Wiki du Master Géographies Numériques

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==== Les objets 3D ====

=== Introduction ===

Les données géospatiales peuvent être de différentes formes, comme des images, des vecteurs, des rasters, des tables de données, etc. Parmi ces formes de données, les objets 3D occupent une place importante dans les SIG car ils permettent de modéliser des objets réels en trois dimensions, tels que des bâtiments, des montagnes, des routes, etc. Les objets 3D dans les SIG offrent des avantages considérables en termes de visualisation, de planification urbaine, de gestion des catastrophes naturelles, de tourisme, etc. Dans cette optique, cette technologie représente un outil de choix pour les professionnels de la géomatique qui cherchent à comprendre et à représenter les données géographiques avec une plus grande précision et une meilleure clarté.

L'utilisation des objets 3D est un exemple de la façon dont cette technologie peut être utilisée pour améliorer la compréhension et la prise de décision dans de nombreux domaines. 
Les objets 3D dans les SIG peuvent être classés en deux catégories principales : les modèles de surface et les modèles de volume.

=== 1 : Les surfaces 3D ===

La génération de surfaces 3D est une étape importante dans la création d'objets 3D dans les SIG. Elle consiste à créer des modèles en trois dimensions à partir de données brutes telles que des images satellites, des photographies aériennes, des nuages de points ou des données topographiques. Il existe plusieurs méthodes pour générer des surfaces 3D, chacune adaptée à un type de données particulier.

La première méthode est **la photogrammétrie**, qui consiste à créer des modèles 3D à partir de photographies aériennes ou terrestres en utilisant des logiciels spécifiques. La photogrammétrie peut être utilisée pour créer des modèles de surface détaillés à partir de plusieurs images aériennes qui recouvrent la même zone géographique. Cela consiste à prendre plusieurs photos de l'objet sous différents angles, on les aligne dans un logiciel spécialisé, puis on reconstruit la structure 3D en utilisant la triangulation. Ensuite, on applique les textures des photos sur le modèle et on effectue des retouches si nécessaire. Enfin, on exporte le modèle 3D pour une utilisation dans d'autres logiciels ou applications.

{{ :manuel:3d_1.png?600 | Photographie aérienne avec drone. Source : kopilot}}

La méthode **Lidar**, abréviation de "Light Detection and Ranging" (détection et télémétrie par laser), est une technologie avancée utilisée pour capturer des données précises et détaillées afin de créer des modèles 3D d'objets et d'environnements. Elle repose sur l'émission de faisceaux laser qui rebondissent sur les surfaces des objets et sont ensuite détectés par le scanner Lidar. Les mesures de distance et d'angle obtenues permettent de construire un nuage de points 3D, où chaque point représente une coordonnée spatiale x, y z. Ce nuage de points est ensuite traité et filtré pour éliminer le bruit et les points indésirables. Une reconstruction de surface est effectuée pour relier les points et créer un modèle 3D solide. En ajoutant des textures, il est possible de donner un aspect réaliste au modèle.

{{ :manuel:3d_2.png?600 |Une carte de France en Lidar. Source : IGN }}

Enfin, la technique de **modélisation par interpolation** permet de créer des modèles 3D à partir de données vectorielles telles que des courbes de niveaux ou des levés de points. Cette méthode permet de créer des modèles de surface complexes à partir de données qui ne sont pas facilement converties en données 3D.

Dans tous les cas, une fois que les données ont été collectées et traitées, les modèles de surface 3D peuvent être utilisés dans les SIG pour analyser, visualiser et manipuler des données géospatiales en trois dimensions. Les modèles de surface peuvent également être combinés avec d'autres types de données géospatiales pour créer des cartes plus riches et plus détaillées. La génération de surfaces 3D est une étape importante dans la création d'objets 3D dans les SIG. Les différentes méthodes disponibles permettent de créer des modèles de surface détaillés à partir de différentes sources de données brutes, offrant des avantages considérables pour diverses applications des SIG.

=== 2 : Les modèles de volumes ===

Les modèles de volume sont des représentations en trois dimensions d'objets représentant des éléments tels que des bâtiments, des arbres, des voitures ou tout autre objet physique qui peut être représenté en trois dimensions. Il existe plusieurs méthodes pour générer des objets 3D, chacune adaptée à un type d'objet particulier.

