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REALISATION DE MAQUETTES 3D VIRTUELLES POUR LES ETUDES
D ’ URBANISME AU SEIN DU SIG DE LA MAIRIE DE TOULOUSE .
Société d’accueil : SIG de la Mairie de Toulouse
PFE présenté par : Sébastien Wehrlé
Directeur du PFE : M. Monnot, Ingénieur en chef, Mairie de Toulouse
Correcteurs : M. Koehl et M. Ledig, professeurs INSA
1. Introduction & objectifs
La cartographie 3D devient de plus en plus présente autour de nous. Après l’américain Google Earth, c’est l’IGN qui va diffuser des maquettes 3D virtuelles au grand public grâce au Géoportail. De plus, la 3D ne se limite plus à réaliser de beaux effets visuels mais devient un outil technique d’aide à la décision. Ainsi, la 3ème dimension prend également sa place dans les collectivités territoriales et notamment à la Mairie de Toulouse. Néanmoins, pour réaliser ces modélisations, il est nécessaire de disposer de données en trois dimensions précises et de qualité, ce qui induit un coût d’acquisition très élevé. La richesse du SIG de Toulouse, dans ce domaine, est de bénéficier des investissements en données 3D réalisés jusqu’à ce jour et ainsi permettre une mise en place rapide du projet.
Le but de ce projet n’est pas d’aboutir à une solution opérationnelle immédiate mais a plutôt un objectif d’expérimentation. En effet, les connaissances et expériences dans le domaine émergeant des SIG 3D étaient, pour l’instant, limitées à la Mairie de Toulouse. Il était donc nécessaire de mettre en jeu les données existantes dans le cadre de ce projet afin de faire apparaître les enjeux, limites, perspectives, évolutions et solutions qu’entraînerait une large utilisation de la 3D. Ainsi, le but du projet est de présenter les possibilités offertes par la 3D afin que les différents services prennent conscience de son utilité.
Cet objectif se traduit donc par la réalisation d’une ou plusieurs représentations virtuelles en 3D de la ville de Toulouse. Ces maquettes doivent servir principalement au Service de l’Urbanisme, premier demandeur de ces réalisations. Néanmoins, la 3D permettant une meilleure représentation de l’espace urbain, d’autres services sont également intéressés.
L’étude commence par faire le point des connaissances dans le domaine de la modélisation 3D et des données nécessaires à cette modélisation. Le projet 3D du Service de l’Urbanisme est également évoqué avec les implications de celui-ci avec mon projet de fin d’études. Enfin, je présente brièvement les deux principaux logiciels que j’ai utilisés durant ce projet.
2. Construction des maquettes 3D
a) Elaboration du Modèle Numérique de Terrain
Une première étape consiste à réaliser un Modèle Numérique de Terrain (MNT) le plus précis possible
sur l’ensemble du territoire communal, à partir des données existantes. Le mémoire développe donc les données et les processus d’élaboration qui ont abouti à la création du MNT. J’ai conçu divers traitements afin de le faire correspondre le plus possible à la réalité du terrain, en utilisant au mieux les données existantes ; l’acquisition de la BD Topo de l’IGN a toutefois permis d’améliorer le modèle sur les voies ferrées et les voies rapides.
Le résultat est un modèle raster (pixels de 2 m de côté) couvrant l’ensemble de la commune mais avec une précision hétérogène qui est fonction des données disponibles sur la zone à interpoler. En tout état de cause, ce MNT est largement suffisant pour servir de socle à une maquette 3D virtuelle. Il pourra également être utilisé pour n’importe quel projet ou application de la Mairie nécessitant de connaître le terrain avec une précision moyenne.
b) Construction des données concernant le bâti
Après le MNT, la seconde étape consiste à exploiter les fichiers 3D existants pour la construction du sursol. Cette modélisation se divise en deux objectifs distincts et incompatibles qui amènent donc à deux solutions différentes :
D’une part, représenter en 3D la ville de Toulouse de manière la plus réaliste possible et permettre,
entre autres, une visualisation fidèle et aisée de nouveaux projets d’urbanisme. Dans cette optique,
le projet utilise tous les atouts des fichiers 3D du Service de l’Urbanisme ; ces derniers modélisent
avec précision les bâtiments de Toulouse. Cette maquette utilise également des textures de façades
ou de toits ainsi qu’une symbolique pour la végétation ou le mobilier urbain. Il s’agit de la
maquette 3D détaillée.
