sein du Service d’Information Urbain de Poitiers  (SIU),  responsable  du  SIG  de  la  Communauté  d’Agglomération  de  Poitiers  (CAP).  L’enjeu  est  de  continuer d’élargir le potentiel du SIG en lui fournissant un support visuel tridimensionnel et, par cet  intermédiaire, améliorer la diffusion de l’informationen la rendant plus expressive, plus attrayante et  donc plus intéressante.
Cependant, une extension complète du SIG à la 3D n’est pas encore à l’ordre du jour. Il s’agit dans un  premier  temps  d’évaluer  les  moyens  nécessaires  à  la  représentation  tridimensionnelle  du  territoire.  Les  navigateurs  3D,  exploitant  le  principe  de  Google  Earth  au  niveau  de  l’agglomération,  sont  en  pleine extension. Ils consistent en une association de la Modélisation Numérique du Territoire (MNT,  d’une résolution de 5 m pour la ville de Poitiers) et d’une orthophotographie. Leur mise en place est  assez rapide car les données sont déjà disponibles. Ces supports permettent de mettre en valeur tout  type   de   données   en   superposant   des   couches   rasteurs   ou   vecteurs,   des   indications   alpha- numériques,  des  liens  vers  des  fichiers  multimédias…  Ils  permettent  donc  de  mettre  en  valeur  les  informations du SIG même s’ils n’en font pas encore partie intégrante. Les données à diffuser sont  exportées puis insérées dans l’environnement 3D. La force de ces navigateurs 3D réside dans leur  système de visualisation qui dégrade la résolution graphique des éléments insérés en fonction de la  distance du point de vue de l’utilisateur. 
L’étape suivante de la modélisation 3D est d’insérer, dans cette maquette, une représentation du bâti.  Là encore l’intérêt d’une telle entreprise est à la hauteur de sa complexité. Disposer d’une maquette de la ville qui évolue avec elle au fil des aménagements apportera une compréhension plus globale,  esthétique et communicative des enjeux urbains. L’impact visuel des constructions dans notre milieu  de vie est d’une importance indéniable. Que dire de ces centres d’activités qui pullulent à la périphérie  des   villes,   ces   simples   amoncellements   de   hangars   métalliques ?   Ou   de   ces   concentrations  d’habitations loin  des  yeux  du  centre  historique  mais  si  proches  de  son mal être ?  Pouvoir traduire  visuellement ces enjeux en faciliterait la compréhension. 

10.   LA CONSTRUCTION DU MODELE

Le PSMV sert de squelette aux toitures. Cependant ses nombreuses discontinuités obligent à retracer  la quasi-totalité des toits. En effet, afin de limiter la modélisation à une facette par pan de toit, il faut  que tous les points de la surface soient coplanaires.
Plusieurs procédés ont été analysés pour élever les  façades. Le manque de précision du cadastre et  la préparation antérieure de ses données le rendait peu adapté. La solution retenue fut d’utiliser des  macros de SketchUp pour créer des facettes verticales à partir des vecteurs des pieds de bâtiments  du PSMV.
Deux méthodes de création de la voirie ont été examinées. La première consiste à générer un MNT à 
partir des pieds de bâtiments du PSMV. Le résultat est esthétique mais entraîne une grande quantité  de facettes qu’il est difficile de contrôler. De plus, comme nous le verrons, les orthophotos ne peuvent  pas être texturées pour l’instant pour des raisons esthétiques. La voirie doit donc être mise en volume  à l’aide d’un outil d’extrusion. Mais celui-ci, générant des volumes perpendiculairement aux surfaces,  n’est  pas  adapté  à  la  fragmentation  du  MNT  et  complique  considérablement  la  construction  de  trottoirs. La meilleure approche consiste donc à créer une surface de pente moyenne qui suit le relief  au mètre près. Les trottoirs peuvent ainsi facilement être extrudés.  Pour  le  mobilier  urbain  et  les  espaces  verts,  il  s’agit  de  constituer  une  bibliothèque  d’objets  3D  en  gardant à l’esprit que plus ils sont détaillés, plus ils limiteront la maquette. Des arbres en 2D apportent  déjà beaucoup d’informations.
La demande d’un modèle 3D simplifié du projet réalisé par l’architecte doit figurer dans le cahier des  charges  établi  pour  la  signature  du  contrat.  En  effet,  les  logiciels  de  DAO  de  la  CAP  (WinCarto  développé par Star Apic) ne disposent pas de module 3D, ils ne peuvent donc pas simplifier le modèle  complet.  De  plus,  la  plupart  des  cabinets  d’architectes  ne  respectent  pas  une  logique  de  calque,  modifier un tel projet devient alors une entreprise laborieuse. Je n’ai malheureusement pas pu mettre  en  place  un  tel  cahier  des  charges  par  manque  de  temps.  Cependant,  les  grandes  lignes  des  exigences à formuler figurent dans mon mémoire. 
Les  textures  sont  un  élément  déterminant.  La  représentation  des  façades  étant  la  plus  simple  possible,  ce  sont  les  textures  qui  confèrent  tout  le  réalisme  au  modèle.  D’un  autre  côté,  ce  sont  également  les  textures  qui  alourdissent  le  plus  la  maquette.  Dans  la  version  finale  de  la  place  du  Maréchal  Leclerc,  le  modèle  non  texturé  pèse  109
Ko  et  les  textures  associées  6,03  Mo.  Ces  caractéristiques peuvent encore être améliorées en utilisant les recommandations préconisées dans le  mémoire   lors   des   campagnes   photographiques   terrestres   ainsi   que   par   l’emploi   de   textures  redondantes pour des bâtiments dont l’aspect commun n’enrichit pas la maquette.  Les orthophotographies de Poitiers ne constituent pas un bon matériau pour les textures car elles ne  sont  pas  vraies.  Les  toits  de  bâtiments  ne  sont  pas  superposés  à  leurs  pieds,  il  n’est  donc  pas  possible  de  les  projeter  (utilisation  de  textures  de  toits  génériques)  ni  surla  voirie  (les  toits  y  apparaissent).

11.   PERSPECTIVES 

Mon  étude  a  donc  abouti  à  la  réalisation  d’une  méthode  de  construction  de  la  maquette.  Elle  est  basée sur les données actuelles du SIU et devra évoluer lorsque d’autres supports seront disponibles.  Plusieurs améliorations sont possibles :

1. La  création  d’une  couche  vectorielle  du  bâti,  importée  dans  GeoShow3D,  avec  un  champ  d’attribut  hauteur  de  toit  (Nombre  d’étages  x  Hauteur  moyenne  d’un  étage)  qui  disparaîtra  lorsque   la   caméra   passe   en   dessous   d’une   altitude   donnée   pour   faire   apparaître  l’environnement plus détaillé réalisé sur SketchUp ;
2. La réalisation d’une orthophotographie vraie qui permettra de texturer, de façon plus rapide et  plus réaliste, les toits et la voirie ;
3. La réalisation d’un Modèle Numérique d’Elévation qui permettra d’automatiser la création des  bâtiments ;
4. Une campagne de photos aériennes obliques qui texturera automatiquement les façades ;

Pour l’instant, ce sera le SIU qui mettra en placela méthodologie préconisée selon les besoins des  services  techniques  car  ces  derniers  ne  désirent  pas  encore  développer  une  compétence  3D.  La  maquette  progressera  donc  au  fil  des  projets  dans  l’attente  de  l’assignation  éventuelle  d’une  personne.