Nous avons suivi, lors des deux derniers articles (Le Cube spatio-temporel d’ArcGis : 1- découverte, Le cube spatio-temporel d’ArcGis : 2- hot spots et cold spots ), un exemple de construction et visualisation d’un cube spatio-temporel avec ArcGis Pro 1.0.
Nous verrons ici comment faire la même chose en dehors d’ArcGis Pro, avec ArcMap et ArcScene 10.3.
A la question posée dans le titre, est-ce possible ou pas?, nous allons répondre par l’affirmative, mais à quel prix?
La première partie, construction du cube, est possible dans ArcMap.
La visualisation en 3D du cube, même si ce n’est pas documenté dans la documentation ESRI, est possible avec ArcScene.
Voyons tous les obstacles à franchir, car c’est une course d’obstacles!
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Le Cube spatio-temporel d’ArcGis : 1- découverte
Un des domaines où il reste beaucoup à faire dans les SIG est bien le domaine de l’analyse temporelle. En effet, si la quasi totalité des outils disponibles se concentrent sur les évolutions spatiales d’un phénomène, on se retrouve assez démuni quand il s’agît de visualiser ou d’analyser un phénomène qui évolue aussi en fonction du temps.
Nous avons, depuis un certain temps, des outils d’animation qui permettent de voir une séquence de cartes et percevoir des changements en fonction du temps. Mais bien qu’utiles pour la communication, ces outils ne permettent aucune analyse sérieuse des données.
Nous allons voir, dans une série d’articles, les nouveaux outils disponibles dans ArcMap et ArcGis Pro sous la forme d’une boîte à outils Outils d’exploration des modèles spatio-temporels (Time Pattern Mining). Nous allons suivre un exemple, d’abord avec ArcGis Pro, puis on verra comment faire avec ArcMap.
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Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(2)
Pour finir la création de notre propre source d’élévation, commencée dans l’article précédent (Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(1)) nous allons voir l’utilisation de la calculatrice raster dans ArCGis Pro.
Nous avons deux zones distinctes dans notre surface de travail:
- une zone terrestre
- une zone marine
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Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(1)
La nouvelle application d’ArcGis étant disponible, nous allons lui consacrer quelques articles pour ceux qui veulent l’explorer ou ceux qui veulent démarrer un vrai projet.
Le plus d’ArcGis Pro est la cohabitation 2D-3D dans les projets. Sauf pour les adeptes d’ArcScene, la plupart des utilisateurs d’ArcMap se cantonnent aux vues 2D, même quand ils travaillent avec des données en plus de 2 dimensions comme les MNT.
Nous avons déjà publié une série d’articles qui abordent le sujet de comment passer des données 2d aux données 3D:
Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 1 – Avec Interpoler une forme
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Intégrer une bibliothèque de symboles 2D de haute qualité dans ArcGis (Symboles IAN)
Nous allons voir comment récupérer et intégrer une bibliothèque de symboles 2D dans ArcGis.
Le serveur de symboles IAN
Le Réseau local d’intégration et d’application (IAN : Integration and Application Network) est un groupe de scientifiques dont l’objectif est la résolution, non seulement l’étude, des problèmes environnementaux. IAN est une initiative de l’Université du Maryland Center for Environmental Science. La mission de l’IAN est d’inspirer, de gérer et de produire des synthèses et des évaluations en temps opportun sur les questions environnementales clés, avec un accent particulier sur la baie de Chesapeake et son bassin versant. IAN est un réseau qui comprend différentes agences et institutions des Etats Unis d’Amérique.
L’IAN met à disposition librement et gratuitement d’une série de bibliothèques de symboles. Le site est à l’adresse http://ian.umces.edu/symbols/
Téléchargement des bibliothèques de symboles
La bibliothèque contient actuellement 2782 symboles, regroupés par catégories.
Cliquez sur l’option « download » pour avoir la liste des catégories disponibles.
Il faut que vous choisissiez le format à télécharger. Il y en a trois possibles: svg,adobe illustrator et png. Les deux premiers sont des formats vecteur et le dernier un format raster.
Le seul qui est utilisable directement par ArcGis est le format raster .png. Mais, justement, il est recommandé d’éviter les symboles raster:
On va voir ici comment récupérer les symboles svg (en plus ils sont directement utilisables avec QGis) qui ont l’avantage d’être des symboles vectoriels et de ne pas avoir les deux inconvénients des symboles raster.
Choisissez donc vos bibliothèques et l’option « SVG (vector) » et « Individual : single files in folders ».
