David Lo Buglio
Caractérisation de formes architecturales
Une approche expérimentale intégrant complexité et
intelligibilité des représentations numériques
Thèse présentée en vue de l'obtention du grade de Docteur en Art de bâtir et urbanisme,
sous la direction de Judith le Maire de Romsée, Chargée de cours (ULB) et Livio De Luca,
Directeur de Recherche (CNRS)
Année académique 2016 – 2017
Membres du jury :
Pablo Lhoas,
Doyen, Faculté d'Architecture (ULB) – Président
Victor Brunfaut, Professeur, Faculté d'Architecture (ULB) – Secrétaire
Jean-Yves Blaise, Chargé de Recherche (CNRS), FR
Marc Daniel,
Professeur des universités titulaire d'une H.D.R (CNRS), FR
Pascal Liévaux,
Chef du département du pilotage de la recherche et de la
Table des matières
Glossaire
1.
Introduction
1.1
Sujet – problème posé et objectifs 31
1.2
Positionnement historique et disciplinaire du sujet 35
1.3
Méthode, corpus et expérimentation 38
1.4
Portée / résultats 41
1.5
Organisation du document 43
Partie I
2.
De la représentation du bâti : éléments d'histoire, paradigmes et
schisme
2.1
Introduction 50
2.2
De l'influence des pratiques architecturales dans l'avènement d'une
représentation codifiée 55
2.2.1 Premiers signes d'un tracé planimétrique 55
2.2.2 Transition de la figure de l'architecte bâtisseur vers l'architecte concepteur 59 2.2.3 Le relevé comme premier vecteur de la représentation architecturale 63 2.2.4 Stéréotomie et nouveaux besoins du chantier 68
2.3
Le triple paradigme de la représentation du bâti 71
2.4
Le schisme du numérique : une évolution manquée ? 76
3.
De la pratique du relevé : enjeux, processus techniques et
processus cognitifs
3.1
Le relevé comme moment d'analyse : réduire pour mieux comprendre 82
3.2
Emergence et besoins d'une pratique transdisciplinaire 87
3.3
De l'intelligibilité par la sémantique 92
3.4
Méthodes, techniques et processus cognitif 95
3.4.1.1 De la structure hiérarchique du modèle 3D à la description des opérations cognitives 96 3.4.1.2 Vers l'identification d'un processus technique et intellectuel. 99
3.4.2 Inventaire des méthodes et traitements pour la représentation tridimensionnelle 100 3.4.3 Quelle place pour la perception et la dimension cognitive au sein du processus de relevé ?
107
3.4.3.1 Processus de perception. 107
3.4.3.2 Processus de mobilisation des connaissances 110
3.5
Des processus mobilisés par le relevé au contenu informationnel d'une
représentation 112
Partie II
4.
Du problème de la complexité : examen critique de cinq
méthodes de numérisation
4.1
Introduction 120
4.2
Approche et critères d'observation 121
4.3
Observation critique des méthodes et techniques de numérisation 3D 123
4.3.1 Reconstruction automatique 123
4.3.2 Restitutions semi-automatiques par enrichissement sémantique 125 4.3.3 Restitutions semi-automatiques par Generative Modeling Language 126 4.3.4 Restitutions semi-automatiques par photomodélisation 128
4.3.5 Restitution manuelle 130
4.4
De la complexité des numérisations 131
5.
Les approches de haut niveau pour la caractérisation
sémantique de formes
5.1
De la donnée massive à la caractérisation sémantique 140
5.2
Structuration sémantique de données spatiales 143
5.2.1 Modélisation 3D enrichie sémantiquement 145
5.2.2 Segmentation et annotation sémantiques de nuages de points 151 5.2.3 Modélisation procédurale 155
5.3
Les approches de haut niveau dans l'analyse du fait bâti 160
6.
Une approche expérimentale entre complexité et intelligibilité
6.1
Vers une description géométrique de bas niveau 168
6.2
De la sémantique architecturale à la sémantique géométrique et vice-versa
170
6.2.1 De la sémantique vers la géométrie 171 6.2.2 De la géométrie vers la sémantique 172 6.2.2.1 Premier temps. Une signature morphologique 174 6.2.2.2 Deuxième temps. Etude de l'écart géométrique 176 6.2.2.3 Troisième temps. Visualisation d'informations 178
6.2.2.4 Quatrième temps. Des résultats de bas niveau observés par une approche de haut niveau 179
6.2.3 Hybridation de l'instance numérique avec le modèle géométrique simplifié 181
6.3
Corpus d'expérimentation 184
6.3.1 Les colonnes du cloître de l'Abbaye de Saint-Michel-de-Cuxa 185 6.3.2 Acquisition de données photogrammétriques 189
7.
Création d'une signature morphologique de bas niveau
7.1
De la sémantique de la colonne romane à son étude mathématique 199
7.1.1 Sémantique de la colonne suivant quatre dictionnaires raisonnés 199 7.1.2 Vers l'étude mathématique de la colonne 205
7.2
Des descripteurs de forme 208
7.2.1 Segmentation par seuillage (Threshold segmentation) 210 7.2.2 Segmentation par contour (Edge based segmentation) 212 7.2.3 Segmentation par région (Region based segmentation) 215
7.3
Quelques recherches exploitant les descripteurs de forme 2D/3D 217
7.4
Etude des discontinuités de forme et re-projection tridimensionnelle des
profils moyens 221
7.4.1 Acquisition et extraction de cartes de profondeurs 221 7.4.2 Analyse morphologique et description de bas niveau 225
7.4.3 Etude des discontinuités de forme et reprojection 3D des profils moyens 226 7.4.3.1 Premier temps: la détection des lignes remarquables 227
7.4.3.2 Second temps: extraction et reprojection 3D des profils pertinents 231 7.4.3.3 Troisième temps : l'étude des valeurs moyennes (et création de la signature) 233
7.5
Etude des courbures 236
7.5.1 Décrire les formes par leurs courbures 236 7.5.2 Lisibilité des valeurs de courbures 240
7.5.3 Vers une exploitation des cartes de courbures 243 7.5.3.1 Remaillage régulier et nettoyage du maillage 243
8.
Ni artefact, ni modèle théorique : analyse des signatures
8.1
De l'information à sa visualisation 254
8.1.1 De la donnée à la connaissance 256 8.1.2 Visualisation d'informations 2578.2
Analyse inversée 263
8.3
Observations 267
8.3.1 Caractérisation géométrique 267 8.3.2 Caractérisation sémantique 2708.4
Le monstre géométrique 272
9.
Conclusion
9.1
Conclusion générale 275
9.2
Limites 280
9.2.1 Représentativité du corpus 280 9.2.2 Signatures morphologiques 2809.2.3 Confrontation des observations des haut et bas niveaux 282
