I3S ou 3D Tiles - Quelle source de données utiliser pour vos couches 3D dans ArcGIS ?
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| © Grand Paris Grand Est |
Depuis de nombreuses années, ArcGIS dispose de fonctionnalités 3D puissantes pour l'intégration, l'affichage, l'analyse et la diffusion des jumeaux numériques de vos territoires. En 2016, le standard ouvert I3S a été introduit en tant que standard OGC pour diffuser des contenus 3D volumineux sur le web. À peu près à la même époque, le standard 3D Tiles, un autre standard OGC, a été introduit par Cesium. Depuis lors, ces deux standards OGC ont évolué et ont été adoptées par diverses communautés SIG et non SIG.
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| Couche de tuiles 3D (3D Tiles) affichée dans Scene Viewer. Source : Bluesky International Ltd – Généré avec ArcGIS Reality par ESRI. |
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| Couche de scène (I3S) affichée dans Scene Viewer. Source : Bluesky International Ltd – Généré avec ArcGIS Reality par ESRI. |
Vous pouvez visualiser des couches de scènes (I3S) et les couches de tuiles 3D (3D Tiles) dans des applications ArcGIS telles que ArcGIS Pro, Scene Viewer, et les apps basées sur les SDK ArcGIS Maps ou d'autres visionneuses web créées avec CesiumJS.
Outre la visualisation, vous pouvez également héberger ces 2 formats de couche en tant que services sur ArcGIS Online (et prochainement sur ArcGIS Enterprise). Avec les deux standards OGC pris en charge dans ArcGIS, la question est de savoir quel format est le meilleur à utiliser pour vos couches 3D ?
Pour répondre à cette question, vous devez réfléchir à vos besoins. Voici quelques considérations qui vous aideront à faire le meilleur choix.
De quel type de couche 3D avez-vous besoin ?
Dans les SIG, les informations spatiales sont représentées sous forme de couches et visualisées dans des cartes (en 2D) ou des scènes (en 3D). Les couches et les scènes 3D sont souvent utilisées comme base pour créer des jumeaux numériques. Voici quelques exemples de couches 3D typiques et des formats de données pris en charge :
Les couches de photomaillages 3D (3D Textured Meshes) visualisent des données réalistes comme une orthophoto en 3D épousant la surface de la terre. Les photomaillages 3D sont capturés à partir de photos aéroportée (et parfois terrestres) avec une grande précision, montrant de nombreux objets différents du monde réel sur une seul couche. Les couches de tuiles 3D et les couches de scènes (I3S) couvre ce type de données et peuvent être hébergées en tant que couche web de type "Photomaillage" sur un portail ArcGIS Online et consommées dans ArcGIS Pro ou Scene Viewer. Si vous travaillez avec ArcGIS Enterprise, seules les couches de scènes (I3S) sont pour l'instant prises en charge.
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| Exemple de photomaillage 3D - © Commune d'Annecy |
Les couches d'objets 3D décrivent les caractéristiques individuelles d'objets 3D telles que des bâtiments, des arbres, des équipements, des ouvrages... Ils disposent de leur propres attributs et peuvent être ainsi interrogés, filtrés, sélectionnés, analysés selon leurs caractéristiques. Les couches de tuiles 3D et les couches de scènes (I3S) supportent de type de données et peuvent être hébergées en tant que couche web de type "Objets 3D" sur un portail ArcGIS Online et consommées dans ArcGIS Pro. Si vous travaillez avec ArcGIS Enterprise, seules les couches de scènes (I3S) sont pour l'instant prises en charge.
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| Exemple de couche d'objets 3D - © Communauté Urbaine de Dunkerque |
Les couches de modèles BIM créés à partir de fichiers BIM IFC ou de fichiers BIM Autodesk Revit. Elles permettent un affichage souple en proposant des filtrages multiples sur la sémantique et l'organisation en catégories/familles du modèle BIM d'origine. Elles peuvent être hébergés sur ArcGIS Online (ou ArcGIS Enterprise) et consommés en tant que couche de scène de bâtiment (I3S) par toutes les apps 3D ArcGIS.
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| Exemple de couche de bâtiment BIM |
Les couches de nuages de points sont créées à partir de données LiDAR ou de nuages de points terrestres. Elles affichent de manière très performante des volume énorme de données en conservant les informations (classe, couleur, nombres de retours, intensité, ...) des fichiers LiDAR d'origine. Elles peuvent être hébergées sur ArcGIS Online (ou ArcGIS Enterprise) et consommées en tant que couche de scène (I3S) par toutes les apps 3D ArcGIS.
