# Visualisation 3D immersive de données topographiques et de simulation, et technologies associées

E. Delage, Susan Conway, Malcolm Whitworth

► To cite this version:

E. Delage, Susan Conway, Malcolm Whitworth. Visualisation 3D immersive de données topographiques et de simulation, et technologies associées. Plénières ARAMIS, Feb 2022, LYON, France. hal-03565794

HAL Id: hal-03565794

https://uca.hal.science/hal-03565794

Submitted on 11 Feb 2022

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OPGC

Observatoire

de Physique du Globe

de Clermont-Ferrand

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I-SITE
CLERMONT
Clermont Auvergne Project

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Assemblée
ARAMIS
2020

1 février
2022

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AGENCE
RHONE AUVERGNE
DE L'INFORMATION
DU GOUVERNEMENT
DANS UN SUPERIORS

# Visualisation 3D immersive de données topographiques et de simulation, et technologies associées

## Emmanuel Delage @ OPGC - CNRS

* ANR-19-CE01-0010 PERMOLARDS Project

Susan Conway & al

* 2017-1-UK01-KA203-036719 ERASMUS+ 3DTeLC Project

Malcolm Whitworth & al
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## PLAN

* **Généralités**
  * Méthodes et outils de la visualisation 3D

• Matériel pour la réalité virtuelle

- Mise en œuvre dans les projets

• Acquisition de données

• Modélisation topographique

- Impression 3D

- Vidéo 360 et Flyby

- Développement de la Réalité Virtuelle

- Visualisation des simulations d'écoulement

- Application VRVOLC
• Méthodes et outils de la visualisation 3D

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# Méthodes et outils de la visualisation 3D

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* Acquisition photos drone ou au sol

* Photogrammétrie (Agisoft Metashape) :

* Maillage (Obj)

* Texture (Jpg, Png)

### Photogrammétrie (Modèle 3D)

topographie

### Modèle Numérique de Terrain (Modèle 2.5D)

* Au format Asc ou GeoTiff :

* CRAIG 10m+: https://www.craig.fr/

* IGN 25m : https://geoservices.ign.fr/bdalti

* NASA 90m https://srtm.csi.cgiar.org/srtmdata/

* En open access
• Méthodes et outils de la visualisation 3D

• Charger un **environnement** (Terrain, Lumière...)

• Mettre en place une **navigation** (Personnage, Déplacements...)

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• **Unity Hub**

• Unity installations (LTS)

• Vos projets

• Visual studio C#

• Builds :

• PC, Mac & Linux Standalone

• Android

• WebGL

• PS4, PS5, Xbox One...

Unity est gratuit pour une
utilisation non commerciale

• XR Plugin Unity : **Oculus**

• Casque all-in one : Quest 2

• Casque + PC : Rift S
• Méthodes et outils de la visualisation 3D

Web

• Unity **WebGL** builds a package with Javascript

• Limitations :

• Casque n'est pas pris en charge

• Droits d'accès réduits des fichiers du serveur Web...

• Exemples : http://opgc.fr/vobs/3DTeLC/home.php

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Lemptegy summer 2019</figcaption></figure>

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Dallol</figcaption></figure>

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Lempetegy winter</figcaption></figure>

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Dallol canyons</figcaption></figure>
# Méthodes et outils de la visualisation 3D

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* Ricoh Theta Z (1000 E)

* Photos 23MP (6720 x 3360, 7K)

* Vidéo 4K (3840 x 1920, 29,97 ips)

* Application Ricoh Theta

* Ffmpeg pour couper des séquences, réduire la résolution et le Bitrate, ajouter des logos

360.Video Metadata Tool.win

* 360 Hébergé chez vous : **Three.js**
  http://opgc.fr/vobs/Chaumont/vid360/ben.html

* Photo 360 avec Hugin, ex avec 30 photos:
  https://opgc.fr/vobs/Chaumont/pano/bibi.html

* **CloudCompare** et son plugin animation

https://www.youtube.com/watch?v=12iUC4fgWEM

* Capture de streaming avec OBS Studio ex
  http://www.youtube.com/watch?v=hnyomWRZ_0k&t=47s
# Méthodes et outils de la visualisation 3D tangible

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* Le logiciel d'impression Ultimaker **Cura** est gratuit et fonctionne pour la plupart des imprimantes 3D
• Méthodes et outils de la visualisation 3D

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Pour un état d'écoulement
sur un MNT de 1000*1000
la taille du fichier est de 2Mo

• Données en entrée : MNT Asc

• (x colonne, y ligne)=> hauteur du MNT

• Simulation d'écoulement

• Données en sortie :

