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La modélisation 3D à des fins de réalité augmentée mobile : une première expérience

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Bien que les produits de la géomatique se démocratisent, ce domaine disciplinaire est encore bien méconnu du grand public. Dans ce contexte, la sensibilisation des jeunes adolescents à l’omniprésence …

Bien que les produits de la géomatique se démocratisent, ce domaine disciplinaire est encore bien méconnu du grand public. Dans ce contexte, la sensibilisation des jeunes adolescents à l’omniprésence de la géomatique dans leurs activités quotidiennes constitue un aspect promotionnel à développer. Pour être efficace, cette sensibilisation devrait idéalement s’arrimer aux activités éducatives et ludiques de ce jeune public “zappeur” et nomade. Les jeux en Réalité Augmentée (RA) mobile présentent les caractéristiques requises pour explorer de manière immersive, réactive et interactive les diverses exploitations faites de la géomatique dans des environnements réels. En particulier, des modèles 3D sont nécessaires dans ce type d’application à des fins de positionnement, de visualisation, ou bien encore en tant qu’éléments du jeu ou pour fournir des informations contextuelles aux joueurs. Cependant, la disponibilité des modèles 3D permettant de jouer partout est limitée. Les techniques classiques d’acquisition de données 1D-3D (i.e. arpentage/géomatique) et de traitement ultérieurs présentent des contraintes fortes en coût et en temps et elles sont jugées plus ou moins adaptées pour produire rapidement les modèles 3D nécessaires aux jeux en RA mobile dans un environnement qui n’est pas préparé d’avance. Notre présentation explique d’abord ce nouveau contexte applicatif de la géomatique que sont les jeux en RA mobilité. Puis, nous décrirons plus spécifiquement une chaîne de production de modèles 3D adaptée pour ce contexte, exploitant à la fois des techniques de vision numérique et de photogrammétrie. Un exemple de mise en œuvre de la chaîne de production préliminaire sera finalement présenté, impliquant l’exploitation de l’iPhone et de ses nombreuses composantes associées (i.e. caméra, accéléromètres, GPS).

