Qu'est-ce qu'un nuage de points ? Comment les capturer ? Et que fait-on avec ? Pour NavVis, Sean Higgins, rédacteur indépendant spécialisé dans les technologies, explique tout.
Qu'est-ce qu'un nuage de points ?
Un nuage de points est une représentation numérique en 3D d'un objet ou d'un espace physique. Il est composé de millions de points de mesure individuels, chacun possédant des coordonnées x, y et z.
Suivant la méthode utilisée pour capturer le nuage - et les capteurs impliqués - chaque point peut également inclure des données de couleur RVB, voir des informations quant à l’intensité qui reflètent la force de retour de l'impulsion laser qui a généré le point.
Comment générer un nuage de points
Il existe deux outils principaux que vous pouvez utiliser pour capturer un nuage de points : les scanners laser et la photogrammétrie.
1. Les scanners laser
Un scanner laser est un système topographique composé de récepteurs tel que des capteurs et des technologies différentes. Le plus important est un capteur lidar, qui utilise des impulsions laser rapides pour recueillir des centaines de milliers de mesures extrêmement précises chaque seconde. La plupart des scanners laser comprennent également une caméra RVB pour ajouter de la couleur au nuage de points, ainsi qu'une centrale inertielle (IMU), qui est la version avancée de l'accéléromètre de votre téléphone.
Il existe plusieurs types de scanners laser, chacun étant conçu pour une série d’utilisations spécifiques. Par exemple, un scanner laser terrestre (TLS) sera utilisé si vous avez besoin de générer des nuages de points avec la précision la plus absolue pour une utilisation spécialisée comme la mesure de déviation d'un faisceau, l'analyse de la planéité d'un sol ou la capture d'un unique objet comme une voiture ou une machine avec une précision extrêmement importante.
Vous pourriez également utiliser un scanner laser mobile, offrant une précision allant jusqu’à 4 mm et permettant de capturer des nuages de points tout en marchant. Cette vitesse les rend parfaits pour la plupart des projets de documentation des bâtiments, étant donné qu’ils réduisent le coût total par mètre carré. Cette vitesse les rend également parfaits pour la numérisation de sites en activité tels que les usines, qui offrent une petite marge de temps pour effectuer votre travail de capture.
Et ce n’est pas tout : le marché propose des scanners laser pour une variété d’utilisations spécifiques, comme la capture d'objets, de routes ou de voies ferrées, et même la création de cartes topographiques à grande échelle. Vous pouvez utiliser ces appareils ensemble et fusionner les nuages de points en un seul nuage de points final, afin de répondre aux exigences de tout projet.
De manière générale, les scanners laser produisent des données plus précises que la photogrammétrie.
2. La photogrammétrie
Il s'agit plus d'une méthodologie que d'un type d'outil spécifique. Pour générer un nuage de points par photogrammétrie, il faut capturer l'espace sous tous les angles, puis traiter ces images avec un logiciel spécialisé pour reconstruire l'espace en 3D.
Si vous envisagez d'utiliser des drones pour capturer un nuage de points d'un bâtiment, il y a de fortes chances que vous ayez recours à la photogrammétrie (les scanners laser sont trop lourds pour un drone).
Comment utiliser un nuage de points dans le monde bâti ?
Ces ensembles de données offrent une image numérique fidèle, précise et complète d'un espace, d'une surface ou d'un objet du monde réel. Et cela signifie qu'ils présentent un intérêt considérable pour un large éventail d'applications.
Voici quelques-unes des utilisations les plus courantes des nuages de points dans le monde bâti.
1. Plan d’étage
Les nuages de points vous offrent un moyen de générer rapidement le plan d'une structure. Cette méthode est à la fois plus rapide et plus précise que le travail avec des outils topographiques comme les stations totales, ou des outils manuels comme les lasers DISTO.
Comment procède-t-on : Il existe deux méthodes. Vous pouvez visualiser le nuage de points en vue du haut et tracer le plan d'étage manuellement à l'aide d'un logiciel de CAO ou de planification d'étage. Vous pouvez également utiliser un logiciel alimenté par l’intelligence artificielle (IA) pour automatiquement générer le plan d'étage.
2. Modélisation des données du bâtiment (BIM)
Vous pouvez utiliser un nuage de points pour créer un modèle des données du bâtiment (BIM) de votre bien. Un BIM est "une représentation numérique des caractéristiques physiques et fonctionnelles d'une installation. Ce dernier est une ressource de partage des connaissances relatives à une installation. Il constitue une base fiable pour les décisions à prendre au cours de son existence ; définie comme existante de la première conception à la démolition."
