Ce cours constitue la seconde partie d'un enseignement consacré aux bases théoriques et pratiques des systèmes d’information géographique. - Il propose une introduction aux systèmes d’information géographique qui ne requiert pas de connaissances préalables en informatique. - Il donne la possibilité d’acquérir rapidement les notions de base qui vous permettent de créer des bases de données spatiales et de fabriquer des cartes géographiques. - Il s’agit d’un cours pratique qui repose sur l’utilisation de logiciels libres, notamment QGIS. Lors de la première partie du cours, vous avez exploré les principes de base de la numérisation du territoire et du stockage des géodonnées. Vous avez notamment appris à : - Caractériser des objets et des phénomènes spatiaux (modélisation du territoire) du point de vue de leur positionnement dans l’espace (systèmes de coordonnées et projections, relations spatiales) et en fonction de leur nature intrinsèque (mode objet ou vecteur vs. mode image ou raster); - Utiliser diverses méthodes d’acquisition de données (mesure directe, géoréférencement d’images, digitalisation, source de données existantes, etc.); - Utiliser divers modes de stockage des géodonnées (fichiers simples et bases de données relationnelles); - Utiliser des outils de modélisation des données pour décrire et implémenter une base de données; - Créer des requêtes dans un langage d’interrogation et de manipulation des données. La seconde partie du cours porte sur les méthodes d'analyse spatiale et les techniques de représentation de l'information géoréférencée. Vous apprendrez notamment à: - Analyser les propriétés spatiales de variables discrètes, par exemple en quantifiant l’autocorrélation spatiale; - Travailler avec des variables continues (échantillonnage, interpolation et construction de courbes d’isovaleurs) - Utiliser les modèles numériques d'altitude et leurs dérivées (pente, orientation, etc.); - Utiliser des techniques de superposition des géodonnées; - Produire des documents cartographiques selon les règles de la sémiologie graphique; - Explorer d’autres formes de représentation spatiale (cartographie interactive sur internet, représentations 3D, et réalité augmentée). La page https://www.facebook.com/moocsig fournit un forum interactif pour les participants à ce cours.
La troisième dimension
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En provenance du cours de École Polytechnique Fédérale de Lausanne
Systèmes d’Information Géographique - Partie 2
20 notes
À partir de la leçon
Autres formes de représentation
Cette dernière semaine est consacrée à des cas particuliers de la représentation de l'information géographique, soit à la cartographie dynamique et interactive sur Internet, à la représentation en 3 dimensions, et finalement à la réalité augmentée et à sa combinaison avec les systèmes d'information géographique.
Rencontrer les enseignants
Marc Soutter
Laboratoire de Systèmes d'Information Géographique
Stéphane Joost
Laboratoire de systèmes d'information géographique
Fernand Koffi KouaméProfesseur
Centre Universitaire de Recherche et d'Application en Télédétection (CURAT) - Université Félix HOUPHOUET-BOIGNY d'Abidjan-Cocody (Côte d'Ivoire)
Amadou Sall
Département de Géomatique - Centre de Suivi Ecologique (CSE), Sénégal
[MUSIQUE]
[MUSIQUE]
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Bonjour
et bienvenue dans cette leçon dédiée à la représentation de l'information
géographique en trois dimensions.
Nous avons jusqu'ici exploité les deux dimensions du plan et maintenant nous vous
proposons d'acquérir quelques notions de base utiles à la manipulation et au rendu
des données qui sont caractérisées par un triplet de coordonnées soit x, y et z.
Dans un premier temps nous rappellerons brièvement les techniques à disposition
pour représenter graphiquement le relief, puis vous apprendrez quelles sont les
étapes de la construction de modèles en trois dimensions avant de passer à deux
exemples d'application dans QGIS, l'un sur les Seychelles et l'autre à Genève.
Les buts de cette leçon sont de vous rappeler différentes techniques
disponibles et permettant de visualiser le relief et de vous expliquer
comment construire un modèle 3D à partir d'un modèle numérique de terrain.
Après cette leçon,
vous serez capable de construire un modèle 3D à partir d'un modèle numérique de
terrain et d'utiliser le plugin Qgis2threejs disponible dans QGIS.
[MUSIQUE] Mais
pour quelles raisons s'intéresser à la troisième dimension spatiale?
On peut en effet se demander quelle information pertinente une représentation
géographique qui inclut le rendu d'une variable d'altitude
est susceptible de produire.
Il s'agit principalement d'une représentation de l'environnement
qui est plus concrète et plus réaliste que le modèle réduit
de l'espace géographique en deux dimensions.
