15 décembre, 2006 CONCEPTION ET DÉVELOPPEMENT D’UN SIG-3D DANS UNE APPROCHE DE SERVICE WEB 3D : Exemple d’une application en modélisation géologique Présentation de Maîtrise Par Etienne Desgagné Sous la supervision de: Jacynthe Pouliot, Ph.D. Thierry Badard, Ph.D. CONCEPTION ET DÉVELOPPEMENT D’UN SIG-3D DANS UNE APPROCHE DE SERVICE WEB 3D : Exemple d’une application en modélisation géologique Présentation de Maîtrise Par Etienne Desgagné Sous la supervision de: Jacynthe Pouliot, Ph.D. Thierry Badard, Ph.D.

 Introduction  Problématique  Objectifs  Méthodologie  Caractéristiques fondamentales du SIG-3D  Conception du SIG-3D  Implémentation du prototype  Conclusion  Introduction  Problématique  Objectifs  Méthodologie  Caractéristiques fondamentales du SIG-3D  Conception du SIG-3D  Implémentation du prototype  Conclusion Plan de la présentation

 La représentation en 2 dimensions du monde qui nous entoure est très répandue.  La réalité est pourtant 3D!  Plusieurs domaines d’application requièrent une gestion explicite de la 3e dimension pour la représentation des entités géospatiales.  La représentation en 2 dimensions du monde qui nous entoure est très répandue.  La réalité est pourtant 3D!  Plusieurs domaines d’application requièrent une gestion explicite de la 3e dimension pour la représentation des entités géospatiales. IntroductionIntroduction Mise en contexte

 L’ISO et l’OGC ont commencé à réviser plusieurs de leurs standards pour permettre une meilleure gestion de la 3 e dimension –Schéma spatial ISO (GM_SOLID) –Geographic Markup Language version 3  L’ISO et l’OGC ont commencé à réviser plusieurs de leurs standards pour permettre une meilleure gestion de la 3 e dimension –Schéma spatial ISO (GM_SOLID) –Geographic Markup Language version 3 IntroductionIntroduction Mise en contexte

 Les outils de modélisation 3D ont atteint un niveau de maturité suffisant pour la création de modèle de qualité mais sont encore limités au niveau de l’analyse spatiale et du stockage des données par rapport aux SIG.  Les SIGs supportent les données spatiales à coordonnées tridimensionnelles mais à géométries surfaciques uniquement (pas de volumes).  Il en va de même pour les SGBD spatiaux destinés au stockage et à l’interrogation de données spatiales  Les algorithmes de leurs opérateurs spatiaux ne tiennent pas compte de la 3 e dimension  Les outils de modélisation 3D ont atteint un niveau de maturité suffisant pour la création de modèle de qualité mais sont encore limités au niveau de l’analyse spatiale et du stockage des données par rapport aux SIG.  Les SIGs supportent les données spatiales à coordonnées tridimensionnelles mais à géométries surfaciques uniquement (pas de volumes).  Il en va de même pour les SGBD spatiaux destinés au stockage et à l’interrogation de données spatiales  Les algorithmes de leurs opérateurs spatiaux ne tiennent pas compte de la 3 e dimension ProblématiqueProblématique

Objectif principal  Établir les concepts nécessaires à la conception et au développement d’un SIG-3D appliqué au domaine de la géologie.

Objectifs spécifiques  Établir les caractéristiques fondamentales d’un SIG- 3D en tenant compte des contraintes spécifiques reliées à la modélisation géologique.  Évaluer les aptitudes et limites des technologies actuelles à gérer la troisième dimension.  Concevoir et modéliser un SIG-3D géologique.  Prendre une approche standard et interopérable. –en adoptant les standards ISO et OGC  Développer un prototype implémentant ces concepts.  Établir les caractéristiques fondamentales d’un SIG- 3D en tenant compte des contraintes spécifiques reliées à la modélisation géologique.  Évaluer les aptitudes et limites des technologies actuelles à gérer la troisième dimension.  Concevoir et modéliser un SIG-3D géologique.  Prendre une approche standard et interopérable. –en adoptant les standards ISO et OGC  Développer un prototype implémentant ces concepts.

