Véritable révolution dans le domaine du bâtiment et de la construction, la maquette numérique n’est pourtant pas une solution suffisante. Pour compléter les équipements à disposition, la numérisation 3D est indispensable.
Qu’est-ce que la numérisation 3D ?
Dans le domaine de la modélisation numérique des bâtiments, un besoin de disposer d’une image du bâtiment « tel que construit » a été soulevé. Le recours à cette technologie tridimensionnelle devient ainsi une réelle nécessite, appuyé par l’essor de nouveaux métiers basés sur la numérisation des espaces.
Concrètement, la numérisation 3D est une discipline qui consiste à virtualiser un espace réel en données numériques tridimensionnelles, pour satisfaire des besoins en exploitation informatique. Dans les pays anglophones, ce concept est appelé « reality capture », ou « capture de la réalité ».
Deux technologies complémentaires sont indispensables à l’accomplissement de la numérisation 3D :
- Le lidar, qui envoie un faisceau laser pour mesurer la distance d’un point en temps réel ;
- La photogrammétrie, qui produit la représentation 3D en se basant sur un post-traitement d’une image. Cette application fonctionne comme la vision stéréoscopique du cerveau humain.
La numérisation de l’espace est une solution appréciée dans diverses activités :
- Industrie ;
- Cinéma ;
- Médecine ;
- Archéologie ;
- Et bien sur, la construction…
Les données 3D collectées vont servir à des fins de préservation ou de duplication d’objets ou de sites, des simulations techniques ou de l’expérience immersive.
La numérisation 3D et la construction
Dans le domaine de la construction, l’utilisation de numérisation 3D consiste à la captation tridimensionnelle automatisée, sans intervention d’humain sur les sites existants ou déjà construits. Grâce à l’intervention de cette technologie, l’humain n’est plus obligé de faire ses relevés habituels, incluant déplacement, mesure de distance, dans des lieux inaccessibles.
Dans ce domaine, les équipements couramment utilisés sont le scanner laser 3D, qui repose sur la technologie LiDar, les appareils photo numériques et les drones pour des images aériennes ou terrestres. Le recours à ces appareils offre de meilleurs résultats de captation que la méthode traditionnelle avec un jeu de données dépassant le milliard de points. En outre, précision et vitesse de traitements sont au rendez-vous.
L’histoire de la numérisation 3D
Dans ses débuts, la numérisation 3D a été conçue dans le but de donner une réponse satisfaisante à un fort besoin de comprendre les objets. Ainsi, les technologies de numérisation 3D ont vu le jour grâce à la combinaison de la science et la technologie, avec l’aide des utilisateurs. Toutefois, c’est la digitalisation des métiers qui va propulser la numérisation 3D sur le marché du grand public.
Les prémisses de la numérisation 3D
La numérisation est apparue pour la première fois en 1950. Pourtant, ce n’est que 3 ans que l’armée américaine a pu mettre à l’essai un appareil de mesure optique, qui combine lumière et obturateurs à grande vitesse, baptisé « LiDar » (« Light Detection and Ranging ») qui se traduit par « détection et estimation de la distance par la lumière. Le laser ne sera inclus dans ce projet que vers les années 60. Malgré une innovation palpable, cette technologie n’a pourtant pas séduit les industriels.
Parallèlement, Ferranti, une entreprise Ecossaise, découvre une machine de mesure précise pourvue d’un palpeur et d’un bras horizontal, la « machine à mesurer tridimensionnelle » ou MMT. Dans un marché concurrentiel, c’est pourtant une entreprise Italienne qui proposera un modèle puissant de MMT sur portique. Au cours des années 70, cette nouvelle technologie par contact est plus appréciée que sa consœur. L’informatisation des MMT a en effet permis l’augmentation de la vitesse de mesure, ainsi que l’intérêt de plus en plus de professionnels.
L’année 1972 est à marquer d’une pierre blanche pour la technologie 3D. En effet, le premier modèle 3D issu d’une captation d’un objet physique a vu le jour : la Volkswagen Coccinelle. Pour atteindre ce résultat, les ingénieurs ont dû tracer et mesurer des centaines de polygones depuis la surface d’une voiture physique. Ils ont ensuite reproduit un maillage de face 3D, appelé « mesh ». Cette même année, Pixar lance le premier film d’animation 3D « La main de l’homme », basé sur une captation réalisée avec un MMT.
Au cours des années 1980, la technique de numérisation par bandes fait son apparition, et est utilisée principalement dans la numérisation du corps humain.
Les décennies suivantes marquèrent un tremplin pour la technologie 3D. Les premiers scanners lasers 3D étaient pourtant trop chers pour représenter un investissement intéressant pour les entrepreneurs.
Finalement, grâce à la fameuse « loi Moore », selon laquelle la fréquence de calcul des ordinateurs double tous les deux ans, la technologie 3D a réussi son entrée parmi les disciplines indispensables aux entreprises.
Technologie de numérisation 3D : les perspectives d’avenir
L’informatique a intégré toutes les activités. Stockage, documentation, diffusion ou encore achat, toutes ces disciplines ont besoin d’un matériel informatique. Il faudra s’attendre à ce que cette présence gagne de plus en plus de terrain.
