N° d'ordre

Laurent Polidori

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre : École Doctorale Mathématiques, Sciences de l'Information et de l'Ingénieur UdS – INSA – ENGEES THÈSE Présentée pour obtenir le grade de Docteur de l'Université de Strasbourg Discipline : Sciences de l'Ingénieur Spécialité : Topographie-Géomatique par Hakim BOULAASSAL Segmentation et modélisation géométriques de façades de bâtiments à partir de relevés laser terrestres Soutenue publiquement le 03 février 2010 Membres du jury Président : M. Laurent POLIDORI, Professeur, Titulaire de la Chaire de Géomatique du CNAM, Directeur de l'ESGT Rapporteur externe : M. François GOULETTE, Enseignant chercheur HDR, Mines ParisTech Directeur de thèse : M. Pierre GRUSSENMEYER, Professeur des Universités, INSA de Strasbourg Examinateur : Mme Tania LANDES, Maître de Conférences, INSA de Strasbourg MAP-PAGE UMR-694

• algorithme de modélisation de façade


• segmentation


• façade


• laser scanner


• d?une étape de modélisation


• ransac algorithm

Sujets

• Goulette
• Polidori
• Landes
• Alsace
• Segmentation
• Façade

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 février 2010
• Nombre de lectures: 174
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

N° d’ordre :

École Doctorale Mathématiques, Sciences de
l'Information et de l'Ingénieur
UdS – INSA – ENGEES


THÈSE


Présentée pour obtenir le grade de


Docteur de l’Université de Strasbourg
Discipline : Sciences de l’Ingénieur
Spécialité : Topographie-Géomatique

par

Hakim BOULAASSAL


Segmentation et modélisation géométriques
de façades de bâtiments
à partir de relevés laser terrestres



Soutenue publiquement le 03 février 2010

Membres du jury
Président : M. Laurent POLIDORI, Professeur, Titulaire de la Chaire de Géomatique du CNAM,
Directeur de l’ESGT
Rapporteur externe : M. François GOULETTE, Enseignant chercheur HDR, Mines ParisTech
Directeur de thèse : M. Pierre GRUSSENMEYER, Professeur des Universités, INSA de Strasbourg
Examinateur : Mme Tania LANDES, Maître de Conférences, INSA de Strasbourg
MAP-PAGE UMR-694





Remerciements

Remerciements

Je tiens à remercier la Région Alsace d’avoir permis le financement de cette thèse.
Mes remerciements vont également à Monsieur Pierre GRUSSENMEYER, pour m’avoir
accueilli au sein du laboratoire MAP-PAGE, pour son attention, son encadrement, ses
conseils avisés et pour avoir accepté de diriger cette thèse.
Un grand merci à Madame Tania LANDES pour son travail d’encadrement et de correction,
mené avec patience, et pour ses remarques pertinentes et constructives.
J’exprime ma reconnaissance envers les membres du jury pour l’honneur qu’ils me font en
acceptant d’évaluer ce travail. Je remercie en particulier les rapporteurs de cette thèse,
Monsieur Laurent POLIDORI et Monsieur François GOULETTE pour le regard critique
qu’ils portent sur ce travail.
Mes vifs remerciements vont également aux membres et étudiants du laboratoire MAP-PAGE,
tout particulièrement Majd, Chokri, Eva, Mostafa, Daniel, Bernard et Samuel, pour les
moments passés ensemble et pour leur gentillesse.
Enfin, je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à ma famille pour son soutien
inconditionnel, ma mère pour sa confiance et ses prières tout au long de mes études ainsi que
ma chère femme Anissa pour ses encouragements et son grand amour, et mes frères :
Mohamed, Majid, Abel Aaziz et Tijani.
A ma nièce Ouassima et mes neveux Mohamed, Adil et Mohamed-Amine
Enfin, merci à toutes les personnes ayant contribué, de près ou de loin, à l’aboutissement de
ce travail.