MéthodologieMéthodologie  Évaluation d’opportunité: –Réel besoin de gérer la 3e dimension dans les outils géomatique  Inventaire et analyse de l’existant: –Évaluer les technologies actuelles et leur capacité à gérer la 3e dimension.  Conception du système  Réalisation : –Prototype  Test et validation du prototype  Évaluation d’opportunité: –Réel besoin de gérer la 3e dimension dans les outils géomatique  Inventaire et analyse de l’existant: –Évaluer les technologies actuelles et leur capacité à gérer la 3e dimension.  Conception du système  Réalisation : –Prototype  Test et validation du prototype

caractéristiques fondamentales du SIG-3D  Un SIG-3D devrait entre autres offrir les fonctionnalités couramment associées au SIG traditionnel. –cartographie numérique (modélisation géométrique) –gestion et stockage de données spatiales –analyse de données spatiales  Pour passer d’un SIG 2D à un SIG 3D, il ne suffit pas d’ajouter une 3e dimension aux données spatiales.  On doit s’appuyer sur des technologies, standards et structures de données capables de gérer explicitement les objets volumiques.  Un SIG-3D devrait entre autres offrir les fonctionnalités couramment associées au SIG traditionnel. –cartographie numérique (modélisation géométrique) –gestion et stockage de données spatiales –analyse de données spatiales  Pour passer d’un SIG 2D à un SIG 3D, il ne suffit pas d’ajouter une 3e dimension aux données spatiales.  On doit s’appuyer sur des technologies, standards et structures de données capables de gérer explicitement les objets volumiques.

caractéristiques fondamentales du SIG-3D  Au niveau de la modélisation 3D, les outils de type CAD ont été jugés plus efficace pour la construction de modèles adaptés à la géologie. –Gestion explicite des objets volumiques –Structure de données 3D (CSG, tétraèdres, voxels, …) –Outils d’édition adaptés à la construction de modèles 3D  Un CAD pourrait être utilisé comme une des composantes de base pour la construction d’un SIG-3D  Au niveau de la modélisation 3D, les outils de type CAD ont été jugés plus efficace pour la construction de modèles adaptés à la géologie. –Gestion explicite des objets volumiques –Structure de données 3D (CSG, tétraèdres, voxels, …) –Outils d’édition adaptés à la construction de modèles 3D  Un CAD pourrait être utilisé comme une des composantes de base pour la construction d’un SIG-3D

caractéristiques fondamentales du SIG-3D  Les systèmes de gestion de base de données (SGBD) sont très populaire pour le stockage des données ( ex: Oracle, SQLServer, MySQL…)  Ils sont connus pour offrir de nombreux avantages tels que: –Meilleur accessibilité des données (accès multi-usagers) –Intégrité des données –Sécurité des données –Centralisation des données  L’utilisation des SGBD est très répandue dans les SIG-2D et ils ont prouvé leur efficacité.  Les systèmes de gestion de base de données (SGBD) sont très populaire pour le stockage des données ( ex: Oracle, SQLServer, MySQL…)  Ils sont connus pour offrir de nombreux avantages tels que: –Meilleur accessibilité des données (accès multi-usagers) –Intégrité des données –Sécurité des données –Centralisation des données  L’utilisation des SGBD est très répandue dans les SIG-2D et ils ont prouvé leur efficacité.

caractéristiques fondamentales du SIG-3D  Pour ce qui est de l’analyse spatiale, plusieurs caractéristiques sont importantes pour notre système: –opérateurs spatiaux basés sur une algorithmie 3D –Standardisation des opérations spatiales –Accès transparent aux mêmes opérateurs spatiaux pour n’importe quel client  Pour ce qui est de l’analyse spatiale, plusieurs caractéristiques sont importantes pour notre système: –opérateurs spatiaux basés sur une algorithmie 3D –Standardisation des opérations spatiales –Accès transparent aux mêmes opérateurs spatiaux pour n’importe quel client

