Bâtir Singapour en quelques heures

February 23, 2018

Pour créer une ville, vous devez commencer par sa « colonne vertébrale », c’est-à-dire ses routes. Les routes entrantes, sortantes, de traverse. Accompagnez-moi pendant que je vous raconte l’histoire de VELOCITY, une solution logicielle d’environnements virtuels créée par Presagis, un partenaire d’Esri de niveau Argent établi à Montréal.

Bien ancré dans le domaine de l’aéronautique civile et militaire grâce aux simulations et aux logiciels graphiques, Presagis continue de défier le statu quo. La création de VELOCITY en est un bon exemple. Ce logiciel, une solution axée sur les géodonnées, sert à automatiser la production d’espaces urbains avec peu d’intervention humaine, voire aucune, sinon pour appuyer sur la touche « Entrée » afin d’amorcer le processus.

Dans le monde des simulateurs, les détails que vous apercevez dépendent de l’altitude, de la vitesse et du type de mission. Ainsi, vous ne verrez qu’un décor de base si vous volez à la vitesse d’un avion à réaction. Si, toutefois, vous vous trouvez à une altitude de 1 500 à 3 000 m dans un simulateur d’hélicoptère, les détails sur les toits des bâtiments, comme les conditionneurs d’air et les réservoirs d’eau, seront visibles. Par ailleurs, les simulateurs au sol doivent offrir à la personne en formation une image réaliste du paysage, comme les détails des bâtiments, des véhicules et des routes.

Prélude

La création d’une simulation traditionnelle exige une intervention humaine pour générer, corriger et adapter l’environnement, ce qui demande beaucoup de travail et beaucoup de répétitions. Or, Presagis a su repousser les limites en automatisant entièrement ce processus, grâce à VELOCITY. VELOCITY prend les données d’une organisation (SIG et 3D) et les transforme en un environnement réaliste qui reproduit une vaste région, voire un pays.

Dave Lajoie, concepteur de systèmes et le génie derrière VELOCITY, explique que « pour simuler un paysage urbain ou une ville, il faut commencer par ses routes, car elles constituent sa “colonne vertébrale”. Les routes représentent également les veines qui permettent aux humains d’interagir et de se livrer à leurs activités dans la ville. »

L’équipe de Dave a commencé par utiliser les données routières SIG d’OpenStreetMaps, ce qui s’est avéré une solution à la fois gratuite... et coûteuse! Les données étaient accessibles sans licence, mais Présagis a dû consacrer beaucoup de temps et d’effort pour les nettoyer avant de pouvoir les utiliser. Premier obstacle à surmonter : il y avait des données vandalisées, ce qui est un des aléas de l’externalisation ouverte. Deuxième obstacle : plusieurs attributs similaires étaient nommés de différentes façons selon diverses conventions. Par exemple, on comptait 14 graphies différentes du mot « asphalte ». Une fois que s’est terminé ce nettoyage des données dans VELOCITY, Presagis s’est retrouvée avec des données vectorielles de qualité. L’entreprise pouvait passer à la prochaine étape et créer sa première route.

Le pilote

Presagis savait que la création d’une simple intersection ne poserait pas de problème. La difficulté réside dans la façon de traiter un nombre élevé de données en vue de recréer des angles d’intersection et des jonctions complexes, plus représentatifs des espaces urbains réels.

L’entreprise s’est tournée vers CityEngine d’Esri pour résoudre ce problème. Cet outil intelligent de visualisation en 3D sert à la modélisation de ville, à la conception de jeux et à la production de films, entre autres, et peut traiter une foule de données simultanément.

Presagis a collaboré avec l’équipe de R et D de CityEngine à Zurich pour tester les pleines capacités de l’application. Ensemble, ils se sont mis à la recherche du plus complexe des réseaux routiers sur OpenStreetMaps : l’échangeur de Huangjuewan, en Chine, qui comporte cinq niveaux de routes et plus de 20 bretelles. Les données ont été intégrées dans CityEngine pour générer une version numérique fidèle de cette imposante autoroute.

