Brevet FR3016460A1 — publié le 20150717

PROCEDE ET INSTALLATION POUR PRE-VISUALISER IN SITU L'EFFET D'UNE CONSTRUCTION [0001] La présente invention concerne les techniques utilisées pour se rendre compte de l'impact visuel qu'aura une construction envisagée sur un site donné. [0002] Les architectes s'efforcent d'élaborer à l'avance des vues en plan et en perspective des bâtiments ou ouvrages d'art dont l'édification est projetée, en les montrant dans leur environnement, pour aider à la décision et permettre aux parties prenantes de se rendre compte de l'effet, notamment visuel, que produiront les bâtiments ou ouvrages d'art en question une fois réalisés. Ce besoin traditionnel existe pour les nouvelles constructions, mais aussi pour les extensions, rénovations ou évolutions de constructions existantes. [0003] Cependant, l'effet visuel d'une construction sur un site est difficile à appréhender de façon réaliste avant que les travaux soient relativement avancés. [0004] Il en résulte souvent une difficulté pour décider de façon pertinente de lancer les travaux ou d'investir dans un programme de construction, et aussi pour faire accepter le projet par les riverains. [0005] Ces dernières années, les techniques de la réalité augmentée ont permis de fournir des représentations de plus en plus réalistes de l'effet visuel d'un projet de construction. Le résultat produit, généralement par affichage sur un écran ou à l'aide de lunettes spéciales, reste toutefois en décalage avec l'expérience qu'aura un observateur sur le site une fois la construction exécutée. Malgré les efforts de réalisme déployés par les concepteurs de ces systèmes de réalité augmentée, qui produisent parfois des effets saisissants, l'observateur garde la perception d'être placé dans un environnement artificiel. [0006] En outre, le recours à des traitements informatisés pour générer une illusion des sens de l'observateur peut entraîner une méfiance envers les représentations à réalité augmentée, spécialement chez des personnes a priori hostiles au projet de construction. Il peut arriver que la méfiance des détracteurs devienne de plus en plus grande lorsque les promoteurs d'un projet mettent en oeuvre des techniques de rendu de plus en plus sophistiquées pour essayer de les convaincre. - 2 - [0007] L'opposition des riverains ou d'autres parties prenantes est souvent un frein au développement de projets de construction d'immeubles ou d'infrastructures. Elle peut cependant être légitime. Pour résoudre de manière efficace ces controverses, il est souhaitable de disposer de méthodes aussi objectives que possible pour se rendre compte de l'effet visuel que produira la construction quand elle sera achevée. [0008] 11 existe donc un besoin pour une technique de pré-visualisation qui fournisse une représentation à la fois réaliste et objective. [00091 11 est ainsi proposé un procédé pour pré-visualiser l'effet d'une construction, qui comprend les étapes consistant à: définir au moins une surface porteuse d'image entre un point d'observation et un lieu d'édification prévu pour la construction ; et afficher, sur la surface porteuse d'image, une image de la construction déterminée en fonction des formes et dimensions de la construction et des positions relatives entre le point d'observation, le lieu d'édification et la surface porteuse d'image, de telle sorte qu'un observateur placé au point d'observation visualise in situ l'effet que produira la construction si elle est réalisée au lieu d'édification. [00101 La majeure partie de la scène contemplée par une personne placée au point d'observation est constituée par le paysage réel vu à travers les parties de la surface porteuse d'image qui ne sont pas occupées par l'image de la construction. Ne sont affichés qu'essentiellement les changements visuels qu'introduira la construction si elle est finalement réalisée. Le rendu est objectif car la personne reste placée dans l'environnement réel. [00111 Des techniques classiques de perspective peuvent être mises en oeuvre pour produire un rendu réaliste de la forme artificielle de la construction. Une simple silhouette ou représentation filaire de la construction dans l'image peut suffire à se rendre compte de son emprise sur le paysage. Une image plus complète de la construction, en niveaux de gris ou en couleurs, peut être affichée pour accroître le réalisme de la représentation. [0012] Dans une réalisation préférée, la surface porteuse d'image a une forme générale concave depuis le point d'observation. On augmente ainsi l'effet d'immersion de l'observateur dans l'environnement qui sera affecté par la construction. Cette réalisation - 3 - convient notamment lorsque