Modélisation de l’existant

Pourquoi modéliser l’existant ?

Lors de l’étude de nombreux projets d’infrastructure devant s’intégrer dans un cadre existant dépourvu de documentation numérique, il est indispensable de saisir l’existant afin de pouvoir en tenir compte pour orienter les décisions techniques de l’études. Pour cela il est indispensable de modéliser l’existant en 3 dimensions (3D).

Quelle technique employer ?

L’acquisition massive de données en 3 dimensions peut se faire grâce à l’utilisation de 2 techniques principales :

  • la photogrammétrie permettant d’exploiter la parallaxe obtenue entre deux points de vue différents d’une même scène pour en détecter les volumes : il s’agit d’une adaptation de ce que fait notre cerveau en utilisant les images captées par vos yeux pour en déterminer le relief, la profondeur.
  • le scan 3D utilisant un laser projeté de manière régulière tout autour de lui et d’en recevoir l'”écho”, le signal de retour, afin de mesurer la distance le séparant de l’objet rencontré et de déterminer la qualité du signal de retour. Dans certain cas, un processus complémentaire permet de réaliser des prises de vues (photos) qui permettront, par combinaison avec les points mesurés, d’ajouter au point une information colorimétrique.

La photogrammétrie

Il s’agit d’une technique qui consiste à effectuer des mesures dans une scène, en utilisant la parallaxe obtenue entre des images acquises selon des points de vue différents. Recopiant la vision stéréoscopique humaine, elle a longtemps exploité celle-ci pour reconstituer le relief de la scène à partir de cette différence de points de vue. Actuellement, elle exploite de plus en plus les calculs de corrélation entre des images désormais numériques (photogrammétrie numérique).

Cette technique repose entièrement sur une modélisation rigoureuse de la géométrie des images et de leur acquisition afin de reconstituer une copie 3D exacte de la réalité.

Les principes la stéréoscopie ont déjà été énoncés dans l’antiquité, ensuite affinée par Léonard de Vinci pour ensuite être finalement exploités en utilisant le support photographique par Aimé Laussedat pour restituer la façade de l’Hotel des Invalides à Paris. C’était en 1849 ! Les opérations étaient à l’époque manuelles bien entendu.

Des logiciels tels que ContextCapture sont maintenant en mesure de réaliser une analyse automatique de grands ensembles de photographies afin d’en extraire les points caractéristiques et d’en trouver les correspondances sur d’autres photos : il s’agit de la mise en corrélation. Du fait de la grande quantité de points, on parlera très souvent de “corrélation dense“.


Source Wikipedia

 

Les modèles générés par cette technique peuvent ensuite être déclinés en maillages phototexturés, en nuages de points, ou par projection sur un plan, en orthophotos.

Les résultats pourront être exploités par l’ensemble des logiciels basés sur la plateforme MicroStation tel que AECOsim Building designer, OpenRoads Designer, Bentley Map, Bentley Descartes, et bien d’autres encore !

Le scan 3D

Le principe consiste à balayer de manière régulière l’environnement à l’aide d’un rayon laser à partir du point de station de l’appareil et de récupérer les informations en retour. Ces informations permettront de déterminer la distance de chaque point touché par le rayon pour en récupérer la distance par rapport au centre optique de l’appareil. Connaissant les angles horizontaux et verticaux il est possible de calculer facilement la position spatiale de chacun des points mesurés.

Il est également possible de récupérer une valeur d’intensité du signal de retour ce qui permettra de faussement coloriser le nuage de points mesuré en fonction de cette valeur. Les différences de matériaux seront mises en évidence.

 

 

Fausses couleurs sur 14 niveaux de gris (points épaissis pour en augmenter la lisibilité)

 

Sur les appareils actuels il est également possible de procéder à une prise de photos de l’environnement ce qui permettra au scanner d’attribuer une valeur de couleur à chaque point, le rendu restitué sera alors plus simple à comprendre et plus facile à interpréter par les opérateurs qui réaliseront les traitements en aval.

Vraies couleurs saisie durant la scan (points épaissis pour en augmenter la lisibilité)

Comparaison visuelle entre les deux technologies

La grosse difficulté rencontrée lors de l’utilisation des nuages de points se passe lors de la réalisation de zoom. Lorsque nous avons un plan assez large comme ci-dessus, le résultat est compréhensible. Par contre, lorsque des zooms sont effectués il devient très compliqués de conserver une bonne lisibilité de l’objet modélisé.

Comparaison d’un zoom synchronisé sur deux modèles représentant le même objet : nuage de points à gauche, maillage phototexturé à droite

Comme nous le voyons ci-dessus, la lisibilité du modèle est plus optimales sur le maillage phototexturé issus de processus photogrammétrique que sur le nuage de points.

Peut-on combiner les technologies ?

La qualité première de la photogrammétrie est bien évidemment sa simplicité de mise en oeuvre : un simple appareil photographique numérique et un peu d’habileté suffisent ! Pour ce qui concerne le scanner 3D, la qualité principale est la précision de ses mesures.

Grâce à ContextCapture, il est très simple de combiner les deux technologies afin d’avoir un rendu visuel de haute qualité et une précision importante. Voici comment faire :

Tutorial expliquant comment généré un modèle mixant à la fois des photos et un scan 3d