• Format Binaire ad hoc

• Valeur de hauteur en Unsigned char

• Autant de fichiers que d'état d'écoulement

• Lecture et Affichage des états d'écoulement
dans Unity

• Lancement de l'application Unity

• Appel de la simulation d'écoulement depuis Unity

• Récupération et affichage d'un état de
l'écoulement dès qu'il est disponible
# Matériel pour la réalité virtuelle

* Casque **all-in-one** : Quest 2

* Casque + PC : Rift S

## PC avec une carte graphique compatible RV

Marché DELL : Stations de travail fixes et portables

- Catégorie 2 : Réalité Virtuelle et 3D Temps Réel

- Catégorie 3 : Calcul, Simulation et IA

<table><thead><tr><th>Casque</th><th>Quest 2</th><th>Rift S</th><th>HTC Vive Pro 2</th></tr></thead><tbody><tr><td>Définition</td><td>1834 x 1920 par œil</td><td>1280 * 1440 pixel par œil</td><td>2448 * 2448 pixel par œil</td></tr><tr><td>Champ de vision</td><td>110°</td><td>110°</td><td>120°</td></tr><tr><td>Fréquence d'affichage</td><td>90 Hz</td><td>80 Hz</td><td>120 Hz</td></tr><tr><td>Méthode de détection</td><td>Capteurs intégrés</td><td>Capteurs intégrés</td><td>Balises externes</td></tr><tr><td>Poids</td><td>503 g</td><td>563 g</td><td>850 g</td></tr><tr><td>Prix</td><td>~350 E</td><td>~500 E</td><td>~1400 E</td></tr></tbody></table>
• Acquisition de données

• Programmer un plan de vol

• 450 photos Jpg
(~12 Mo) = 5.5 Go

• Attention au

• changement de
luminosité pendant
le vol

• zones d'ombre

• Mavic 2 pro
Mavic entreprise Dual

<figure><img src="image_27.png" /></figure>
• Modélisation Topographique

* Workflow de Photogrammétrie

* AGISOFT Metashape

* Interaction avec le Mésocentre UCA pour l'utilisation d'un serveur GPU

* Modèle tuilé final de 225Mo

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

**Points d'attache :**
50,000
15 minutes

**Nuage de points**
**dense :**
100,000,000
24 heures

**Maillage :**
20,000,000
1 h

**Texture :**
1 h

**Modèle tuilé**
1 h
• Visualisation Blender d'une tuile d'un modèle OBJ tuilé

<figure><img src="image_29.png" /></figure>
• Impression 3D

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Modèle drone 4cm</figcaption></figure>

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>LIDAR 5m avec les données du CRAIG</figcaption></figure>
• Vidéo 360 et Flyby

<figure><img src="image_32.png" /></figure>

<figure><img src="image_33.png" /></figure>
• Développement de la réalité virtuelle

• Scène

• GameObjet

• Simulations

• Terrain

• Character...

• Display

• Build Settings : Ajout des scènes, choix de la plateforme

• Player Settings : Contrôles, XR Plugin : Oculus,...

• Arborescence du projet

• Inspector

• Transform

• Scripts

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

<figure><img src="image_35.png" /></figure>
# Visualisation des simulations d'écoulement

https://doi.org/10.25519/VOLCFLOW-C

* Réécriture en C de VolcFlow MatLab.

* Lit fichier raster ASCII Esri asc file (*.asc) contenant le MNT

* Optimisation: OpenMP, use fastmath, use float, facilitate compiler vectorization, use MULT instead of DIV => Speedup 2.5 sur la même machine.

* **Ecrit un fichier binaire d'une matrice de hauteurs** d'écoulement prêt pour la RV

* **Freeware sur demande**

* Testé au **Mesocentre UCA** (sur SMP)

## r.avaflow_vr

* Ajout dans le code de l'écriture d'un fichier binaire d'une **matrice de hauteurs** d'écoulement prêt pour la RV

* Avantages:

* **R.avaflow est open source,**

* Intégrable dans une application de RV opensource
• Application VRVolc

• https://doi.org/10.25519/VRVOLC

• **Principal Investigator** : Benjamin van Wyk de Vries
• **Auteurs** : Emmanuel Delage, Jordan Daffix (ISIMA), Nicolas Perrot (IUT Informatique Graphique du Puy en Velay), Gilian Sauret (ISIMA), Mohamed Bouafas (ISIMA)

- Projet débuté en 2019

- 12 mois de stages et projets tutorés

• Application open source de réalité virtuelle Unity pour la **Visualisation** des **topographies** et des **simulations** d'écoulement de lave, d'avalanche, d'éboulement... Développement en cours de la visualisation des écoulements 'r.avaflow' en **temps-réel** !

L'application peut charger en cours d'exécution:

- les Modèles Numériques de Terrain

- les orthophotographies

- Et les simulations associées
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Merci de votre attention !