la construction est de taille relativement imposante et/ou lorsque le point d'observation est relativement proche du lieu d'édification. [0013] En particulier, la surface concave porteuse d'image peut être polyédrique, l'image se composant de plusieurs parties d'image respectivement affichées sur plusieurs facettes de la surface polyédrique. Par exemple, la surface polyédrique porteuse d'image peut comporter au moins une facette frontale, une facette supérieure s'étendant à partir d'un bord supérieur de la facette frontale, et deux facettes latérales s'étendant vers l'arrière à partir de bords latéraux de la facette frontale. [00141 Pour déterminer l'image de la construction affichée sur la surface porteuse d'image, on peut utiliser les techniques connues de la perspective. Cela peut notamment être effectué par tracé de rayons entre un modèle de la construction au lieu d'édification et le point d'observation et identification du point d'intersection entre la paroi transparente et chaque rayon tracé. [0015] Pour accroître le réalisme de la scène modifiée, l'image de la construction affichée sur la surface porteuse d'image peut être une image stéréoscopique, procurant une impression de relief pour l'observateur. [0016] On peut prévoir un élément de positionnement de l'observateur pour positionner les yeux de celui-ci sensiblement au point d'observation. Un montage de l'élément de positionnement de façon qu'il pivote autour d'un axe vertical passant par le point d'observation permet alors d'élargir le champ de vision de l'observateur tout en conservant une représentation fidèle de l'effet que produira la construction. [0017] Dans une réalisation du procédé, la surface porteuse d'image est matérialisée par une paroi transparente disposée suivant cette surface et sur laquelle est affichée l'image de la construction. [0018] Différentes techniques d'affichage sont utilisables pour afficher l'image de la construction sur la paroi transparente. Une réalisation simple comprend la réalisation d'un film portant l'image de la construction et l'application de ce film sur la paroi transparente. L'image peut notamment être dessinée sur ordinateur puis reportée sur le film par une technique classique d'impression. - 4 - [0019] Une autre réalisation comprend l'utilisation d'un ou plusieurs appareils électroniques pour l'affichage de l'image de la construction sur la paroi transparente. L'appareil électronique d'affichage peut être couplé à un calculateur pour déterminer l'image de la construction à afficher en fonction des paramètres spatiaux qui la définissent. [00201 Le point d'observation peut alors avoir une position variable, un changement de position du point d'observation donnant lieu au calcul d'une nouvelle image de la construction pour affichage sur la paroi transparente. 100211 Un autre aspect de la présente invention se rapporte à une installation de pré- visualisation de l'effet d'une construction. Cette installation comprend un système 10 d'affichage d'une image de la construction sur une surface porteuse d'image conformément à un procédé tel que défini ci-dessus. [0022] D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 15 la figure 1 est un schéma d'une installation selon un exemple de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue d'un paysage observé à travers la paroi transparente d'une installation du type de celle de la figure 1 ; la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 avec une image affichée sur la 20 paroi transparente pour pré-visualiser l'effet que produira une construction, en l'occurrence une ferme d'éoliennes ; la figure 4 montre des parties d'image affichables sur la paroi transparente de l'installation ; la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 3 avec une représentation filaire 25 de la construction, produite au point d'observation avec les parties d'images montrées sur la figure 4 ; la figure 6 montre ce que voit un observateur qui ne se place pas au point d'observation dans l'installation sur laquelle est produite la représentation selon la figure 5 ; et - 5 - - la figure 7 est un schéma d'un autre exemple de réalisation d'une installation selon l'invention. [0023] Le procédé selon l'invention est utilisable pour pré-visualiser l'effet de divers types de constructions. Dans la suite, on montre une application au cas où la construction est constituée d'une ou plusieurs éoliennes car c'est une application typique, les projets de ferme d'éoliennes étant souvent matière à controverse quant à leur impact environnemental. Cependant, on notera que tout type de construction peut bénéficier de la technique proposée ici, qu'il s'agisse d'une construction