Hakim BOULAASSAL


1
Résumé
Résumé
La production de modèles 3D urbains tient une place prépondérante et grandissante dans le
domaine de la photogrammétrie et de la vision par ordinateur. Les développements récents
apportés aux scanners laser terrestres, tant en termes de rapidité dřacquisition quřen termes de
précision de mesure, laissent envisager de nouvelles problématiques de recherche relatives
notamment à la modélisation des façades. Les données issues dřun scanner terrestre sont
décrites par un ensemble de points définis dans un système de coordonnées cartésiennes en
3D.
Cette thèse propose une approche de segmentation et de modélisation géométriques de
façades de bâtiments à partir de relevés laser terrestres. La chaîne de traitements répondant à
cet objectif est composée dřune étape de segmentation suivie dřune étape de modélisation.
Dans un premier temps, en supposant que les façades soient en général composées
majoritairement de surfaces planes, une segmentation automatique procède à la
décomposition du nuage de points en un ensemble de segments plans. On entend par
« segment plan », un ensemble de points situés dans une zone tampon définie autour du plan.
Lřapproche de segmentation extrait tout dřabord les segments plans à lřaide de lřalgorithme
RANSAC (RANdom SAmple Consensus). Comme la réalité nřest pas toujours compatible
avec des modèles mathématiques, lřalgorithme RANSAC a été optimisé et renforcé par un
algorithme de croissance de région de façon à corriger les erreurs apparaissant lorsque des
points se trouvent sur le même plan, mais qui décrivent des objets architecturaux différents.
Ensuite, à partir des résultats de segmentation, un algorithme de modélisation de façade a été
développé. Celui-ci commence par extraire automatiquement les contours en sřappuyant sur le
résultat dřune triangulation de Delaunay. Les contours ne sont, en réalité, que des points
constituant les lignes caractéristiques esquissant les éléments de la façade. Lřalgorithme de
modélisation sřappuie sur ces résultats pour produire un modèle vectoriel. Pour ce faire, les
contours sont décomposés en arêtes droites et en arcs, en se basant sur le critère de colinéarité
des points. La modélisation de lřensemble des arêtes issues de la décomposition est réalisée
grâce à lřétude de leurs caractéristiques géométriques, mais aussi de leurs relations de
voisinage. À ce stade, on obtient un modèle vectoriel de chaque segment plan et des arêtes des
éléments qui composent la façade.
Enfin, les résultats issus des algorithmes composant lřensemble de la chaîne de traitements
sont comparés à des données de références pour leur évaluation. Pour accéder à cette
comparaison, des indices de qualité sont estimés. Il en ressort que la qualité des résultats
dépend bien entendu des caractéristiques de lřobjet numérisé et des données laser (degré de
complexité des façades, taille des détails architecturaux, densité de points, résolution spatiale).
Toutefois, les résultats obtenus sont satisfaisants et confirment la fiabilité de cette approche.
Mots clés : Nuage de points, segmentation, algorithme, façade, extraction, contours, primitive
géométrique, modélisation.

2
Résumé
Abstract

The production of 3D urban models is of high interest in the photogrammetric and computer
vision fields. The recent developments made for terrestrial laser scanners, especially in terms
of acquisition speed and measurement accuracy, lead to new research topics like for instance
the modelling of 3D building facades. Data provided by a terrestrial laser scanner is made of
points defined in a 3D Cartesian coordinate system.
This thesis proposes a geometric approach for segmentation and modelling of building
facades using terrestrial laser scanner data. The processing sequence consists of a
segmentation step followed by a modelling step. Firstly, by assuming that façades are mainly
composed of planar surfaces, an automatic segmentation proceeds to the decomposition of the
point cloud into a set of planar clusters. A Ŗplanar clusterŗ is a set of points located in a buffer
zone around the calculated plane. The segmentation algorithm firstly extracts the planar
cluster using the RANSAC algorithm (RANdom SAmple Consensus). Since reality is not
always adjustable by mathematical models, the RANSAC algorithm has been optimized. So a
region growing algorithm has been developed in order to correct errors occurring when points
are on the same plane, but describe different architectural objects.
Then, based on the segmentation results, a façade modelling algorithm has been developed. It
starts with the automatic extraction of façade contours based on the results of a Delaunay
triangulation. The contours are composed by points describing the elementsř edges of the
facade. Based on these results, the modelling algorithm produces a vector model of the
façade. To do this, the contours are decomposed into straight and curved edges, based on the
criterion of pointřs collinearity. Then, the modelling of edges is performed based on the study
of their geometric characteristics, as well as their topological relationships. At this level, a
vector model of each planar cluster and of the edges that describe the façade elements is
available.
Finally, to assess the results of the algorithms composing the entire processing sequence, they
are compared to a reference. For this purpose, quality indices have been used. Obviously, the
quality of the results depends on different façade types as well as point cloud characteristics
(facade complexity, architectural details, size, point density, spatial resolution, etc.). The
obtained results are satisfactory and confirm the re