La première méthode est la modélisation manuelle, qui consiste à créer des modèles 3D à partir de zéro en utilisant des logiciels de modélisation 3D tels que SketchUp ou Blender. Cette méthode est souvent utilisée pour créer des modèles d'objets complexes ou personnalisés qui ne peuvent pas être facilement générés à partir de données brutes. La modélisation manuelle peut être une tâche longue et complexe, mais elle permet de créer des modèles de haute qualité. La modélisation manuelle est généralement utilisée pour créer un seul objet en raison de la complexité et du temps nécessaire pour réaliser le travail. En effet, le processus de modélisation manuelle implique de construire chaque aspect du modèle à la main, ce qui demande de la patience et de la précision. La création d'un seul objet peut déjà prendre beaucoup de temps, car il faut manipuler, éditer et ajouter des détails pour obtenir un résultat réaliste et de qualité. Par conséquent, cette méthode est souvent privilégiée pour des projets où la modélisation d'un objet spécifique est le principal objectif, tels que la création d’un bâtiment.

{{ :manuel:3d_3.png?600 |Modèle de pont. Source : https://cults3d.com/}} 

La deuxième méthode est **la numérisation 3D**, qui consiste à capturer des modèles 3D d'objets existants en utilisant des scanners 3D. Cette méthode est souvent utilisée pour capturer des objets tels que des bâtiments historiques, des sculptures ou des œuvres d'art, pour lesquels la modélisation manuelle peut être difficile ou imprécise. Les modèles numérisés peuvent ensuite être importés dans un SIG et utilisés pour une variété d'applications. Ces objets sont souvent des fichier au format multi-patch dans le monde ESRI. Cette opération est réalisable dans ArcGIS Pro et QGIS par exemple. Bien que QGIS ne dispose pas des fonctionnalités 3D intégrées comme ArcGIS Pro, il offre des extensions et des outils qui peuvent être utilisés pour créer des objets 3D tels que "Qgis2threejs" ou "Qgis2threejs plus".

{{ :manuel:3d_4.png?400 |{{ :manuel:3d_4.png?600 |Source : ArcGIS OnLine}}

La troisième méthode est **la modélisation procédurale**, qui consiste à générer des modèles 3D à partir de règles et de paramètres prédéfinis. Cette méthode est souvent utilisée pour créer des modèles d'objets récurrents tels que des arbres, des voitures ou des bâtiments, en utilisant des algorithmes pour générer des modèles de manière automatique. La modélisation procédurale permet de générer rapidement des modèles 3D de grande qualité, mais peut être moins précise que la modélisation manuelle. Le logiciel CityEngine (ESRI)permet de générer des objets 3D via des règles procédurales.

{{ :manuel:3d_5.png?600 |Source : ESRI}}

=== Conclusion ===

Dans l'ensemble, les objets 3D dans les SIG sont devenus un élément clé de la représentation de l'espace géographique en trois dimensions. Ils offrent des avantages considérables en termes de visualisation et de compréhension des données géospatiales, ce qui en fait un outil de choix pour les professionnels travaillant dans des domaines tels que la géomatique, la planification urbaine, la gestion de l'environnement et bien d'autres encore.

=== Bibliographie ===

Back, Edward. « Lidar : une carte de la France arrive en accès libre ». Futura. Consulté le 19 mars 2023. https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-lidar-carte-france-arrive-acces-libre-98122/.

GOUIA. « Comprendre l’utilisation de la 3D dans les SIG. » Veille cartographique 2.0, 6 octobre 2021. https://veillecarto2-0.fr/2021/10/06/comprendre-lutilisation-de-la-3d-dans-les-sig/.

Kopilot. « Photogrammétrie aérienne avec drone - meetup cast ». Consulté le 19 mars 2023. https://www.youtube.com/watch?v=JOTxPyzHJns.

Lavenu, Gaëtan. « SIG 3D - Conception de données 3D (3/5) ». Consulté le 30 janvier 2023. https://www.arcorama.fr/2015/01/sig-3d-35-conception-de-donnees-3d.html.

« Notions de base relatives aux données 3D—ArcMap | Documentation ». Consulté le 30 janvier 2023. https://desktop.arcgis.com/fr/arcmap/latest/extensions/3d-analyst/fundamentals-of-3d-data.htm.

«UN SIG 3D, POUR QUOI FAIRE ?» A quoi sert un SIG 3D ? Les technologies sont –elles prêtes ? Quelles compétences sont nécessaires pour exploiter et maintenir un SIG 3D ? » Consulté le 30 janvier 2023. https://www.esrifrance.fr/sig2008/virtuelcity.htm.

« Affichage d’entités multipatchs 3D—ArcMap | Documentation ». Consulté le 19 mars 2023. https://desktop.arcgis.com/fr/arcmap/latest/extensions/arcglobe/displaying-3d-multipatch-features-globe.htm.

« Générateur procédural de villes en 3D | Conception urbaine 3D pour les environnements urbains ». Consulté le 19 mars 2023. https://www.esri.com/fr-fr/arcgis/products/arcgis-cityengine/overview.


 --- //[[|N. Radondy, M1 2023. Modifié par TJ]]