La réplique de l’échangeur de Huangjuewan créée dans l’outil CityEngine d’Esri

Le résultat témoignait de la capacité de CityEngine d’assimiler une grande quantité de données en 3D et justifiait le choix de l’équipe d’utiliser cet outil pour concevoir son API.

Singapour

La prochaine étape a consisté à créer la simulation d’une véritable ville : Singapour. Pourquoi Singapour? Cette ville constituait pour Presagis le meilleur entraînement qui soit sur le logiciel VELOCITY. Elle est composée d’une bonne combinaison de tous les éléments : des espaces urbains complexes, des sites naturels, des cours d’eau, des ponts, et plus encore.

Pour créer les limites de la ville, l’équipe en a décomposé le réseau routier en petits feuillets plus faciles à gérer en utilisant VELOCITY et CityEngine en arrière-plan. Il fallait également ajouter de la chair à la présentation des pâtés de maisons en définissant des attributs ou des détails dans chaque parcelle de terrain. Toutefois, l’équipe a vite constaté un manque de données sur OpenStreetMaps. L’équipe est donc retournée sur CityEngine pour reproduire les lotissements, les cadastres et les parcelles de terrains atypiques de Singapour, se munissant ainsi de subdivisions fondées sur des règles pour les zones aux données manquantes. CityEngine a généré approximativement un demi-million de lotissements en un court laps de temps, pendant lequel l’équipe n’a eu à produire que 30 bâtiments phares manuellement.

Presagis a également collaboré avec LuxCarta, un fournisseur de géodonnées, pour ajouter des détails à sa Singapour virtuelle. Les données LuxCarta comportaient des contours très précis des bâtiments, ainsi que la hauteur des édifices en question. Elles permettaient à Presagis de reconstruire ou de rétablir la forme exacte des bâtiments dans VELOCITY. Pour extraire adéquatement les parcelles manquantes environnantes, Presagis a combiné les données de LuxCarta avec des éléments précis, comme des modèles de surface 3D, des nuages de points, des rivages et des images multispectrales fournies par une autre société appelée Vricon.

Carte 2D extraite des trois sources de données : CityEngine, LuxCarta et Vricon (au-dessus), et le résultat dans VELOCITY (au-dessous).

La végétation représentait un autre détail dont Presagis a tenu compte. « La nature est une excellente conceptrice », lance Dave. Les écosystèmes des arbres confèrent un effet visuel unique qui se devait d’être émulé dans VELOCITY. Les données de Vricon permettaient à l’équipe d’analyser l’emplacement des arbres et leur volume afin de recréer la silhouette du couvert forestier de façon crédible. Un algorithme de filtrage a été conçu pour garantir le bon emplacement des arbres au sol, sans qu’ils entrent en conflit avec les bâtiments ou les rues.

Grâce au mariage des données de CityEngine, de LuxCarta et de Vricon dans VELOCITY, Presagis a pu produire une version visuelle améliorée de Singapour.

La voie de la perfection

Presagis n’a pas négligé les représentations de la scène urbaine, notamment les différents éclairages de la ville – que ce soit à l’aube, en matinée, au crépuscule ou la nuit – et les différents revêtements comme le bois, le verre et le métal, des détails qu’elle a ajoutés par un traitement de données supplémentaire. Grâce à VELOCITY, il n’aura fallu que quelques heures pour la création de la version virtuelle de Singapour, qui autrement aurait pu prendre des jours, voire des semaines.

Tout comme la première route que Presagis a créée, VELOCITY n’est pas le produit final. La solution continuera d’évoluer et de s’améliorer au fil du temps. Pour l’instant, VELOCITY est la chaîne de montage, l’usine de données ou encore la cuisine automatisée où les ingrédients sont cuits à la perfection.

Un majestueux coucher de soleil dans la ville de Singapour créée dans VELOCITY. Cliquez sur l’image pour voir la vidéo portant sur VELOCITY.

Ai-je piqué votre curiosité? Voulez-vous en savoir plus? Je l’espère bien. Apprenez-en davantage sur VELOCITY.

Ce billet a été écrit en anglais par Alia Kotb et peut être consulté ici.

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