Conception du système  Notre solution, concevoir et développer un SIG-3D : –s’appuyant sur une architecture multi tiers (un client, un serveur d’application et une base de données) –qui exploite le concept de service Web interopérabilité entre divers systèmes (multiplateforme)interopérabilité entre divers systèmes (multiplateforme) utilisent des standards et protocoles ouvertsutilisent des standards et protocoles ouverts Services web OGC (WMS, WFS, WTS)Services web OGC (WMS, WFS, WTS)  Notre solution, concevoir et développer un SIG-3D : –s’appuyant sur une architecture multi tiers (un client, un serveur d’application et une base de données) –qui exploite le concept de service Web interopérabilité entre divers systèmes (multiplateforme)interopérabilité entre divers systèmes (multiplateforme) utilisent des standards et protocoles ouvertsutilisent des standards et protocoles ouverts Services web OGC (WMS, WFS, WTS)Services web OGC (WMS, WFS, WTS)

Conception du système  Au niveau des fonctionnalités du système, notre SIG-3D devrait permettre : –de connaître les jeux de données disponibles sur un serveur (getCapabilities) –d’importer des modèles stockés dans une base de données (getFeature) –d’exporter nos modèles dans la base de données (transaction->Insert) (transaction->Insert) –d’effectuer de l’analyse spatiale 3D  Au niveau des fonctionnalités du système, notre SIG-3D devrait permettre : –de connaître les jeux de données disponibles sur un serveur (getCapabilities) –d’importer des modèles stockés dans une base de données (getFeature) –d’exporter nos modèles dans la base de données (transaction->Insert) (transaction->Insert) –d’effectuer de l’analyse spatiale 3D

Conception du système Serveur d’application Schéma spatial ISO Stockage XML Structure de données 3D Interface standard (Datastore) Librairie d’opérateurs spatiaux 3D Interface standard (WFS) CAD A + Plugin CAD B + Plugin Viewer VRML/X3D Protocole HTTP Interface standard (WFS)

Conception du système  Des structures de données particulières sont nécessaires pour le stockage des données puisque les SGBDs ne supportent pas les géométries volumiques. Datastores Geo TEN Geo TEN Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial GeoTEN structure (Lachance) Stockage XML + Données descriptives Protocole standardidgeometryminxminyminzmaxxmaxymaxz1237<gml:Solid <gml:Solid

Implémentation du prototype  Le prototype a été développé avec le langage Java à cause de sa portabilité et de l’accessibilité à des technologies connexes open source.  Deegree est un “Framework” Java et open source qui permet le développement d’application spatiale standard. Il a été choisi pour: –son implémentation du schéma spatial ISO (partielle) –son implémentation du WFS  Les modèles 3D sont stockés sous format GML –Le populaire et rapide SGBD open source MySQL a été utilisé  Le prototype a été développé avec le langage Java à cause de sa portabilité et de l’accessibilité à des technologies connexes open source.  Deegree est un “Framework” Java et open source qui permet le développement d’application spatiale standard. Il a été choisi pour: –son implémentation du schéma spatial ISO (partielle) –son implémentation du WFS  Les modèles 3D sont stockés sous format GML –Le populaire et rapide SGBD open source MySQL a été utilisé Choix des technologies

Implémentation du prototype  Gocad est un outil de modélisation 3D utilisé dans le domaine géologique. Il permet entre autres de modéliser des solides à l’aide de tétrahèdres.  Apache Tomcat est un serveur d’application Java et open source très populaire.  Gocad est un outil de modélisation 3D utilisé dans le domaine géologique. Il permet entre autres de modéliser des solides à l’aide de tétrahèdres.  Apache Tomcat est un serveur d’application Java et open source très populaire. Choix des technologies