D’autre part, construire une base de données exploitable par un logiciel de SIG et comportant
les informations nécessaires à une représentation en 3D de l’ensemble des bâtiments de la commune de Toulouse.
Outre leur représentation géométrique, les bâtiments doivent être enrichis d’informations attributaires qui doivent permettre de le calcul de statistiques ainsi que la possibilité de traitements géométriques spatiaux. Il s’agit de la maquette 3D simplifiée.
Les données utilisées, les différentes méthodes possibles et le processus finalement utilisé sont abordés dans le mémoire. La table MapInfo des bâtiments en 3D peut, comme le MNT, être utilisée pour la maquette urbaine mais également pour n’importe quel autre projet (étude du bruit) nécessitant la connaissance de la hauteur des bâtiments. Dûment complétée et mise à jour en même temps que les fichiers 3D de l’urbanisme qu’elle utilise, cette table pourrait servir de référence SIG des bâtiments de Toulouse. Par contre, elle ne sera probablement que très peu utilisée pour la création de maquettes virtuelles. En effet, la simplification des bâtiments induite par la modélisation dégrade trop les détails et il est préférable d’utiliser les fichiers 3D de l’urbanisme directement.
c) Construction de maquettes et applications à la Mairie
Il reste donc à définir la méthodologie de construction de la maquette urbaine dans le logiciel SpacEyes à partir du MNT et des bâtiments. La nécessité d’acquérir des données supplémentaires se faisant ressentir lors de la construction de cette maquette urbaine, la consultation lancée pour compléter les données du SIG est abordée à ce moment.
Si les données sont correctement préparées en amont, elles se manipulent facilement dans
SpacEyes 3D Builder et permettent d’obtenir rapidement un rendu correct. L’export de
maquettes à travers des copies d’écrans ou des films nécessite déjà un peu plus de travail mais
reste tout à fait abordable. En revanche, l’utilisation de l’export vers le Viewer gratuit de SpacEyes afin de partager les données est, pour l’instant, malcommode.
Lors de ce projet, les développements spécifiques ont uniquement concerné le Service de l’Urbanisme. J’ai ainsi pu répondre à plusieurs attentes soit en développant une méthodologie, soit un créant des algorithmes de traitement ou même un programme autonome ; ces développements concernent :
Ces développements ne se réalisent pas directement dans le logiciel SpacEyes mais sont destinés à améliorer la maquette virtuelle ou à effectuer des analyses sur les bâtiments en 3D.
3. Conclusion
Les applications d’une visualisation en 3D d’une agglomération sont donc multiples. Des services internes à la Mairie jusqu’au grand public, les utilisateurs potentiels sont nombreux et variés. Cette multiplicité des utilisations et des utilisateurs représente tout l’intérêt d’une maquette 3D et pour un coût raisonnable, grâce à l’agrégation des différentes données existantes. Si les décideurs de la Mairie de Toulouse sont sensibles à l’importance d’un tel produit, ils sont également soucieux des budgets.
Prochainement, la maquette 3D virtuelle sera déployée au Service de l’Urbanisme pour une phase de
test et de prise en main. En parallèle, le SIG mettra à disposition des services, sur un serveur central, l’ensemble des données 3D produites durant ce projet. Ces données constitueront le premier noyau d’un ensemble plus général restant à définir. Le but est de mutualiser l’ensemble des données 3D produites par les services afin de les rendre accessibles à tous, au sein de la Mairie et ainsi d’éviter le travail en doublon.
Un des buts principaux pour le Service de l’Urbanisme est de présenter l’insertion de projets dans leur environnement urbain. Dans un premier temps, des opérateurs pourront manipuler la maquette lors des présentations de projets et produire des films qui seront émis de manière interne aux services. Dans un deuxième temps, on peut penser présenter les projets, au grand public, en diffusant ces mêmes films sur le site Internet de la Mairie. Puis dans un avenir plus lointain, les internautes pourront peut-être se promener virtuellement dans Toulouse en utilisant une version Internet de la maquette 3D urbaine.