Cela rend en outre la carte ou la vue plus attractive pour l'utilisateur
et c'est la raisson pour laquelle cette catégorie d'images
est souvent utilisée dans le cadre d'études d'impact comme déjà évoqué
ou de mise à l'enquête de nouveaux ouvrages.
Le rendu visuel du volume des objets géographiques sur ce type de vue
peut favoriser une meilleure perception et une meilleure compréhension de l'espace
et des relations entre les objets qui constituent le paysage.
En outre, ce type de représentation permet de faire varier le point de vue,
de visualiser les objets d'intérêt sous plusieurs angles.
Et finalement,
la construction de représentations incluant la troisème dimension,
permet de visualiser simultanément le relief plus un attribut thématique.
Il existe plusieurs manières de représenter le relief
et nous les avons évoquées dans le module trois,
dans le cadre des leçons dédiées aux modèles numériques de terrain.
Ce type de représentation est parfois appelé 2.5D ou 2D et demi
ou encore pseudo 3D car son but est de simuler l'apparence de la 3D.
Le procédé consister à projeter l'informaton de la troisième dimension
sur un plan en deux dimensions.
Une première technique est de faire varier la valeur d'une teinte des pixels
d'un modèle numérique de terrain en fonction de l'attitude,
ici sur l'Île de Mahé aux Seychelles.
Dans ce premier exemple, les niveau de grilles varient, plus le pixel est blanc,
plus l'altitude est élevée.
Il est aussi possible de déterminer et de dessiner les courbes de niveau
ou encore de calculer un modèle ombré.
Finalement, il faut noter que plusieurs de ces représentations sont combinables
et qu'il est possible de superposer une image satellite ou une couche vectorielle,
un modèle ombré pour produire une vue pseudo 3D de ce type.
[MUSIQUE] Mais
il existe une forme de représentation du relief en trois dimensions
et cette forme passe par la construction d'un modèle 3D sur lequel on va venir
caler l'image ou une couche vectorielle, on parle alors de drapage.
En infographie tridimensionnelle,
il existe plusieurs types de modélisation dont la modélisation par courbes ou NURBS
pour Non uniform rational basic spline, qui est souvent implémentée.
Les étapes nécessaires à la construction de ce type de modèle sont les suivantes.
À partir d'un modèle numérique des terrains, au format raster, chaque pixel
est caractérisé par ses coordonnées x et y ainsi que par son altitude en z.
Puis chaque est élevé à son altitude z à la suite de quoi,
pour éviter de gros décrochements sur les bords des pixels, on construit une surface
avec l'aide de courbes de Bézier reliant les centres de chaque pixel.
Certains modèles 3D permettent de rééchantilloner l'information,
ceci afin d'ajuster la résolution du modèle numérique de terrain.
Ici par exemple, le rééchantillonage permet d'augmenter la résolution spatiale
mais il est également possible de dégrader la résolution
afin d'éviter de devoir manipuler un modèle trop lourd.
Enfin, comme dernière étape,
on va draper une couche raster le plus souvent et qui peut être vectorielle.
Cette étape consiste à poser une image par-dessus le modèle,
cette opération de superposition entraîne la déformation des pixels de l'image à
draper situés là où de fortes différences d'altitude existent.
[MUSIQUE] Nous
allons maintenant utiliser une extension de QGIS appelée Qgis2threejs.
Ce plugin utilise une librairie JavaScript appelé threejs, d'où son nom.
Ce programme permet de créer et d'afficher des paysages 3D dans un navigateur web
grâce à la technologie WebGL qui est une spécification d'interface de programmation
de 3D dynamique pour les pages et application en HTML5.
Qgis2threejs ne permet que la visualisation des éléments 3D,
il n'est pas possible de les créer, ni d'y appliquer des traitements.
Passons dans QGIS, dans le cas nous avons à disposition un modèle numérique de
terrain de l'Île de Mahé ainsi qu'une image aérienne en trois couleurs,
rouge, vert, bleu.
Il faut noter que des données sont manquantes à trois endroits dans ce
fichier, ce qui explique les trois petites zones blanches sur les vues obtenues.
Nous allons d'abord installer le plugin en question,
via le gestionnaire d'extensions.
Dans le menu extension, installer,
gérer les extensions, écrire les premières lettres qjis2 et
sélectionner ensuite le plugin voulu avant de cliquer sur installer l'extension.
Une fois que c'est fait,
cliquez sur fermer et l'icône correspondant apparaît sur l'interface.