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  • 1. La modélisation 3D à des fins de réalité augmentée mobile : Une première expérimentation avec l’iPhone Vincent Thomas – Candidat MSc. Direction Dre. Sylvie Daniel Co-direction Dre. Jacynthe Pouliot Département des sciences géomatiques Université Laval – Québec - Canada
  • 2. Plan de la présentation ■ Réalité augmentée (RA) mobile ■ Nécessité des modèles 3D sd2 ■ Environnement non-préparé ■ Défis à relever ■ Solution proposée ■ Conclusion sd1 Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 2
  • 3. Diapositive 2 sd1 Essayer de choisir des termes moins académiques en ce qui à trait à la problématique, objectif et solution. Par ex.: Défis à relever; difficultés à résoudre; Besoins.... Solution proposée.... sylvie daniel; 2009-10-16 sd2 Raccourcir le point: Nécessité des modèles 3D sylvie daniel; 2009-10-16
  • 4. Réalité augmentée mobile ■ Augmentation de l’environnement réel avec des éléments graphiques virtuels Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 3
  • 5. Contextes d’application Architecture / urbanisme Génie civil Jeu http://graphics.cs.columbia.e du Epidemic Menace ‐ http://iperg.fit.fraunhofer.de/ Graz University of Technology underground infrastructure ISMAR '08 Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 4
  • 6. Réalité augmentée mobile ■ Progrès technologique http://farm4.static.flickr.com/3128/2756996849_b15b ARQUAKE ‐ http://wearables.unisa.edu.au/arquake/ b86dac.jpg Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 5
  • 7. Nécessité des modèles 3D ■ Utilisation de modèle 3D de l’environnement réel afin d’enrichir davantage l’augmentation ◘ Visualisation cohérente (occlusions) ◘ Positionnement ◘ Rôle dans l’API Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 6
  • 8. Gestion des occlusions Élément graphique virtuel Élément graphique virtuel Occlusion Occlusion Vincent Lepetit ‐ http://www.loria.fr/%7Eberger/lepetit/Occlusions/index.html Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 7
  • 9. Environnement non-préparé ■ Pour des applications de RA permettant de riches interactions il faut sd3 des modèles 3D ■ Cependant … sd4 ◘ Les modèles 3D ne sont pas toujours disponibles partout ◘ Aucun modèle 3D disponible pour notre environnement? • Nous sommes dans un contexte d’environnement non-préparé Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 8
  • 10. Diapositive 8 sd4 Il ne sont pas rares maisl il ne sont pas forcément disponibles partout, ni tout le temps en fonctiond e l'endroit où l'on se trouve. A nouveau, pour le point suivant, reste général, ne mentionne pas le contexte applicatif du jeu. sylvie daniel; 2009-10-16 sd3 Reste général et pas forcément relatif au contexte du jeu. Pour des applications de RA permettant de riches interactions il faut des modèle 3D. sylvie daniel; 2009-10-16
  • 11. Défis à relever sd5 ■ Environnement non-préparé ◘ Approches d'acquisition disponibles à des fins de modélisation 3D Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 9
  • 12. Diapositive 9 sd5 Indique plutôt: approches d'acquisition disponibles à des fins de modélisation 3D. sylvie daniel; 2009-10-16
  • 13. Solution proposée ■ Développer une solution peu coûteuse, rapide et facile de modélisation 3D en utilisant un appareil mobile afin de pouvoir déployer des applications de RA mobile n’importe où et n’importe quand sd6 ■ Solution : iModelAR Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 10
  • 14. Diapositive 10 sd6 Afin de pouvoir déployer des applcations de RA mobile n'importe où et n'importe quand sylvie daniel; 2009-10-16
  • 15. Principe de fonctionnement Intérêt actuel: bâtiments ■ Calcul des coordonnées 3D du toit d’un bâtiment en utilisant plusieurs composantes d’un appareil portable; ■ Modélisation 3D par extrusion de la trace du bâtiment au sol jusqu’à l’altitude moyenne du toit; Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 11
  • 16. Notre appareil mobile : Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 12
  • 17. Pourquoi ? GPS Google Maps Accéleromètres Y X Caméra Z Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 13
  • 18. 1‐ En utilisant Google  Maps, ajouter des  Position du  marqueurs aux coins  joueur du bâtiment Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 14
  • 19. 2‐ Relever avec la vue photographique les  Relever! coins au niveau du toit Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 15
  • 20. 3 – Calcul de la  distance entre  l’utilisateur Position de  l’utilisateur (position par GPS)  d et le marqueur à relever (position  par Google Maps) Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 16
  • 21. 4 – Calcul de l’altitude du bâtiment à l’aide de la distance et de  l’inclinaison verticale de l’iPhone dh Altitude du bâtiment dz d dh = d • tan(dz) Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 17
  • 22. 5 – Extrusion de la trace du  bâtiment jusqu’à l’altitude moyenne du toit h 0 Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 18
  • 23. 6 – Encodage automatique et  visualisation du modèle 3D Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 19
  • 24. Précision ■ Écart moyen par rapport à la vérité terrain ◘ 2 mètres en horizontal; ◘ 4 mètres en vertical; ■ Source principale d’erreur: récepteur GPS de l’iPhone Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 20
  • 25. Travaux actuels ■ Insertion d’objets graphiques dans le flux vidéo exploitant le modèle 3D construit ■ Gestion des occlusions et des mouvements de l’utilisateur Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 21
  • 26. Conclusion ■ Nouvelle solution de modélisation 3D sd7 rapide et intuitive ◘ avantages: portable; adaptée à tout utilisateur; ■ Potentiel de pouvoir augmenter la réalité n’importe où et n’importe quand;sd8 ■ Intérêts? Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 22
  • 27. Diapositive 22 sd7 Cela tombe un peu à plat comme conclusion, surtout le 1er point. Mettre quelque chose de plus relevé telle: Nouvelle solution de modélisation 3D rapide et intuitive avantages: portable; adaptée à tout utilisateur; ... sylvie daniel; 2009-10-16 sd8 Ajoute un 3ème point qui met de l'avant l'intérêt de la RA n'importe où, n'importe quand (ses perspectives) sylvie daniel; 2009-10-16
  • 28. Questions ? Pour en savoir plus: vincent.thomas.1@ulaval.ca www.geoeduc3d.scg.ulaval.ca Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 23
  • 29. Déjà quelques résultats … « iModelAR »: application sur iPhone pour la création simple et rapide de modèles 3D Colloque Géomatique 2009 – 21-22 Octobre 2009 24