Contributions à la modélisation 3D des villes : reconstruction 3D de modèles de bâtiments polyédriques à partir d'images aériennes et modélisation 3D de façades à partir de nuage de points 3D et d'images terrestres

Contributions to the 3D city modeling : 3D polyhedral building model reconstruction from aerial images and 3D facade modeling from terrestrial 3D point cloud and images

• Auteur / Autrice : Karim Hammoudi
• Direction : Nicolas Paparoditis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du Signal et des Images
• Date : Soutenance le 15/12/2011
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Méthodes d'Analyses pour le Traitement d'Images et la Stéréorestitution (Saint-Mandé, Val de Marne) - MATIS
• Jury : Président / Présidente : Nicole Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Paparoditis, Beatriz Marcotegui, Fadi Dornaika, Bahman Soheilian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Angel Sappa, Véronique Cherfaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cartographie

Réseaux urbains

Photographie aérienne

Constructions

Modélisation tridimensionnelle

Mots clés libres

Modélisation 3D de villes

Reconstruction 3D de bâtiments

Modélisation 3D des façades urbaines

Extraction de primitives urbaines

Modélisation des toits

Cartographie 3D

3D city modeling

3D building reconstruction

3D urban facade modeling

Urban features extraction

Roof modeling

3D mapping

Résumé

L'objectif principal de ce travail est le développement de recherches en modélisation 3D du bâti. En particulier, la recherche en reconstruction 3D de bâtiment est un sujet très développé depuis les années 90. Malgré tout, il paraît nécessaire de poursuivre les recherches dans cet axe étant données que les approches actuelles consacrées à la reconstruction 3D de bâtiment (bien qu'efficaces) rencontrent encore des difficultés en terme de généralisation, de cohérence et de précision. Par ailleurs, les récents développements des systèmes d'acquisitions de rues tel que les systèmes de cartographie mobile ouvrent de nouvelles perspectives d'amélioration de la modélisation des bâtiments dans le sens ou les données terrestres (très précises et résolus) peuvent être exploitées avec davantage de cohérence (en comparaison à l'aérien) pour enrichir les modèles de bâtiments au niveau des façades (la géométrie, la texture).Ainsi, des approches de modélisation aériennes et terrestres sont individuellement proposées. Au niveau aérien, nous décrivons une approche directe et dépourvu d'extraction et d'assemblage de primitives géométriques en vue de la reconstruction 3D de modèles polyédriques simples de bâtiments à partir d'un jeu d'images aériennes calibrées. Au niveau terrestre, plusieurs approches qui décrivent essentiellement un pipeline pour la modélisation 3D des façades urbaines sont proposées; à savoir, la segmentation et classification de nuage de rues urbaines, la modélisation géométrique des façades urbaines et le texturage des façades urbaines comportant des occultations causées par d'autres objets du mobilier urbains

The aim of this work is to develop research on 3D building modeling. In particular, the research in aerial-based 3D building reconstruction is a topic very developed since 1990. However, it is necessary to pursue the research since the actual approaches for 3D massive building reconstruction (although efficient) still encounter problems in generalization, coherency, accuracy. Besides, the recent developments of street acquisition systems such as Mobile Mapping Systems open new perspectives for improvements in building modeling in the sense that the terrestrial data (very dense and accurate) can be exploited with more performance (in comparison to the aerial investigation) to enrich the building models at facade level (e.g., geometry, texturing).Hence, aerial and terrestrial based building modeling approaches are individually proposed. At aerial level, we describe a direct and featureless approach for simple polyhedral building reconstruction from a set of calibrated aerial images. At terrestrial level, several approaches that essentially describe a 3D urban facade modeling pipeline are proposed, namely, the street point cloud segmentation and classification, the geometric modeling of urban facade and the occlusion-free facade texturing