Soutenance mémoire
L’INTEROPÉRABILITÉ DES DONNÉES
L’interopérabilité informatique est une problématique primordiale lorsque l’on cherche à partager, diffuser ou acquérir des données, pour entrer dans une logique globale d’échange.
L’intérêt principal étant de convertir des données Multipatch vers CityGML, nous expliquerons quelles ont été les modalités et le travail effectué en stage dans la seconde partie de ce rapport. Mais tout d’abord, posons les enjeux de l’interopérabilité en général ainsi que dans le cadre du projet 3D-MO et quelques éléments de définitions des deux formats utilisés.
DÉFINITION ET ENJEUX
On désigne, par le terme d’interopérabilité, la « capacité à échanger des informations et des données de manière fiable et consistante entre deux applications logicielles différentes »6.
L’objectif de l’interopérabilité est de pouvoir « *…+ échanger ou mettre à la disposition de l’utilisateur des informations d’une manière efficace et exploitable, sans que des mesures particulières entre systèmes soient nécessaires à cet effet. Pour garantir l’interopérabilité, les différents systèmes d’exploitation de données et formats doivent alors respecter des normes communes. Ces normes communes sont souvent établies par des organismes ou consortiums qui, pour promouvoir l’interopérabilité, définissent des standards ouverts, c’est-à-dire rendus public et en libre utilisation.
A ce titre, il existe l’Open Geospatial Consortium (OGC)8, un consortium international qui élabore des normes et des standards ouverts pour garantir l’interopérabilité dans les SIG, dont nous pouvons notamment citer les formats de données ouverts : GML, KML et CityGML.
L’interopérabilité des données prend sens dans un contexte où non seulement les formats 3D prolifèrent, mais également les différents systèmes de stockage: CAO, vectoriel, matricielle, base de données, service web.Elle apparait ainsi essentielle, ce que de plus en plus de logiciels, d’applications et d’outils s’efforcent de faire en définissant des normes communes et des formats d’échange. Cependant, l’utilisation de standards ne permet pas toujours de résoudre les problèmes d’interopérabilité.
L’INTEROPÉRABILITÉ DANS LE CAS DU JEU DE DONNÉES 3D DE GENÈVE
Plus spécifiquement concernant les données géoréférencées de la 3D, leur exploitation implique également différents processus, utilisant des formats différents. Dans le cas de la constitution des données 3D de Genève, l’ensemble des données employées est vaste :la collecte des données par acquisition brute, par exemple les données LiDAR en format ASCII, les photos orientées en format TIFF, les données raster en ESRI-GRID ;la couche vectorielle du cadastre des bâtiments en divers format notamment en ESRI-SHAPE ;la transformation des données brutes et stockage dans une Géodatabase Personnelle ESRI par entité Multipatch ;l’ajout de valeurs attributaires ;
leur diffusion en divers formats.Tout cela implique que les données soient également interopérables, afin de les exploiter efficacement.
L’INTEROPÉRABILITÉ RECHERCHÉE DANS LE CADRE DU STAGE
Dans le cadre du stage effectué au SOSI, la démarche d’interopérabilité des données s’attache exclusivement à la recherche de l’interopérabilité dans l’étape de la diffusion. Il s’agit d’étudier la possibilité de convertir la base de données des bâtiments 3D de Genève gérés au format ESRI Multipatch, vers le format CityGML, où seul le bâti est étudié.Le choix du format CityGML repose sur son adoption comme standard international d’échange pour l’imagerie 3D géoréférencée.
L’exigence de la conversion doit :intégrer une comptabilité descriptive, c’est-à-dire respecter une correspondance entre la sémantique décrite par le format Multipatch et CityGML et retranscrire les informations attributaires;assurer une comptabilité géométrique permettant de décrire le géoréférencement des objets 3D selon le système de coordonnées suisses.
FORMAT ESRI MULTIPATCH
PRÉSENTATION DU FORMAT
Le format de données Multipatch est une géométrie de type vectorielle que propose ESRI depuis une dizaine d’années (1997) pour représenter des objets 3D. Le format est visualisable à travers l’interface d’ArcScene et d’ArcGlobe. Les géométries Multipatch, sont constituées de primitives 3D de l’OpenGL 3D : triangles, bandes de triangles, triangles en élises, anneaux, etc. qui combinées ensemble permettent de représenter les enveloppes extérieures d’entités 3D.9 Les classes d’entités Multipatch sont stockées dans une Géodatabase Personnelle ou sous forme de Shapefile.
