Génération automatique d'environnements virtuels urbains complexes

Generation of complex virtual urban environments

• Auteur / Autrice : Tiavina tantely Nivolala
• Direction : Jean-Pierre Jessel, Princy Randriambololondrantomalala
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Image, Information, Hypermédia
• Date : Soutenance le 24/05/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3 en cotutelle avec Université d'Antananarivo
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Jessel, Princy Randriambololondrantomalala, Véronique Gaildrat, Cédric Sanza
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Mérillou, Gilles Gesquière, Eric Galin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Construction -- Industrie

Mots clés libres

Modélisation déclarative

Monde virtuel

Génération de villes

Algorithme génétiques

Grammaires des formes

Génération procédurale

Virtual world

Declarative modelling

City generation

Genetic algorythms

Shape grammars

Procedural generation

Résumé

L'essor des technologies numériques constitue pour les entreprises de la construction, bâtiment et Travaux Publics (BTP), un enjeu majeur. La maquette numérique, par exemple, procure à tous les acteurs d'un chantier une visibilité en temps réel des différents aspects mis en jeux. Dans de nombreux domaines, il est donc nécessaire de modéliser en 3D des immeubles, des bâtiments industriels, des ensembles immobiliers, des villes ... Le BIM (Building Information Modeling, ou building information model, en français modélisation des données du bâtiment) est un ensemble de technologies et de processus d'intégration, de production, de gestion et de visualisation de données des modèles de construction du BTP. Plusieurs voies existent pour éviter aux concepteurs en architecture, aux urbanistes ou aux graphistes de fastidieuses opérations manuelles pour la création de ces environnements, des techniques de génération automatique ont été développées en complément (ou en substitution) des logiciels de modélisation et de conception assistée par ordinateur (CAO) qu'ils utilisent pour créer ces environnement virtuels. De nombreux systèmes procèdent à la génération de ces environnements 3D à partir du monde réel : les scanners 3D ou les prises de vue stéréoscopiques permettent en effet de reconstruire des objets, des bâtiments et des environnements 3D à partit des données géométriques et photométriques acquises. Dans un autre approche, les techniques de modélisation procédurales permettent de générer automatiquement des environnements 3D complexes en utilisant des déclarations de propriétés ou de contraintes issues de règles métier et des techniques issues de la Vie Artificielle. Les données issues de ces systèmes d'acquisition ou de génération peuvent être enregistrés et gérées dans les systèmes d'informations géographiques et les logiciels de cartographie ou dans une suite logicielle BIM. Les données de ces applications informatiques et les métadonnées associées qu'ils contiennent sont également exploitables pour générer ou modifier les environnements 3D. Parmi toutes les méthodes procédurales qui ont été utilisées pour aborder la question, les grammaires de formes sont particulièrement efficaces face au problème d'encodage des connaissances sur les formes et leur reproduction. Le but de la thèse est de générer des environnements urbains en 3D incluant des données issues de l'existant et de nouveaux édifices à travers l'utilisation des grammaires de formes. En partant d'une interface graphique, de données géographiques et de descripteurs, le but est de générer les règles encodant les informations d'apparence des bâtiments de manière semi-automatique. A l'issue de ce processus, un fichier BIM de ces bâtiments au format standard IFC pourra être généré.

The development of digital technologies is a major challenge for construction, construction and public works (BTP) companies. The digital model, for example, gives all the actors of a construction site a real-time visibility of the different aspects involved. In many areas, it is therefore necessary to model in 3D buildings, industrial buildings, buildings, cities ... The BIM (building information modeling, or building information model) is a set Technologies and processes for the integration, production, management and visualization of data from construction models of construction. Several avenues exist to prevent architectural designers, town planners or graphic designers to do the tedious manual operations of creating these environments, automatic generation techniques have been developed in addition (or in substitution) to software for modeling and Computer Assisted Design (CAD) they use to create these virtual environments. Many systems generate these 3D environments from the real world: 3D scanners or stereoscopic shots allow reconstructing 3D objects, buildings and environments from acquired geometric and photometric data. In another approach, procedural modeling techniques can automatically generate complex 3D environments using property declarations or constraints derived from rules and techniques derived from Artificial Life. Data from these acquisition or generation systems can be stored and managed in geographic information systems and mapping software or in a BIM software suite. The data of these computer applications and the associated metadata they contain can also be used to generate or modify 3D environments. Among all the procedural methods that have been used to address the issue, shape grammars are particularly effective when it comes to dealing with the problem of encoding knowledge about patterns and their reproduction. The aim of the thesis is to generate 3D urban environments using data from existing and new buildings through the use of shape grammars. Starting from a graphical interface, geographic data and eventually descriptors, the goal of the thesis is to semi-automatically generate the ruleset encoding the appearance information of these buildings. At the end of this process, a BIM file of these buildings in the IFC standard format can be generated.