neuve ou d'un réaménagement d'une construction déjà existante. [0024] Le procédé convient notamment pour pré-visualiser l'effet de constructions relativement imposantes et/ou en se plaçant assez près du lieu d'édification. [0025] La figure 1 illustre un mode de réalisation d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de pré-visualisation, qui comprend une enceinte délimitée par une paroi transparente 10 à travers laquelle un observateur placé dans l'enceinte voit 15 l'environnement. [0026] Dans l'exemple représenté, la paroi 10 est en forme de cube de 160 cm de côté. Bien évidemment, cette forme et ces dimensions ne sont nullement limitatives. Une paroi de forme générale concave, vue de l'intérieur de l'enceinte, convient pour donner à l'observateur une vision globale du site lorsque celui-ci est destiné à recevoir une 20 construction imposante et/ou proche de l'installation. [0027] La paroi transparente 10, lorsqu'elle est de forme cubique, parallélépipédique ou plus généralement polyédrique (les angles entre facettes ne sont pas nécessairement des angles droits), possède au moins une facette frontale 10A, une facette supérieure 10B et deux facettes latérales 10C, 10D à travers lesquelles l'observateur voit l'environnement 25 (voir l'exemple de la figure 2). [0028] Dans l'exemple de la figure 1, la paroi transparente 10 est montée sur un châssis 11 reposant sur le sol par des pieds 12 assurant une bonne stabilité de l'ensemble. Une porte non représentée donne accès à l'intérieur de l'enceinte, par exemple du côté opposé à la facette frontale 10A. - 6 - [0029] Au centre de l'enceinte, le châssis est équipé d'un élément de positionnement de l'observateur, tel qu'un siège 13, pour que l'observateur s'installe en ayant les yeux situés au niveau d'un point d'observation P. Le siège 13 peut être réglable en hauteur pour s'adapter à la morphologie de l'observateur. [0030] 11 est avantageux que le siège 13 soit pivotant autour d'un axe vertical A passant par le point d'observation P de manière à permettre une vision confortable dans plusieurs directions sans que les yeux de l'observateur s'écartent du point P. [0031] Lorsque l'observateur tourne son regard vers le centre de la facette frontale 10A (ligne L sur la figure 1), son champ de vision inclut la facette frontale 10A (ligne L'), ainsi qu'une partie de la facette supérieure 10B (ligne L") et des facettes latérales 10C, 10D pour appréhender l'ensemble d'un paysage comme le montre la figure 2. [0032] Pour pré-visualiser l'effet que produira une construction 15 (une ferme d'éoliennes dans notre exemple), on rapporte une image de celle-ci sur la paroi transparente 10. La vue qu'a l'observateur au point P dans l'exemple de la figure 2 est alors modifiée de la manière montrée sur la figure 3. [0033] L'image affichée sur chaque facette de la paroi 10 est déterminée en tenant compte de la géométrie de la paroi 10 et de son positionnement relativement au point d'observation P et au lieu d'édification prévu pour la construction 15. [0034] La figure 4 présente des vues à plat des parties d'image A-D respectivement affichées sur les facettes 10A-D. Chaque point d'une partie d'image est placé sur la facette correspondante en appliquant les techniques bien connues de la perspective. [0035] En particulier, pour chaque point virtuel, c'est-à-dire un point visible appartenant à la construction 15 si elle est réalisée au lieu d'édification, on peut utiliser une technique de tracé de rayon entre ce point virtuel et le point d'observation P. Après avoir tracé un tel rayon, on identifie la facette de la paroi 10 que traverse le rayon et le point d'intersection entre cette facette et le rayon. On reporte alors le point d'intersection sur la facette identifiée, ce qui fournit une représentation du point virtuel pour un observateur dont les yeux sont positionnés au point P. [0036] Le report peut être effectué par un point noir (ou monochrome), permettant de visualiser la silhouette de la construction. On peut aussi reporter une valeur de gris ou de - 7 - couleur en fonction du design de la construction et/ou d'effets d'éclairage pour fournir une représentation plus réaliste. [0037] Une telle technique de tracé de rayons est aisément mise en oeuvre par un programme exécuté par un calculateur à partir d'un modèle de la construction 15 placée au lieu prévu d'édification. Elle permet de définir sur la surface de la paroi transparente 10 une image qui, vue du point P permettra à l'observateur de se rendre compte de l'effet spatial produit par la construction projetée. 