L’essor de la numérisation 3D dépend principalement de l’évolution de l’informatique. C’est grâce à cette puissante influence de l’informatique que la numérisation 3D a pu être appliquée à la construction. Rapidement, un fort intérêt pour ce type d’équipement dans le secteur du bâtiment a donné droit à une forte demande, ce qui s’est traduit par une baisse des prix sur le marché.
Ce phénomène permet dorénavant de créer de nouvelles applications, d’atteindre plus d’entreprises et de démocratiser les nouvelles technologies.
Ces prévisions du sort de la numérisation 3D dans 20 ans
Anticiper des événements se reposant une courbe exponentielle et non-linéaire n’est pas évident. Toutefois, les limites d’aujourd’hui font émerger de nouvelles idées, et donc de nouvelles tendances.
L’hébergement de données
Il s’agit de la première tendance en réponse au volume des données 3D. En effet, un nuage de points peut peser jusqu’à milliers de gigaoctets. Un tel volume peut être complexe à diffuser sans support physique. C’est pourquoi jusqu’à maintenant, elles ne sont déplacées que via les disques durs.
Or, quel serait l’intérêt de la numérisation d’espace si elle ne peut être dématérialisée ? Une souplesse quant à l’utilisation des nuages de points, surtout dans la capacité à se passer des supports physiques, est très attendue par les utilisateurs finaux. À l’instar des applications de streaming comme Youtube, la technologie 3D a besoin de streaming 3D.
Aujourd’hui, on assiste déjà à l’émergence du mobile-mapping qui permet la numérisation des espaces en temps réel, pour qu’un matériel puisse se positionner. Ce marché table sur l’essor des investissements dédiés au développement de la robotique et des voitures autonomes. En outre, cette technologie ouvre droit à plusieurs perspectives intéressantes comme l’analyse de lieux inaccessibles à l’homme, inspection d’un lieu sinistré sans mettre en péril un humain…
Dans le monde de la construction, cette technologie, qui fournit des données en temps réel, promet de nouveaux horizons dans la gestion financière, le suivi d’avancement ou encore le contrôle qualité des chantiers.
L’intelligence artificielle et la classification des données 3D
Grâce à l’intelligence artificielle, un ordinateur est dorénavant doté de la capacité de compréhension de son visuel, en temps réel. Cette technologie, rajoutée à la reconnaissance des formes, pourra alors interpréter et sémantiser les nuages de points. Dans un avenir proche, il ne sera plus nécessaire à l’humain de classifier les données (analyse, interprétation et remodélisation).
D’ailleurs, les applications allant dans ce sens sont de plus en plus nombreuses. Que ce soit pour la documentation et la numérisation automatique des espaces, pour l’analyse en temps réel ou pour le contrôle qualité des sites, le secteur du bâtiment et la construction ne peut que s’en réjouir. En effet, la détection de l’évolution des chantiers est nécessaire en topographie, ingénierie, architecture, voire en urbanisme.
Bientôt, il faudra s’attendre à trouver de l’intelligence artificielle, là où le regard humain est nécessaire pour interpréter les données dématérialisées.
La robotisation des outils de numérisation
Pour le projet de « mobile-mapping », les véhicules autonomes et les robots utilisent les données numériques pour se situer dans l’espace. Pourtant, ces données collectées ne peuvent être contenues sur le long terme dans la mémoire temporaire de ces appareils autonomes.
Les géomètres ont aujourd’hui trouvé un marché fructueux : la cartographie des espaces. Combinée avec les données collectées par les appareils autonomes, ce nouveau marché abouti à la commercialisation des données 3D.
Dans le domaine de la construction, cette collecte de données se traduit par la suppression de la présence humaine dans la manipulation de scanner laser 3D ou d’un drone lors du scan d’un site. Outre le côté éthique que cette évolution pourra soulever, elle présente plusieurs avantages, notamment sur l’accessibilité de certains sites (pollués, anciennes mines, éloignés, égouts…).
La virtualisation des espaces et le tourisme numérique
L’exploitation informatique est à portée de main avec la réalité virtuelle, la réalité mixte et la réalité augmentée. Cette expérience immersive ouvre de nouvelles opportunités au marché du mobile-mapping. Qui sait, bientôt, on pourra visiter les grands sites touristiques, bien au chaud dans notre salon, en une soirée. Les consommateurs auront bientôt droit au tourisme virtuel, plus économique et plus écologique.
Nous connaissons déjà la technologie offerte par Google Mpas, qui se sert d’une modélisation par photogrammétrie, une technique de numérisation 3D. Il en est de même pour l’expérience avec un casque de réalité virtuelle.
Ces visites de lieux numérisés bénéficient déjà d’applications concrètes :
- Les « real-estate » utilisés dans les visites immobilières virtuelles ;
- Le « SIG 3D », « Système d’Information Géographique » et « Smart City » dans le domaine de la communication publique et la gestion du territoire ;
L’univers de l’architecture et du BTP bénéficiera bientôt de ses propres usages quant à la virtualisation des espaces, dont la numérisation reste un passage obligé.
Bien que les nouvelles tendances autour de la numérisation 3D restent encore incertaines, l’on peut déjà estimer la croissance de son marché à 1400% pour la prochaine décennie.