Cliquez dessus pour afficher la fenêtre de paramétrisation du plugin, vous y trouvez
plusieurs onglets qui permettent de définir les options désirées.
L'onglet world permet principalement de définir l'emprise de notre modèle.
Nous choisissons de conserver la surface totale de l'île.
L'onglet controls permet de définir les combinaisons de touches du clavier
et l'usage de la souris pour naviguer dans l'image une fois le modèle généré.
Ici nous laissons les réglages par défaut.
L'onglet DEM, pour digital elevation model en anglais, permet de désigner
la couche qui contient le modèle numérique de terrain que nous voulons utiliser.
Ici, nous sélectionnons le modèle numérique de terrain de l'île et ensuite
il est possible de choisir la résolution de ce modèle numérique de terrain.
Et si la résolution est trop élevée, la carte graphique ne sera pas assez
puissante pour traiter l'information de façon suffisamment fluide.
Et au contraire si la résolution est trop faible,
les détails du MNT et de l'image drapée seront perdus.
Une bonne solution est d'utiliser la fonction avancée quadtree qui
ajuste la résolution de l'image en fonction du niveau de zoom.
Nous pouvons définir le nombre de niveaux à créer, ici quatre, et choisir sur
l'écran la zone pour laquelle nous voulons pouvoir obtenir le plus de détails.
Dans la dernière section de cet onglet, nous pouvons encore sélectionner l'image à
draper sur le modèle numérique de terrain, en l'occurrence
il s'agit de l'image disponible dans le gestionnaire de couches de QGIS.
Les onglets suivants donnent la possibilité de gérer
plusieurs modèles numériques de terrain ou d'ajouter des objets vectoriels comme
les lignes ou les polygones ce que nous ferons dans l'exemple suivant.
Nous pouvons maintenant lancer le processus.
Une fois le calcul terminé, le plugin ouvre une fenêtre dans un navigateur web
et nous donne la possibilité de naviguer dans le modèle 3D ainsi généré.
Observez au passage que la résolution de l'image n'est pas la même partout
ce qui correspond au paramétrage de l'option quadree,
avec une résolution spatiale optimale dans une zone désignée et moindre ailleurs.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Voici
un second exemple pour illustrer l'utilisation de l'extension Qgis2threejs,
en milieu urbain cette fois-ci avec l'apport d'une couche vectorielle.
La zone choisie est un quartier de la ville de Genève.
Dans QGIS, nous avons un modèle numérique de terrain à haute résolution,
une image aérienne d'une résolution spatiale de 40 centimètres en rouge, vert,
bleu, et l'emprise au sol des bâtiments de la ville issus du cadastre.
Une table d'attributs décrit ces derniers
parmi lesquels une variable hauteur que nous allons utiliser.
Dans la fenêtre de paramétrage du plugin, nous sélectionnons le
modèle numérique de terrain, puis nous choisissons un rééchantillonage simple.
En effet ici la zone d'étude n'est pas trop grande
et les calculs ne seront pas longs.
Comparé à l'exemple des Seychelles, nous devons compléter le paramétrage
puisque l'idée est d'insérer les volumes des bâtiments sur le territoire.
Dans l'onglet polygon, nous devons sélectionner la couche contenant les
bâtiments que nous voulons extruder à l'altitude indiquée dans le champ hauteur.
Vous noterez qu'un paramètre additionnel permettrait
d'exagérer la hauteur des bâtiments d'un facteur de notre choix.
Enfin, après avoir lancé le calcul,
nous obtenons un modèle 3D d'un quartier de Genève avec ses bâtiments.
Les outils de navigation permettent de se déplacer dans le paysage
avec plus ou moins de fluidité.
[AUDIO_VIDEO}
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Nous voilà arrivés au
terme de cette leçon sur la représentation de la troisième dimension géographique.
Dans un premier temps, nous nous sommes demandés quels en étaient les avantages.
Le fait de pouvoir produire des vues concrètes,
réalistes et attractives constituent les arguments principaux.
Nous avons ensuite passé en revue les différentes méthodes existantes pour
représenter le relief en pseudo 3D avant d'expliquer comment produire un modèle en
trois dimensions avec l'aide d'un modèle numérique de terrain sur lequel on vient
draper une couche d'information raster ou vectorielle.
Et c'est avec le plugin Qgis3threejs qui permet d'inclure un modèle de
visualisation 3D dans QGIS et facile à utiliser que nous vous avons montré
comment fabriquer deux modèles en trois dimensions,
l'un aux Seychelles et l'autre à Genève.
[MUSIQUE] [MUSIQUE]
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