Réalisation de la maquette 3D

La base de données 3D de la Ville de Toulouse a été mise à disposition par la Mairie pour les études menées dans le cadre du projet CAPITOUL. Elle se trouve sous forme de plusieurs fichiers en format AUTOCAD correspondant aux différents quartiers de la ville. La zone d’étude que nous avons retenue est couverte par 5 quartiers : les Chalets, St. Sernin, le Capitole, les Carmes et St. Aubin (figure 4.3a).

Chaque fichier contient les bâtiments du quartier en coordonnées 3D (x, y, z), avec leurs propriétés géométriques réelles, c’est-à-dire les dimensions correspondent aux dimensions réelles, incluant l’altitude réelle par rapport au niveau de la mer. Chaque point de coordonnées 3D correspond à un coin du bâtiment. Plusieurs coins ensembles forment un bâtiment. Afin de pouvoir attribuer des propriétés matérielles, chaque bâtiment peut être composé de plusieurs classes, en principe au moins les classes « façade » et « toit », ça dépend de la définition prédéfinie du fichier AUTOCAD. Il y a des fichiers qui contiennent plus ou moins de surfaces que d’autres. D’autres surfaces possibles sont par exemple des lucarnes, des trottoirs, ou des murs. Les murs se distinguent des façades de la manière qu’ils ne fassent pas partie d’un bâtiment. En général les murs sont les clôtures d’une cour ou d’une place.

L’approche de modélisation développée étant basée sur une simplification à 3 surfaces (toits, façades et sol), des regroupements d’objets de détails présents dans la base de données se sont Figure 4.2 : (a) Photographie de la partie haute des bâtiments et des toits (vue du toit du parking des Carmes en direction nord). (b) Photographie des façades des bâtiments d’une rue toulousaine (quais de la Daurade).

révélés nécessaires. La classe ‘trottoir’ a ainsi été confondue avec la classe sol. De même les ‘lucarnes’ et ‘fenêtres’ ont-elles été attribuées à la classe toits et façades respectivement tandis que les ‘murs’ (constructions hors bâtiments) l’ont été à la classe façades. Un travail a été mené pour adapter la topographie du sol. Celle-ci est en effet décrite dans la base de données par un ensemble de points situés en majorité le long de rues et sur des places et non uniformément répartis dans l’espace. Un traitement (sous Matlab) a été fait en 2 étapes : (1) calcul de l’altitude moyenne par regroupement des points disponibles sur chaque maille d’une grille de résolution 40x40m, puis (2) interpolation pour compléter l’information éventuellement manquante sur certaines mailles.

L’implémentation des fichiers AUTOCAD dans POV-ray s’est faite à l’aide du logiciel PoseRay (http://mysite.verizon.net/sfg0000/) qui permet d’en assurer la conversion.

Une attention particulière a été portée au choix de la résolution des simulations POV-ray. Une résolution trop fine, si elle permet de restituer le maximum de détails dans la description du bâti (figure 4.4), impose des tailles d’images beaucoup trop grandes pour l’ensemble de la zone d’étude et se révèle très pénalisante en temps calcul. A l’inverse une résolution trop

Capitole

St. Sernin

St.

Aubin

Carmes

Chalets

Figure 4.3 : (a) Couverture du centre-ville de Toulouse par les quartiers identifiés dans la base de données. (b) Zone d’étude (après élimination du contour pour éviter les effets de bord) issue de la maquette 3D en visée verticale. Le bâti apparaît en jaune, les espaces non bâtis en bleu.

grossière est susceptible de fausser les estimations finales des pourcentages des 6 classes en gommant trop de détails. L’impact de la résolution a été étudié en comparant la sensibilité des pourcentages issus de 2 simulations POV-ray de la zone d’étude effectuées avec des résolutions différentes : 2.5m pour une image de 1000x1000 points (2.5x2.5km) pour la première et 1m pour une image de 2500x2500 points pour la seconde. La comparaison a été menée à 2 dates pour des positions solaires très contrastées. Pour le vol 0431 en milieu de journée et en été la hauteur importante du soleil contribue à un taux de façades éclairées important alors que sa faible hauteur en hiver (vol 0511) limite considérablement la taille des éléments de façade (et a fortiori du sol) éclairés et induit un risque accru d’erreur sur l’estimation de leur surface avec des résolutions de simulation POV-ray faibles.

La figure 4.5 illustre les différences entre les pourcentages d’occupation calculés avec les résolution de 1 et 2.5 m pour les 2 classes des façades à l’ombre et au soleil dans le cas du vol 0431 réalisé en conditions estivales. Les écarts sont insignifiants et ne dépassent pas ±0.15%. Les résultats (non illustrés) sont identiques pour le sol et les toits obtenus simultanément à la même date. L’impact de la position solaire n’est pas non plus sensible comme le montre la figure 4.6 sur laquelle se trouvent comparés pour chacun des 2 vols, les taux d’occupation pour le sol aux 2 résolutions. La encore les résultats (non présentés) sont identiques pour les classes toits et façades.

Les écarts restant dans tous les cas toujours inférieurs à ± 0.2%, la résolution de 2.5m a donc été retenue dans la suite du travail.

-

Figure 4.4 : Exemples de visualisation POV-ray d’un fragment urbain autour du théâtre TNT en visée nadir (gauche) et oblique (droite) avec une résolution de 0.6m. Les 6 classes (toit/façades/sol au soleil et à l’ombre) sont facilement identifiables.

Figure 4.5 : Différence des pourcentages Aj calculés dans toutes les configurations de visée

pour les façades au soleil (gauche) et à l’ombre (droite) pour les 2 résolutions de 1m/pixel (image de 2500x2500 pixels) et de 2.5m/pixel (image de 1000x1000 pixels). Vol 0431. Les valeurs sont données en %.

vol 0431 vol 0511

Figure 4.6 : Comparaison des taux d’occupation obtenus aux résolutions de 1 et 2.5m pour le sol (classes ‘ensoleillé’ et ‘à l’ombre’ confondues) et pour les vols 0431 et 0511. Les 2 graphiques rassemblent les Aj issus de POV-ray dans toutes les directions azimutales de visée

et pour des angles zénithaux de visée jusqu’à 60°.

sol au soleil sol à l’ombre - - ligne 1:1 sol au soleil sol à l’ombre - - ligne 1:1

Figure 4.7 : Fractions Aj (en pourcentages) des façades au soleil et à l’ombre (a, b), du sol au

soleil et à l’ombre (c, d) et des toits au soleil et à l’ombre (e, f) du vol 0431. La direction opposée du soleil (θs = 23.7, φs = 335.7) est repérée par une croix noire.

(a)

(c)

(b)

(f)

(d)

(e)