Étant donné qu'un nuage de points reflète les conditions "telles quelles" d'un bâtiment de manière précise et complète, cela signifie qu'il offre toutes les données spatiales brutes dont vous avez besoin pour créer un nouveau modèle d’informations sur le bâtiment ou mettre à jour un modèle existant. Vous pouvez ainsi comparer l'état actuel du bâtiment à sa conception afin de détecter les erreurs, les défauts et les divergences.
Comment procède-t-on : Pour générer un modèle BIM à partir d'un nuage de points, vous devez utiliser un logiciel de modélisation BIM spécialisé pour générer le modèle à partir des données du nuage de points.
Certains logiciels vous permettent de le faire manuellement en dessinant des éléments et en renseignant des informations telles que le matériau. D'autres logiciels peuvent partiellement automatiser le processus en reconnaissant les surfaces, les objets, et même la MEP (Mécanique, Électricité et Plomberie), et en utilisant l'IA pour générer un modèle. Ces processus semi-automatisés peuvent être très précis, mais ils ne sont pas parfaits : les logiciels travaillent beaucoup plus vite que les humains, mais peuvent manquer des éléments ou renvoyer des faux positifs. Par conséquent, vous devrez toujours vérifier le travail et effectuer des corrections manuelles.
Vous voulez en savoir plus sur le processus scan-to-BIM ? Consultez notre article éducatif ici.
3. Suivi de l'avancement de la construction
Si vous capturez régulièrement des nuages de points pendant l'avancement des travaux, vous pouvez utiliser ces données pour garder une trace des travaux effectués, de la date à laquelle ils ont été réalisés, et de leur emplacement.
Comment procède-t-on : Il existe des méthodes manuelles pour suivre l’avancement de la construction à l'aide d'un nuage de points, et des méthodes automatisées avancées. Vous pouvez partager les données brutes du nuage de points avec les parties prenantes pour leur donner accès à une vue d'ensemble rapide et de qualité de l'avancement du bâtiment à tout moment depuis le début de la construction. Vous pouvez également utiliser des outils automatiques pour fournir des mises à jour plus détaillées, par exemple un logiciel qui analyse automatiquement le nuage de points pour reconnaître des objets spécifiques, et qui va même jusqu'à suivre le travail par rapport à des corps de métiers, des délais et des budgets spécifiques.
4. Jumeaux numériques
Vous pouvez utiliser un nuage de points pour créer un modèle 3D opérationnel du bien. Mieux connu sous le nom de jumeau numérique, ce modèle entretient une relation symbiotique avec le bien, rendue possible par une variété de capteurs Internet of Things (IoT). Dans un jumeau numérique idéal, toute modification apportée au bien physique est automatiquement répercutée sur le jumeau numérique, et vice versa.
Cette relation symbiotique signifie que les jumeaux numériques peuvent être utilisés comme des modèles BIM, pour examiner les informations relatives au bien, ou pour effectuer des tâches avancées telles que la surveillance, la simulation, l'analyse et le contrôle.
Comment procède-t-on : La création d'un jumeau numérique est un processus complexe et à plusieurs niveaux. C'est pourquoi de nombreuses entreprises proposent un service permettant de le générer pour vous. Ils captureront le bien, le numériseront et développeront un jumeau numérique qui correspond à vos spécifications et inclut les données dont vous avez besoin "en direct" dans le modèle (données géométriques, données de température, etc.).
Pour en savoir plus sur ce processus, consultez une étude de cas avec Siemens. Cette dernière détaille leur projet avec NavVis pour créer un jumeau numérique d’une de leurs usines qui aide plusieurs parties prenantes à comprendre l'état actuel de leur usine physique.
Conclusion
Cet article vous donne une idée de ce qu'est un nuage de points, comment il est produit et quels sont les cas d'utilisation les plus courants. Et ensuite ? Si vous vous sentez l'âme aventureuse, pourquoi ne pas télécharger un échantillon de données de nuages de points et l'explorer par vous-même ?
Vous trouverez ci-dessous un lien vers notre échantillon de données de nuages de points généré par le système de numérisation portable NavVis VLX. Cet échantillon de haute qualité peut être téléchargé dans le format de fichier standard .e57 et est compatible avec de nombreuses applications CAO (conception assistée par ordinateur) tierces.
Sean Higgins est un rédacteur indépendant spécialisé en technologie, ancien rédacteur de publications spécialisées et passionné de plein air. Il estime que la rédaction d'articles clairs et sans buzzword sur les technologies 3D est un service public.