100381 Dans l'exemple de la figure 4, on se contente d'une représentation filaire du contour de la construction 15. Le résultat produit pour l'observateur placé au point P est représenté sur la figure 5. Cette représentation filaire, en dépit de sa simplicité, donne déjà une assez bonne impression de l'emprise qu'aura la construction sur le paysage. 100391 Si l'observateur décale sa tête de façon que le milieu entre ses yeux ne soit plus situé au point P, il obtient une vision déformée de la construction, comme le montre la figure 6. L'observateur perçoit immédiatement qu'il s'agit d'une déformation anormale et peut la corriger en rapprochant ses yeux du point P. Cette correction par l'observateur lui- même est intéressante car elle lui donne l'impression d'exercer un certain contrôle sur ce qu'il visualise. L'observateur se sent moins « manipulé » qu'avec certains systèmes de type réalité augmentée. [0040] Une fois que l'observateur a bien placé sa tête pour visualiser la scène, il peut faire pivoter le siège autour de l'axe A pour obtenir une vision panoramique. Dans la mesure où le milieu entre les yeux de l'observateur ne se décale pas du point P, un angle de vision jusqu'à 360° peut être obtenu permettant de placer l'observateur au coeur même de la construction projetée (par exemple une ferme d'éoliennes). Dans la pratique un effet panoramique peut être réalisé sans avoir besoin d'aller jusqu'à une vision à 360°. [0041] Une fois que les parties d'image ont été définies, par exemple par tracé de rayons, l'image est affichée sur la paroi transparente 10. Une possibilité pour cela est d'imprimer un film pour chaque facette 10A-D de la paroi 10 et de faire adhérer ce film sur la facette en question, sur sa surface intérieure ou extérieure. [0042] La paroi transparente 10 qui, dans l'exemple qui précède, matérialise une surface porteuse d'image peut être absente en dehors des zones où l'image est affichée. - 8 - L'affichage peut alors être réalisé sous la forme d'un ou plusieurs panneaux dont la surface généralement concave porte l'image à afficher et disposés entre le point d'observation P et le lieu prévu pour la construction 15. L'image que porte la surface de ce(s) panneau(x) est, comme précédemment, déterminée de façon à produire la représentation souhaitée au point P. [0043] Un autre mode d'affichage utilise une technologie d'affichage dynamique, à l'aide d'un ou plusieurs appareils électroniques d'affichage. (0044] Cette variante est illustrée par la figure 7 dans un cas où la paroi transparente 20 a une forme sphérique. L'appareil électronique d'affichage consiste, dans cet exemple, en un projecteur 21 qui projette l'image calculée par un processeur 22 auquel sont fournis les paramètres pertinents à savoir la position de la paroi 20 relativement au lieu d'édification prévu pour la construction, la disposition du projecteur 21 dans l'enceinte sphérique et les caractéristiques optiques du projecteur. [0045] Lorsque l'un de ces paramètres change, le processeur 22 recalcule l'image à afficher sur la paroi transparente. 100461 On peut ainsi déplacer l'installation de pré-visualisation en différents lieux à proximité de la construction projetée, pour offrir différents points de vue à l'observateur. 100471 11 est également possible de faire varier des caractéristiques du modèle de la construction. 100481 De façon typique, le point d'observation P est placé par défaut au centre de la forme sphérique de la paroi 20. Cependant, la position du point d'observation P relativement à la paroi 20 peut être définie comme un paramètre variable. En particulier, un système de détection de la position des yeux de l'observateur peut être associé au processeur 22. Ce système comprend par exemple une caméra 23 qui filme la zone centrale de l'enceinte ou se tient l'observateur et un logiciel, connu en soi, de recherche de la position des yeux de la personne dans les images prises par la caméra. Ce logiciel, exécuté par le processeur 22, donne les coordonnées du point milieu entre les deux yeux de l'observateur, qui peuvent être fournies au programme de tracé de rayons pour déterminer de façon dynamique l'image à afficher sur la paroi sphérique. - 9 - [0049] Le point d'observation P peut donc avoir une position variable soit en déplaçant l'ensemble de l'installation, soit du fait de déplacements de l'observateur à l'intérieur de l'installation. [0050] Les lignes en pointillés sur la figure 7 montrent qu'un seul projecteur 21 peut produire une image couvrant assez largement le champ de vision de l'observateur. Si cela ne suffit pas, ou s'il est demandé d'offrir une vision à 360°, notamment quand le siège 13 pivote autour de l'axe A, un ou plusieurs projecteurs supplémentaires peuvent être disposés dans (ou hors de) l'enceinte sphérique