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Qu'est ce que le scan 3D ? LiDAR vs Photogrammétrie

27/09/2021 thomas leclair

La reproduction de modèles 3D est en plein essor. En effet, cela intéresse tout type d’utilisateurs et de corps de métiers à commencer par les Etats et les militaires qui ont toujours été parmi les premiers à réaliser des cartographies précises du territoire. Cette base de données détient un niveau d’information considérable et sert à l’aviation, la marine, transport terrestres, agriculture, sécurité, au commerce, aux ingénieurs du territoires, paysagistes, architectes, jusqu’au monde de la simulation (jeux vidéo, e-learning etc…).

 

Aujourd’hui la référence reste Google Earth qui a réalisé et met à jour annuellement une cartographie de tout le territoire par satellite et accessible à tous. Cependant cette cartographie 2D/ 3D a une précision et une définition limités (précision: env. 5 à 10 m et résolution env. 1m/ px), ce qui peut être insuffisant pour certaines études qui demandent plus de finesse. De plus cette précision est variable en fonction des régions du monde. Par ailleurs ces données ne sont pas téléchargeables et donc leur exploitation reste limitée. Il existe d’autres bases de données telle que l’IGN ou Géoportail en France qui sont très bien référencés et qui sont accessibles à tous. Cependant ces données restent en 2D et il n’y a pas encore moyen de les avoir directement en 3D. De plus la précision reste insuffisante pour les métiers du relevé, de l’inspection, de l’ingénierie et de l’architecture, c’est pourquoi nous faisons toujours appel à des géomètres professionnels pour avoir le plus haut niveau de précision et de certification. Un autre problème réside dans la fréquence des relevés qui ne permet pas forcément une mise à jour assez rapide des données. 

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Google Earth 3D, cf. Google Earth

Cet article a pour objet de différencier les technologies de scan 3D  et les types d’outils dont nous disposons actuellement. Il y a deux types de technologies bien distinctes : le LiDAR et la photogrammétrie.

 

Le LiDAR consiste en une méthode de télédétection et de télémétrie semblable au radar, mais qui émet des impulsions de lumière infrarouge, puis en mesurant le temps de retour après avoir été réfléchies sur des objets à proximité, permet de placer des millions de points correctement en 3D dans l’espace. « Cette cartographie 3D détaillée peut renseigner sur la position, la forme et le comportement des objets ». Cette technologie se démocratise à tel point qu’Apple a intégré cette technologie dans le dernier Iphone 12 pro et Ipad pro. Toutefois pour garantir un résultat professionnel il y a les scanners pro tel que le Faro ou Leica qui restent la référence dans le domaine.

 

La photogrammétrie est une technique différente car elle consiste à effectuer des mesures à partir de photos, en utilisant la parallaxe obtenue entre des images acquises selon des points de vue différents. « Cette technique repose entièrement sur une modélisation rigoureuse de la géométrie des images et de leur acquisition afin de reconstituer une copie 3D exacte de la réalité ». 

drone scan 3d photogrammétrie
Captation drone, DJI Mini, Cotentin, France
Picture by Lowell Zima

Un simple appareil photo et un logiciel de traitement permettent la reconstitution de modèles 3D. Le drone est un outil très puissant car il permet d’embarquer des capteurs de toutes sortes: LiDAR, infrarouges, photographie haute définition, etc… Il permet de capter de très grandes surfaces territoriales, d’avoir une liberté pour des prises de vues aériennes et d’accéder à des zones parfois difficiles. Par ailleurs, il est géo-localisé avec une précision de l’ordre de 1 mètre, ce qui permet d’intégrer directement la position réelle des modèles 3D. DJI et Parrot en France sont à la pointe de ce domaine et révolutionnent chaque année notre manière de scanner.  
Telle que pour le LiDAR, cela permet de constituer des nuages de millions de points qui peuvent être ensuite maillés en 3D afin de reconstituer une surface triangulée (3D mesh, en anglais). Les logiciels de photogrammétrie tels que Pix4D, PhotoScan ou Reality Capture permettent ce traitement ainsi que le plaquage de la texture photographique sur le modèle 3D en haute résolution.  Ces techniques sont bluffantes et permettent (en fonction des capteurs et logiciels utilisés) une reconstitution millimétrique d’objets, de bâtiments ou même de territoires tout en projetant leur texture en ultra haute résolution. 

L’explosion de ces nouveaux outils et technologies de traitement ont fait apparaitre de nouveaux métiers, telle que le télépilote qui est équipé en drone et qui est agrée pour faire les demandes administratives ou le « data modeler »,  qui s’occupe du traitement et de la modélisation de la donnée captée par le drone.

nuage de points points cloud scan 3D drone photogrammétrie photogrammetry
Nuage de points, cf. Shenron Studio

 

mesh 3d maillage scan 3D drone photogrammétrie photogrammetry
Maillage 3D, cf. Shenron Studio
mesh 3d maillage scan 3D drone photogrammétrie photogrammetry texture
Maillage 3D + ortho-texture, cf. Shenron Studio

Avec ces maquettes numériques 3D de haute précision, il devient possible pour tous les corps de métiers de les stocker, travailler dessus, les exploiter, collaborer en temps réel.
Les architectes et ingénieurs peuvent prendre directement des mesures en 2D / 3D et visualiser rapidement l’état actuel d’un édifice, calculs des cubatures et relevés de positionnement pour les chantiers, étude fine de la topographie et simulations pour les métiers de l’inspection, patrimoine et les scientifique ainsi que le monde du jeux vidéo qui intègre directement des “maps” (cartographie 3D).

 

Enfin il est possible d’uploader (charger en ligne) les modèles sur des logiciels de GIS ainsi que Google Earth afin d’augmenter le niveau de data 3D mondiale.

 

Sources:

Précision GG Earth:
https://fr.geofumadas.com/google-earth-will-have-more-images-avec-pixel-of-50-cms/

 

https://qastack.fr/gis/11395/spatial-resolution-of-google-earth-imagery

 

Lidar:

https://leddartech.com/fr/pourquoi-lidar/

 

Photogrammétrie:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Photogramm%C3%A9trie

 

https://numerisation3d.construction/fonctionnement-photogrammetrie/?v=04c19fa1e772