Figure 8 : Exemple de géométries 3D constituées de triangles (ESRI, 2008, p.13.)
Elles comportent également des données géoréférencées qui permettent de localiser des objets dans un espace de référence donné. Le format peut représenter des objets 3D, tels que des bâtiments, des arbres, allant du plus simple au plus complexe, idéal pour la représentation de modèles de villes virtuels.Par ailleurs, le Multipatch permet le stockage de textures d’images, de couleurs ou d’ombres qui rend le modèle encore plus réaliste.
STRUCTURE DES BÂTIMENTS 3D MULTIPATCH DE GENÈVE
Concernant la base de données des bâtiments en 3D en format Multipatch, chaque bâtiment est décrit par une base, des façades, un toit, des superstructures de façades et des superstructures de toit, soit cinq couches Multipatch. Les superstructures peuvent correspondre à des lucarnes, des systèmes d’aération, des cages d’ascenseurs, des avant-toits ou des cheminées.Les données sont stockées dans une Géodatabase Personnelle. Un modèle de données spécifique est adapté à chacune des couches. L’EGID, c’est-à-dire l’identifiant unique fédéral du bâtiment, fait le lien entre les différentes couches SIG.La précision moyenne des données est de l’ordre de 30 centimètres.
INFORMATIONS ATTRIBUTAIRES
Des informations attributaires sont calculées automatiquement pour chaque objet géographique. Les attributs, différents pour chaque groupe, sont les suivants10 :
Base
Numéro EGID
Altitude de référence
Surface au sol
Façades principales
Numéro EGID
Volume du bâtiment principal
Surface totale
Surface partagée
Surface totale hors-sol
Toit principal
Numéro EGID
Altitude maximum de faîte
Surface totale du toit
Surface des avant-toits
Pente minimum des toits
Pente maximum des toits
Pente moyenne
Surface totale au sol
Façades des superstructures
Numéro EGID
Volume des superstructures
Surface totale
Toits des superstructures
Numéro EGID
Altitude maximum du faîte
Surface des toits
FORMAT CITYGML
CITYGML PRÉSENTATION
Le format de modélisation CityGML est destiné à la représentation et l’échange de modèles de villes 3D virtuels. Il se base sur le format XML, un standard de données qui exploite le balisage pour stocker ou transférer des informations sous forme de texte Unicode structuré en champs arborescents. Il est habituellement identifié par l’extension GML.CityGML est implémenté en tant que schéma d’application pour le GML3, standard international pour l’échange de données spatiales émis par l’OGC et la norme ISO TC211, des organismes internationaux pour la standardisation des données géographiquesLe format a été conçu par des informaticiens de l’Université Technique de Berlin regroupés au sein d’une équipe « Special interest group 3D », menée par le professeur Thomas Kolbe.En août 2008, la norme CityGML 1.0.0 a été adoptée par l’OGC en tant que standard officiel. Il est devenu un standard international pour l’échange de données spatiales et plus particulièrement des modèles de villes 3D dans les domaines de l’urbanisme et de gestion des risques.Malgré sa récente adoption, l’intérêt pour ce nouveau standard est réelle et son implémentation déjà effective. Le traducteur de données FME de Safe Software version 2009, permet de lire et d’écrire du CityGML, par ailleurs, la société AutoDesk propose un nouveau logiciel pour visualiser expressément du CityGML (LandXplorer).Le format CityGML s’impose de plus en plus comme la référence pour l’échange de modèle 3D de villes numériques.
CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES
La structure CityGML définit des relations d’objets 3D et des classes thématiques en fonction de leurs propriétés notamment sémantiques, géométriques (incluant le géoréférencement des données), topologiques et d’apparence11. Le format décrit les hiérarchies entre les objets et les classes thématiques, ainsi que leurs relations d’agrégation et leur propriété spatiales. Les informations thématiques dépassent les formats d’échange graphiques et permettent d’employer des modèles de villes 3D virtuels pour des tâches d’analyse sophistiquées dans des domaines d’application différents, tels que la simulation, l’exploration de données urbaines, et les requêtes thématiques.La modélisation peut représenter un paysage urbain étendu, jusqu’à l’intérieur des bâtiments, où il est possible de modéliser une série d’information (matériaux de construction…). CityGML est ainsi présenté comme un modèle de ville intelligent et également appelé modèles sémantiques de ville en 3D12.
