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Surfaces 3D : Travailler avec des "Terrain" (épisode 1 sur 2)

L'île de la Guadeloupe modélisé avec un Terrain (vue 2D et 3D)


Depuis plus de 15 ans, ESRI propose principalement deux modèles de données pour modéliser et analyser des surfaces 3D dans un SIG:
- un modèle raster nommé GRID
- un modèle vectoriel nommé TIN (Triangular Irregular Network)

Les utilisateurs des extensions "Spatial Analyst" et "3D Analyst" connaissent bien ces deux modèles de données qui répondent l'un et l'autre à différents types de besoin et sont donc aussi indispensables que complémentaires. L'objectif de cet article est de présenter une troisième alternative offerte aux utilisateurs d'ArcGIS depuis la version 9.2 pour aller encore plus loin en terme de modélisation de surfaces 3D.

Le modèle GRID

Le modèle GRID permet de modéliser des surfaces 3D en découpant le territoire en mailles régulières (comme une image) et en associant à chaque maille (ou pixel), la valeur de l'altitude ou de l'élévation que l'on souhaite modéliser. Plusieurs méthodes d'interpolation (IDW, Spline, TopoGrid, Krigeage, Natural Neighbor) permettent de transposer le semis de points et les lignes de rupture, qui sont généralement irréguliers à ce modèle de données régulières.


En modélisant une surface de cette manière on peut accéder à toutes les fonctions de représentation et de calcul 3D (ombrage, pentes, hydrographie, profils 3D, inter-visibilité, cubature, …).

Le modèle TIN

Le modèle de TIN permet de modéliser des surfaces 3D par des facettes triangulaires dont les sommets et certaines arrêtes sont les points d'altitude ou les lignes de rupture de la surface que l'on souhaite modéliser. La formation des facettes triangulaires est basée sur le respect des critères de Delaunay.


Notion de "Terrain"

Depuis plusieurs années les méthodes de mesures de données d'élévation (ou de profondeur) ont considérablement évoluées (LIDAR, SONAR, points GPS, …) et permettent désormais de collecter de très gros volumes d'information (de quelques centaines de milliers à quelques centaines de millions de points). Pour permettre aux utilisateurs la modélisation de surfaces 3D à partir de volumes de données aussi importants, ESRI introduit dans ArcGIS 9.2 un nouveau modèle de données nommé "Terrain" (traduit en français par "MNT").

En terme de structure de données, le contenu d'un "Terrain" est assez comparable à celle des "TIN" à savoir un modèle de facettes triangulaire 3D générées à partir de données ponctuelles, linéaires et surfaciques décrivant les éléments structurant de la surface. Cependant, trois grandes différences distinguent le "Terrain" du "TIN" :- il est multi-résolution- il est stocké dans des Géodatabases- ses facettes sont construites à la volées à partir des données de base

1) Multi-résolution

Un peu comme des données raster, lors de la création du MNT l'utilisateur va créer une pyramide de "TIN" dont les niveaux de généralisation seront plus adaptés à l'affichage à des échelles plus petites. En définissant pour chaque niveau d'échelle une tolérance sur les écarts d'altitudes pouvant exister entre les trois sommets de chaque facette on obtient des TIN dont les triangles sont plus ou moins généralisés. L'illustration ci-dessous montre 3 niveaux de pyramide d'un "Terrain". Sur une même zone, moins de triangles sont utilisés pour un affichage au 1/100000 que pour un affichage au 1/10000.



Ci-dessous un exemple de définition des pyramides d'un "Terrain" dans ArcGIS:


2) Stockage dans une Géodatabase

Le "Terrain" est stocké obligatoirement dans une Géodatabase personnelle, fichier ou entreprise à l'intérieur d'un jeu de classes d'entités. Un peu comme une classe de topologie, le "Terrain" s'appuie sur une ou plusieurs classes d'entités du jeu de classes. Aucune copie des données n'est effectuée, il s'agit uniquement de référence vers ces entités ponctuelles, linéaires ou surfaciques. Chaque classe d'entités joue un rôle structurant dans la construction de la surface (points cotés, lignes de rupture, polygone de découpage …) qui se paramètre lors de la création du "Terrain".


3) Construction des facettes à la volée

A la différence des "TIN", le "Terrain" ne stocke pas véritablement les facettes. Il organise et indexe les données en vue d'une récupération rapide et dérive une surface sous forme de "TIN" à la volée lors de l'affichage en utilisant les informations de la pyramide. C'est une des clés de la performance d'affichage des "Terrain".

(Fin de l'épisode 1)


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