Méthodes de mesure de la structure 3D des arbres H. Sinoquet, B. Adam, N. Donès INRA, UMR 547 PIAF, Clermont-Ferrand

Des plantes mesurées en 3D Pour quoi faire ? DIGITALISATION 3D MODELES DE SIMULATION STRUCTURE 3D ANALYSE

Des plantes mesurées en 3D Pour quoi faire ? Analyser les propriétés 3D des plantes 20 cm 10 cm 5 cm Nδ  δ-D D dim fractale TLA = a x (Vδ / δ3-D) x LA1-D/2 Un exemple d’utilisation de plantes mesurées: On montre d’abord que les arbres – ici de pommiers – présentent une dimension fractale (dimension non entière), ceci en appliquant la méthode des boites sur la couronne. Ensuite, on en déduit une relation entre surface foliaire totale et volume de la couronne. Cette relation faisant aussi intervenir la dimension fractale (et la surface individuelle de la feuille). La comparaison avec les surfaces foliaires réelles est très bonne. Application potentielle (qui reste à faire): déterminer la surface foliaire totale à partir de photos, sans faire d’hypothèse sur la porosité. TLA: surface foliaire totale Vδ : volume de couronne à échelle δ LA : surface moyenne de feuille individuelle D : dimension fractale a : paramètre

Digitalisation 3D de l’architecture des arbres Comment mesurer les coordonnées spatiales ? Digitaliseurs à contact Digitaliseurs sans contacts Comment reconstruire l’architecture à partir des coordonnées ? Information supplémentaire nécessaire Méthode de reconstruction

Mesure des coordonnées spatiales des constituants d’un couvert végétal Méthodes à pointeur: Semi-automatique : - Tous les constituants : + Nature des constituants : + Tous les constituants: oui mais dans le volume actif, et souvent pb d’accessibilité: donc pour des plantes de quelques mètres (e.g. verger piéton) Nature des constituants: e.g. pousse végétative, pousse fructifère

Logiciel PiafDigit <Acquisition de l'Architecture des Arbres> Acquisition simultanée: Topologie simplifiée Géométrie 3D Information additionnelle Configurable: Entités et leurs attributs Relations topologiques multi-échelle Ergonomie: Topologie vérifiée en temps réel Visualisation 3D en temps réel

Plantes réelles vs. Plantes digitalisées Petit noyer Walnut Mango1 Noyer Manguier ‘Grand’ noyer (8 m) Here you can see the comparison between actual photographs and virtual images of the same 3D digitized plants. Plant images are synthesized by using computer graphics software. The software uses the geometrical information in the 3D database to make the plant images. The visual agreement is good, and this holds for a range of canopy size: from small tree seedlings to rather big trees. In fact, my big tree is not so big with regard to tree size diversity, but it is big with regard to the work required to measure its 3D structure. The method has also been used to describe the canopy structure of a grass-legume mixture, this is a very short canopy. Mélange Trèfle / Fétuque

Mesure des coordonnées spatiales des constituants d’un couvert végétal Méthodes sans contact: Scanner Laser, Stéréophotographie Automatique : + Constituants cachés : - Nature des constituants : - Automatique, avec aussi une forte densité de points (e.g. 20000 points pour une feuille) Constituants cachés: des points seulement sur les parties vues, e.g. atteints par les rayons laser et vus par le récepteur (car pas forcément colinéaire). Nature des constituants; et même plus: à quel organe rattacher chaque point du nuage ?

Méthodes sans contact : Définir les potentialités Parties masquées: Définir les limites d’utilisation: Densité de la plante Utilisation de scanner CT (rayons X): Dutilleul et al. 2008 Nature des points et reconstruction des organes: Reconnaissance de texture ? Reconnaissance de forme ? Utiliser pour d’autres objectifs: Surfaces continues: feuilles 3D En couplage avec la digitalisation à contact: Feuilles 3D sur une maquette de plantes Pour des descriptions moins fines de la structure e.g. distribution spatiale de la densité foliaire e.g. Hosoi et Omasa 2007 Problème de densité du feuillage = problème de toutes les méthodes de télédétection: on obtient de l’information seulement sur les parties non cachées. Scanner rayons X: difficile à emmener sur le terrain ! Nature des points: un problème difficile sur lequel se penche l’INRIA