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| Exemple de couches de nuages de points - © Métropole du Grand-Lyon |
Les couches de Voxels sont des représentations 3D multidimensionnelles, comme des pixels mais en 3D. Elles servent, par exemple, à afficher des informations géologiques en souterrains, des phénomène atmosphériques ou maritimes. Elles peuvent être hébergées par ArcGIS Online (ou ArcGIS Enterprise) et consommées en tant que couche de scène (I3S) par toutes les apps 3D ArcGIS.
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| Exemple de couche de voxels modélisant un phénomène de pollution atmosphérique |
Conclusion
Si vous avez besoin de modéliser des types de données autres que photomaillages et objets 3D, vous devrez conserver vos données en tant que couche de scène (I3S). Autre point important, avec des couches de tuiles 3D, vous pourrez afficher les attributs dans une fenêtre contextuelle mais vous ne pourrez pas utiliser la notion d'ensemble de définitions pour filtrer la couche sur des valeurs d'attributs spécifiques. Si vous souhaitez travailler avec chaque objet 3D (y compris faire de la mise à jour de géométrie ou d'attributs) comme vous le faites avec une couche d'entités, envisagez dans ce cas les couches de scènes avec la capacité de publier la couche d'entités associée.
Les système de coordonnées requis pour les couches 3D
Le système de coordonnées spatiales est un sujet souvent négligé mais essentiel à réfléchir avant de démarrer tout projet SIG, que vous travailliez en 2D ou en 3D. De nombreuses raisons guident le choix d'une référence spatiale spécifique. Il peut s'agir d'exigences réglementaires, de contraintes liées aux autres couches de votre SIG ou à vos fonds de cartes existants, ou encore à la disponibilité des données 3D d'origine dans un système spécifique.
Pour des couches 3D on prendra en compte les systèmes de coordonnées géographiques ou projetées et le système de coordonnées verticales. Sur cette base les références spatiales suivantes sont prises en charge dans les tuiles I3S et 3D.
Systèmes de coordonnées géographiques
L'exemple le plus courant de système de coordonnées géographiques est le WGS 1984. Il est utilisé pour représenter les couches globales qui couvrent tout ou partie du globe. Les couches de scène (I3S) et les couches de tuiles 3D prennent en charge le système de coordonnées WGS 1984. On notera que les couches de scène (I3S) prennent également en charge d'autres systèmes de coordonnées géographiques.
Systèmes de coordonnées projetés
Les systèmes de coordonnées projetées sont souvent des systèmes régionaux ou nationaux pour des données plus locales. Ce type de références spatiales est souvent utilisé dans les SIG 2D pour réduire la distorsion causée par "l'aplatissement" des données. Mais les données 3D nécessitent aussi souvent des systèmes de coordonnées projetées pour le croisement avec d'autres couches 2D ou pour exploiter des fonds de carte déjà projetées. Les couches de scène (I3S) prennent en charge les systèmes de coordonnées projetées.
Systèmes de coordonnées verticales
Lorsque vous travaillez en 3D, la coordonnée verticale (z) des couches est tout aussi importante que les x,y. Par exemple, la plupart des données SIG utilisent des hauteurs liées à la gravité où la valeur z est basée sur le niveau de la mer. ArcGIS suppose que si aucun système de coordonnées verticales n'est défini, les valeurs z correspondent à des hauteurs liées à la gravité. Les couches de tuiles 3D ont un système de coordonnées verticales ellipsoïdales fixe. Toute couche avec un système de coordonnées verticales lié à la gravité peut être reprojetée selon les besoins. Si aucun système de coordonnées verticales n'est défini, la couche ne s'alignera pas correctement en z avec votre couche de tuiles 3D.
Combinez des couches 3D avec d'autres couches 2D dans une scène
L’un des avantages d’ArcGIS en terme de 3D est la possibilité de rassembler diverses données SIG 2D et 3D et de construire une représentation 3D et dynamique d’un territoire. Les couches peuvent déjà être en 3D avec des hauteurs absolues ou bien en 2D et, dans ce cas, être affichées en 3D en étant par exemple drapée au sol.
