Soutenance mémoire
L’atelier du second semestre de DAE4 permet aux étudiants de l’option RESEAU de faire des propositions sur une commande réelle effectuée par un élu, généralement un quartier à concevoir. Par groupes, les étudiants conçoivent leur projet en se répartissant les différentes thématiques à considérer : les logements, la production énergétique, les systèmes de transports, les consommations d’eau, … Ils doivent produire deux types de rendus :
• Un bilan global énergétique de leur quartier, en considérant la consommation et la production d’énergie réalisée,
• Une modélisation 3D de leur projet, permettant de rendre compte de la mise en œuvre spatiale des propositions du groupe.
Pour cette dernière, les étudiants utilisent le logiciel SketchUp pour modéliser leur nouveau quartier : c’est un logiciel gratuit, facile à prendre en main, et qui permet toutes les possibilités de design pour les formes urbaines envisagées dans le projet. En parallèle, à l’aide des bases de données géographiques disponibles pour la zone étudiée, ils réalisent un modèle de l’environnement autour du site du projet, à l’aide d’un logiciel SIG comme ArcGIS qui est importé dans SketchUp et leur permet ensuite d’incorporer leur nouveau quartier. Afin de pouvoir les communiquer au commanditaire, ils doivent alors réaliser des photos et vidéos ou animations de leur projet. Mais, à la base, SketchUp est un logiciel plutôt destiné aux architectes, donc pour des projets à l’échelle du bâtiment. L’environnement du site du projet comprend plusieurs dizaines de bâtiments, ce qui amène à s’interroger de l’intérêt de SketchUp pour cette modélisation.
CityEngine, logiciel propriétaire d’ESRI (la même société commercialisant la suite ArcGIS) est, comme son nom l’indique, un « moteur de villes ». Il apparaît donc que cette solution est conçue pour gérer des modèles de quartiers de villes, comprenant un nombre important de bâtiments. Ainsi, la question de la pertinence de l’utilisation de ce logiciel se pose pour la modélisation de l’environnement autour du quartier.
Une prise en charge plus commode du modèle numérique de terrain sur CityEngine
Dans la construction d’un modèle urbain en 3 dimensions, la première étape est la construction d’un modèle numérique de terrain de la zone considérée, sur lequel s’ajouteront les différentes formes urbaines, entre autres les bâtiments et réseaux de transport. Généralement, l’élaboration d’un modèle numérique s’effectue au départ dans un logiciel de SIG 3D, type ArcScene. Il se compose d’une orthophoto (image satellite) raster de la zone considérée (provenant de la BD Ortho en France), qui est alignée sur le relief du terrain, codée par une couche raster d’élévation du terrain mise en 3 dimensions et provenant de la BD Alti du département considéré.
Précision du Modèle Numérique de Terrain
SketchUp n’offre pas la possibilité de générer des Modèles Numériques de Terrain. Ainsi, la qualité et la précision du modèle rendu dépend de la source de la donnée traitée dans ArcGIS avant l’import. Ainsi, pour la zone de Charleval, la seule base de données nationale exploitable a une résolution de 25 m, c’est-à-dire que chaque pixel est un carré de 25 m de côté. Cette grande résolution entraîne des pentes anormalement élevées sur le modèle, qui ne se retrouvent pas dans la réalité. Depuis la version 2016.0, CityEngine offre la possibilité de télécharger des données d’orthophoto et d’altitude sur une zone sélectionnée depuis la base d’Esri World Elevation, grâce à l’outil « Get Map Data ». Moyennant l’inscription gratuite à une version d’essai d’ArcGIS Online (valable 21 jours), elle permet l’acquisition de données d’altitudes et d’images satellites jusqu’à la résolution 4K, soit 4096 pixels sur un côté de carré d’1 km. Ainsi, la résolution de ce raster d’altitude est de 25cm, donc 100 fois plus petite que la BD Alti utilisée. La précision en est donc grandement améliorée, et les phénomènes de pentes anormalement élevées sont très largement réduits. On remarquera que la résolution obtenue est plus petite que n’importe quelle base de données altimétriques française, car la résolution la plus petite de la BD Alti en France est 50 cm. Par ailleurs, le même outil permet également de télécharger le réseau routier et le bâti de la zone sélectionnée provenant de la base de données d’OpenStreetMap en cochant les cases « Download Networks » et « Download Polygons » dans l’utilitaire de téléchargement de données ci-contre. Si cet outil néglige quelque peu l’apprentissage de la SIG, il permet l’obtention beaucoup plus rapide de toutes ses données. En effet, sur ArcGIS, il est nécessaire de couper toutes les bases de données (Ortho, Topo Bâti et Routes, Alti) du département souhaité pour ne sélectionner que les éléments situés dans la zone d’étude, avant l’importation dans SketchUp et/ou CityEngine.