MODULES
Le modèle de données CityGML se compose de modules définis pour les types les plus importants d’objets des modèles de villes virtuelles en 3D. Les modules correspondent au relief, à la végétation, à l’eau, au bâti, à l’apparence, aux transports, etc.La description des objets comprend également leurs attributs spécifiques (fonction, année de construction, adresse,… lorsqu’il s’agit des bâtiments) et leurs relations dont celles d’agrégation. Par exemple, les modules d’objets 3D peuvent être décomposés en classes thématiques, tel est le cas pour le bâti, le module thématique étant le plus détaillé, ou encore les transports.Pour valider les modules, des schémas de définition XML de CityGML doivent être importés dans le document CityGML.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I
1. ENJEUX DE LA 3D DANS LES SIG: UN OUTIL D’EXPERTISE, DE DÉCISION ET DE COMMUNICATION
2. LA 3D EN SUISSE
2.1 Le projet 3D-MO Genève
2.1.1 Acquisition des données
2.1.2 Méthode de modélisation
2.1.3 Stockage
2.1.4 Diffusion
2.1.5 Etat d’avancement du projet
3. L’INTEROPÉRABILITÉ DES DONNÉES
3.1 Définition et enjeux
3.2 L’interopérabilité dans le cas du jeu de données 3D de Genève
3.3 L’interopérabilité recherchée dans le cadre du stage
4. FORMAT ESRI MULTIPATCH
4.1 Présentation du format
4.2 Structure des bâtiments 3D Multipatch de Genève
4.3 Informations attributaires
5. FORMAT CITYGML
5.1 CityGML présentation
5.2 Caractéristiques générales
5.3 Modules
5.4 Structure d’un bâtiment
5.5 Modélisation multi-échelles
5.6 Propriétés géométriques et topologiques
5.7 Concordance entre la sémantique et la géométrie
5.8 Apparence
5.9 Références externes
5.10 Objets urbains et attributs génériques
5.10.1 Objets et attributs génériques
5.10.2 extensions de domaine d’application (ADE)
PARTIE II : CONVERSION ENTRE LES DONNÉES MULTIPATCH ET CITYGML
1. ETAPES DE LA CONVERSION
2. SPÉCIFICATIONS POUR LA CONVERSION DES BÂTIMENTS 3D MULTIPATCH (ESRI) VERS CITYGML
2.1 Structure des bâtiments 3D CityGML
2.1.1 Propriétés sémantique des objets 3D
2.1.2 Attributs
2.1.3 Niveau de détail (LOD) et géométrie
2.1.4 Diagramme UML d’un bâtiment
2.2 Les balises CityGML
2.2.1 Balise CityModel
2.2.1.1 Références du modèle
2.2.1.2 Enveloppe
2.2.2 Balise CityObjectMember
2.2.3 Balise Building
2.2.3.1 Attributs
2.2.3.2 EGID
2.2.3.3 DATE_MAJ
2.2.4 Balise outerBuildingInstallation
2.2.5 Balise BuildingInstallation
2.2.5.1 Attributs
2.2.6 Balise lod3Geometry
2.2.7 Balise boundedBy
2.2.8 Balise GroundSurface
2.2.8.1 Attributs
2.2.9 Balise WallSurface
2.2.9.1 Attributs
2.2.10 Balise RoofSurface
2.2.10.1 Attributs
2.2.11 Balise lod3MultiSurface
2.2.12 Balise MultiSurface
2.2.13 Balise surfaceMember
2.2.14 Balise Polygon
2.2.15 Balise exterior
2.2.16 Balise LinearRing
2.2.17 Balise posList
2.3 Exemple de la structure d’un bâtiment CityGML en langage XML
3. CONVERSION DE LA BASE DE DONNÉES MULTIPATCH VERS CITYGML
3.1 Logiciels et applications utilisées pour la conversion des données 3D
3.2 Contraintes de la conversion dans le traducteur FME
3.3 Modifications dans FME
4. CONCLUSION
5. BIBLIOGRAPHIE
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