 Un premier opérateur spatial, le 3D bounding box (bbox) est développé pour restreindre la sélection d’objets dans un secteur 3D particulier d’un modèle.  D’autres opérateurs spatiaux 3D seront ajoutés dans le futur tels que : Equals, Disjoint, Touches, Within, Overlaps, Crosses, Intersects, Contains, Beyond  Ce sont ceux définis dans ISO !  Un premier opérateur spatial, le 3D bounding box (bbox) est développé pour restreindre la sélection d’objets dans un secteur 3D particulier d’un modèle.  D’autres opérateurs spatiaux 3D seront ajoutés dans le futur tels que : Equals, Disjoint, Touches, Within, Overlaps, Crosses, Intersects, Contains, Beyond  Ce sont ceux définis dans ISO ! Implémentation du prototype Opérateurs spatiaux

3D Web Geological Feature Server (WGFS) Apache Tomcat Client http JNI Gocad © Deegree JTS Datastores WFS GML format ParseurXML Plugin WFS Schéma spatial ISO Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial Librairie d’opérateurs spatiaux 3D Jdbc Stockage GML 3 + Données SIGEOM Requête Données Architecture du système

3D-WGFS Client Gocad © Deegree Datastores Plugin WFS Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial Comment cela fonctionne? getCapabilities Modèlesdisponibles

3D-WGFS Client Gocad © Deegree Datastores Plugin WFS Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial Comment cela fonctionne? getCapabilities Modèlesdisponibles

3D-WGFS Client Gocad © Deegree Datastores Plugin WFS Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial Comment cela fonctionne? getCapabilities Modèlesdisponibles

Ex : lithologie = ‘V3B’ ET stratigraphie = ‘[arch]3’

Comment cela fonctionne? Client Gocad © Deegree Datastores Plugin WFS Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial getFeatures Stockage GML 3 + SIGEOM data SGBD RequêteSQL Données (GML format) 3D-WGFS Données

Comment cela fonctionne? Client Gocad © Deegree Datastores Plugin WFS Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial getFeatures Stockage GML 3 + SIGEOM data SGBD requête SQL Données Données (format GML) 3D-WGFS

Server Client gOcad © Deegree Datastores Plugin WFS Generic SQL Generic SQL PostGIS Oracle Spatial Oracle Spatial GML 3 storage + SIGEOM data SGBD Comment cela fonctionne? WFStransaction Requête SQL ( Insert, Update, Delete )

ConclusionConclusion Un petit rappel:  Caractéristiques fondamentales d’un SIG-3D  Aptitudes et limites des technologies actuelles à gérer la 3 e dimension (SIG, SGBD spatiaux, CAD, Standards…)  Conception et modélisation de notre SIG-3D  Approche standard et interopérable  Prototype Un petit rappel:  Caractéristiques fondamentales d’un SIG-3D  Aptitudes et limites des technologies actuelles à gérer la 3 e dimension (SIG, SGBD spatiaux, CAD, Standards…)  Conception et modélisation de notre SIG-3D  Approche standard et interopérable  Prototype

ConclusionConclusion  Travaux futurs: –La librairie d’opérateurs spatiaux devra être complétée. –Meilleure performance lors du transfert de solides conséquents. –Besoin éventuel d’indexation spatiale 3D. –Lock des données dans les environnements multi-usagers.  Nous pensons que les concepts présentés aujourd’hui sont porteurs et représentent une voie de recherche prometteuse!  Travaux futurs: –La librairie d’opérateurs spatiaux devra être complétée. –Meilleure performance lors du transfert de solides conséquents. –Besoin éventuel d’indexation spatiale 3D. –Lock des données dans les environnements multi-usagers.  Nous pensons que les concepts présentés aujourd’hui sont porteurs et représentent une voie de recherche prometteuse!

Merci!Merci!