Positionnement des aménagements urbains sur le Modèle Numérique de Terrain
Une fois le modèle importé, les aménagements urbains (routes, bâtiments) peuvent être ajoutés sur le modèle : l’environnement proche du projet d’une part, et la modélisation du projet envisagé d’autre part. Concernant le quartier autour du projet, en utilisant SketchUp, les bases de données géographiques des routes et bâtiments doivent être importées de la même manière que le Modèle Numérique de Terrain, en utilisant un logiciel tiers. Ce protocole fait perdre la composante géoréférencée de ces formes, obligeant à un positionnement manuel sur le site. Cette démarche apparait peu commode car le modèle ne comprend pas de texture d’image satellitaire, compliquant la prise de repères. Au contraire, CityEngine prend directement en charge ce type de base de données, au format géodatabase ou fichier de formes. Ainsi, si le système de coordonnées défini dans le modèle CityEngine est le même que celui utilisé dans les fichiers importés, le positionnement géographique sera automatiquement réalisé. De plus, l’alignement des entités géométriques par rapport au terrain s’effectue facilement après sélection des entités:
• Par l’outil « Align Graph to Terrain » pour les entités de type réseau, comme les routes,
• Par l’outil « Align Shapes to Terrain » pour les autres entités comme les bâtiments.
D’autre part, le modèle du projet réalisé par les groupes d’atelier sera généralement réalisé sur SketchUp, indépendamment du modèle de terrain, sur fond plat. Si le modèle d’ensemble est réalisé sur ce même logiciel, le modèle de base n’est pas précis (voir partie a), il faut donc combler les pentes anormalement élevées présentes sur le terrain, qui n’existent pas dans la réalité.
CityEngine : un système d’extrusion et texturage programmable des objets 3D
Dans le logiciel SketchUp, une texture choisie par l’utilisateur est appliquée sur les faces sélectionnées. Etant donné le nombre important de bâtiments dans un tel modèle (environ 250 bâtiments), ce procédé apparaît fastidieux pour lui. Par exemple, au sein d’une sélection de plusieurs bâtiments, aucune distinction n’est faite entre les faces des toits et celles des murs, et donc la même texture sera appliquée partout, alors que les matériaux utilisés sont différents entre façades et toits. De plus, la hauteur d’extrusion est fixée par le logiciel SIG d’où sont importés les bâtiments, et elle ne peut être modifiée dans SketchUp. Ainsi, par économie de temps, les bâtiments ont été laissés dans leur état d’origine lors de l’atelier d’écoconception.
Pour ce qui est de CityEngine, le procédé d’extrusion et de texturage des bâtiments repose sur une application automatisée d’un programme au format cga, appelé règle. Ce programme applique une texture sur les surfaces des bâtiments et des routes, ainsi qu’une extrusion sur une hauteur déterminée. Il fait appel à d’autres règles, régissant séparément les textures des toits et des façades des bâtiments, comme expliqué dans les codes en annexe 1. Ainsi, il est possible de régler des variables comme la hauteur d’extrusion, la pente des toits, la largeur des routes, … en utilisant entre autres les données issues des tables attributaires des formes associées. Par exemple, la hauteur d’extrusion peut être définie comme étant la valeur du champ « Hauteur » de la table attributaire des bâtiments de la BD Topo. C’est le cas aussi pour la largeur et le nombre de voies des routes. L’intérêt premier de ce fonctionnement est le choix parmi un très large éventail de textures pour les façades et les toits. En effet, ces dernières sont appliquées à partir d’images représentant la texture voulue, et intégrées dans un dossier dont le code précise le chemin d’accès. Avec la quantité d’images proposées sur Internet, le choix est immense. Et pour se rapprocher davantage encore de la réalité, des photos réelles prises sur le terrain et redimensionnées peuvent être utilisées. L’autre avantage est le fait que ces règles peuvent se répliquer sans tout connaître à leur syntaxe propre : pour créer une nouvelle règle en partant des exemples de programmes donnés en annexe, il suffit de copier l’ensemble du code pour le type de faces voulu (toits, façades, murs ou même route) et de changer les chemins d’accès correspondant aux images et aux règles. L’annexe 2 donne plus d’informations sur le protocole pour créer et assigner une nouvelle règle à une sélection de bâtiments.
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Table des matières
Introduction
1) Une prise en charge plus commode du Modèle Numérique de Terrain sur CityEngine
a) Précision du Modèle Numérique de Terrain
b) Import du Modèle Numérique de Terrain
c) Positionnement des aménagements urbains sur le Modèle Numérique de Terrain
2) CityEngine : un système d’extrusion et texturage programmable des objets 3D
3) CityEngine : Une meilleure interopérabilité pour des rendus plus variés et qualitatifs
a) Comparaison globale des fonctionnalités d’export
b) Deux exemples de rendus possibles à partir d’un modèle CityEngine
4) Le prix à payer de CityEngine : la licence et les ressources matérielles nécessaires
Conclusion
Remerciements
Sources
Annexe 1 : Codes des règles utilisés pour la modélisation de Charleval dans CityEngine
Annexe 2 : Protocole de création et d’application de nouvelles textures à partir des règles présentes en annexe 1
Annexe 3 : Plus de détails sur l’interopérabilité de SketchUp et CityEngine
Annexe 4 : Paramètres d’export depuis CityEngine pour les logiciels Unity3D et LumenRT
Annexe 5 : Paramètres nécessaires au fonctionnement d’une application de réalité virtuelle sur Android dans Unity3D
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