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| Exemple de couche 2D de zonage réglementaire drapée sur un photomaillage 3D |
Lorsque vous souhaitez combiner plusieurs couches de photomaillage ou d'objets 3D dans une même scène 3D, ce la peut être un peu plus compliqué. Vous pouvez visualiser des couches de scène avec différentes références spatiales dans ArcGIS Pro puisque les couches seront projetées à la volée vers la référence spatiale de la scène. Cependant, d'autres applications ArcGIS, comme Scene Viewer, exigent que toutes les couches de scène d'une scène aient la même référence spatiale.
Vous disposez donc des options suivantes lorsque vous travaillez avec de nombreuses couches de scène dans une même scène 3D:
- Toutes les couches ont la même référence spatiale. Toutes les couches s'aligneront lorsqu'elles seront affichées dans une même scène.
- Toutes les couches ont un système de coordonnées verticales. Si le système de coordonnées verticales n'est pas le même, vous devrez appliquer une transformation pour garantir que les couches s'aligneront.
- Certaines couches n'ont pas de système de coordonnées verticales. Les couches sans système de coordonnées verticales ne s’aligneront pas correctement. Par exemple, si une scène contient une couche de tuiles 3D, le système de coordonnées verticales de la scène est ellipsoïdal. Vous pouvez partager en tant que scène Web. Les couches de tuiles 3D seront affichées avec des z liés à la gravité EGM 96 pour garantir que les couches de votre scène soient dessinées à la bonne hauteur.
Conclusion:
Les couches de tuiles 3D ne peuvent être combinées qu'avec des couches en WGS 1984. Le système de coordonnées verticales sera projeté sur EGM 96 lorsqu'il sera utilisé dans les applications basées sur le SDK ArcGIS Maps ou dans Scene Viewer.
Si vous souhaitez travailler avec des couches de tuiles 3D, vous devrez utiliser ArcGIS Pro pour projeter toutes les couches dans la projection souhaitée ou vous assurer que vous travaillez uniquement en WGS 1984.
Analyser les couches 3D
Au-delà de l'affichage des couches 3D dans une même scène, vous souhaiterez peut-être également les explorer à l'aide d'outils de mesure ou d'exploration tels que le calcul de champ de vision ou le profil d'altitude. Ces outils d'exploration 3D sont tous utilisables sur les couches de scènes (I3S) et les couches de tuiles 3D :
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| Exemple de mesure de hauteur sur un bâtiments - © Communauté de Commune de Cergy-Pontoise |
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| Exemple de profils d'élévation - © Métropole du Grand-Lyon |
Conclusion
Vous pouvez appliquer les outils d'exploration aux couches de scène (I3S) ainsi qu'aux couches de tuiles 3D. De plus, lorsque vous travaillez avec des couches de scène (I3S), vous pouvez utiliser les outils de géotraitement appropriés dans ArcGIS Pro. Par exemple, (re)projete, découpe ou extraire des entités multipatch texturées à partir d'un photomaillage 3D.
Gestion de données
Les données changent au fil du temps et vous devez être en mesure de capturer ces changements dans votre système d'enregistrement 3D. Étant donné que les géométries et le stockage des attributs des couches 3D sont très différents, vous disposez des options suivantes pour mettre à jour et maintenir vos couches 3D.
Couche de Tuiles 3D
Vous pouvez représenter des données de type photomaillage 3D ou objets 3D. Pour mettre à jour une couches de tuiles 3D sur ArcGIS Online, vous devrez recréer une nouvelle couche.
Couche de scène (I3S)
Lorsque vous travaillez avec des voxels, des photomaillages 3D, des nuages de points, des objets 3D, ou une couche de scène de bâtiments (BIM), vous pouvez remplacer la couche web existante. Toute scène web contenant cette couche affichera les nouvelles données sans aucune modification à faire sur la scène web. Si vous travaillez avec des couches de scènes basées sur des entités telles que des couches de scènes d'objets 3D, de points et de bâtiments créées en tant que couche de scène avec une couche d'entités associée, vous pouvez apporter des modifications et mettre à jour la couche de scènes avec les modifications apportées à l'entité.
En résumé
La décision d'utiliser des couches de tuiles 3D (au format 3D Tiles) ou des couches de scènes (I3S) doit être basée sur le type de couche que vous devez représenter, la référence spatiale requise et les couches que vous devez combiner dans votre scène. ArcGIS vous permet d'héberger ces deux standards OGC dans ArcGIS Online (et prochainement dans ArcGIS Enterprise) et de les utiliser dans ArcGIS Pro, Scene Viewer et toutes les apps 3D basées sur la dernière version de SDK ArcGIS Maps for JavaScript (4.29).