pour élargir le panorama présenté. Le processeur 22 fournit alors une composante de l'image à chaque projecteur pour produire l'affichage désiré. Une autre possibilité est d'associer un processeur de calcul à chaque projecteur. [0051] Le processeur 22 est par exemple le processeur central d'un ordinateur personnel. [0052] Le recours à un ou plusieurs projecteurs n'est qu'un exemple parmi d'autres de technique utilisable pour afficher dynamiquement une image sur une paroi transparente. L'invention peut être mise en oeuvre avec d'autres technologies, par exemple à base de cristaux liquides. [0053] Dans une réalisation du procédé selon l'invention, l'image affichée sur la paroi transparente 10 ou 20 est une image stéréoscopique. Elle se compose alors d'une image de canal gauche, déterminée en plaçant le point d'observation sur la position de l'oeil gauche de l'observateur, et d'une image de canal droit, déterminée en décalant le point d'observation quelques centimètres à droite, sur la position de l'oeil gauche de l' observateur. [0054] Les images des canaux gauche et droit sont toutes deux affichées sur la paroi 10 ou 20 et sont vues de manière séparée par les deux yeux de l'observateur pour donner l'impression d'une vision tridimensionnelle. La séparation est obtenue par une technique connue de multiplexage, par exemple avec des polariseurs, des filtres colorés, ou des obturateurs commandés de manière synchrone avec l'affichage des images des canaux gauche et droit. - 10 - [0055] Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont des illustrations de la présente invention. Diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention qui ressort des revendications annexées. REVENDICATIONS1. Procédé pour pré-visualiser l'effet d'une construction, le procédé comprenant: définir au moins une surface porteuse d'image entre un point d'observation (P) et un lieu d'édification prévu pour la construction (15) ; et afficher, sur la surface porteuse d'image, une image de la construction déterminée en fonction des formes et dimensions de la construction et des positions relatives entre le point d'observation, le lieu d'édification et la surface porteuse d'image, de telle sorte qu'un observateur placé au point d'observation visualise in situ l'effet que produira la construction si elle est réalisée au lieu d'édification. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface porteuse d'image a une forme générale concave depuis le point d'observation (P). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la surface porteuse d'image est polyédrique et l'image de la construction se compose de plusieurs parties d'image respectivement affichées sur plusieurs facettes (10A-D) de la surface polyédrique. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la surface polyédrique comporte au moins une facette frontale (10A), une facette supérieure (10B) s'étendant à partir d'un bord supérieur de la facette frontale, et deux facettes latérales (10C-D) s'étendant vers l'arrière à partir de bords latéraux de la facette frontale. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'image de la construction affichée sur la surface porteuse d'image est une image stéréoscopique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un élément de positionnement de l'observateur (13) est prévu pour positionner les yeux de l'observateur sensiblement au point d'observation (P), l'élément de positionnement étant monté pivotant autour d'un axe vertical passant par le point d'observation.-12- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant: - disposer une paroi transparente (10 ; 20) suivant la surface porteuse d'image ; et - afficher l'image de la construction (15) sur la paroi transparente. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'affichage de l'image de la construction sur la paroi transparente (10 ; 20) comprend la réalisation d'un film portant l'image de la construction et l'application du film sur la paroi transparente. 9. Procédé selon la revendication 7, comprenant l'utilisation d'au moins un appareil électronique pour l'affichage de l'image de la construction sur la paroi transparente (10 ; 20). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le point d'observation (P) a une position variable et un changement de position du point d'observation donne lieu au calcul d'une nouvelle image de la construction pour affichage sur la paroi transparente (10 ; 20). 11. Installation de pré-visualisation de l'effet d'une construction, l'installation comprenant un système d'affichage d'une image de la construction sur une surface porteuse d'image conformément à un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.