Vous pouvez télécharger aussi la version png. Comme cela vous pourrez voir dans le gestionnaire de fichiers les images, contrairement aux fichiers svg qui ne s’affichent pas sous forme de vignettes.
Convertir les fichiers svg en emf: Inkscape
Comme les fichiers svg ne sont pas lisibles par ArcGis nous devons les convertir en un format lisible. Le format vecteur utilisé par ArcGis est le format emf.
Un logiciel libre et gratuit qui peut faire cette conversion est Inkscape. Vous pouvez le télécharger à l’adresse: https://inkscape.org/fr/download/
Une fois installé, pour convertir un symbole svg en emf:
Ouvrez Inkscape et chargez le symbole svg à convertir
Enregistrez le fichier en sélectionnant le format emf
Voilà! c’est fait!
Vous pouvez dès à présent utiliser le symbole dans ArcGis: Ouvrez l’éditeur de symboles de la couche, sélectionnez symbole ponctuel image (eh oui! c’est bien une image vecteur), pointez sur le fichier emf que vous venez de créer, et le tour est joué.
Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 5-création de surfaces raster 3D
Créer une surfaces 3D à partir d’entités topographiques est assez courant pour des utilisateurs de SIG. En partant de données ponctuelles, linéaires ou surfaciques structurées en X,Y,Z ou seulement en X,Y mais avec un attribut contenant le Z, vous créez des surfaces continues qui peuvent être de deux grands types: des surfaces raster ou des surfaces vectorielles.
Créer un surface raster
Une surface raster est une surface continue constituée de cellules carrées contiguës. Toutes les cellules ont la même taille. Vous créez ces surfaces généralement en interpolant des entités ponctuelles (hauteurs), linéaires (courbes de niveau?…) ou plus rarement surfaciques.
Dans ArcGis il y a de nombreuses méthodes d’interpolation disponibles, mais il y en a une spécialement conçue pour créer des Modèles numériques de terrain.
Il s’agît de l’outil Topo vers raster est une méthode d’interpolation spécialement destinée à la création de modèles numériques de terrain (MNT) hydrologiquement corrects.
Topo vers raster interpole les valeurs d’altitude d’un raster en imposant des contraintes pour garantir :
Ainsi, il s’agit de l’unique interpolateur d’ArcGIS conçu spécialement pour s’appliquer intelligemment à des entrées d’isolignes.
Nous allons créer une surface raster à partir d’une couche d’isobathes.
La commande Topo vers Raster se trouve dans la boîte 3D Analyst->Interpolation raster
Une fois la couche en entrée définie, vous devez sélectionner le champ contenant les Z et choisir la taille des cellules en sortie.
Le résultat s’affiche dans ArcMap.
Cette couche peut être chargée dans ArcScene et peut être utilisée comme base pour les hauteurs affichées dans la vue.
Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 4-utiliser les symboles 3D
Une manière très simple de visualiser vos données en 3D est de leur affecter un symbole 3D. Vos données restent inchangées et vous les voyez en 3D. L’exemple type étant les lampadaires, on va le laisser de côté et essayer de faire quelque chose de pus original et surtout de découvrir quelques possibilités moins évidentes à première vue.
Sur le web vous avez de nombreux sites qui proposent des objets 3D très intéressants. Notre préférence (parce que l’on trouve le type d’objets que nous cherchons) va à archive3d (http://archive3d.net).
Nous allons ajouter un stade de foot à la vue du cadastre de l’article Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 2 – Avec couche 3D vers classe d’entités. Voyons les différentes étapes:
Les symboles s’appliquent essentiellement à des entités ponctuelles
Les possibilités offertes par les symboles ponctuels sot infiniment plus intéressantes que celles offertes par les symboles linéaires ou surfaciques. Nous avons donc, soit directement une couche de points, soit, pour notre stade, une surface. Dans ce deuxième cas, il faut créer une nouvelle couche de points en calculant le centroïde de notre surface. Comme dans ArcGis cette opération n’est pas très intuitive, voici le rappel de comment le faire:
utilisez l’outil « Entités vers point » dans « Gestion de données »-> »Entités »
N’oubliez pas de laisse décochée l’option « Inside(optional) » (oui,oui, c’est bien DEcochée) pour que l’outil calcule le centroïde.
Cherchez sur le web un modèle de stade 3D (les formats acceptés par ArcGis sont 3DS, FLT, DAE, SKP, et WRL)
Dans ArcScene, affectez ce symbole à votre couche
Ouvrez la fenêtre de propriétés du symbole de la couche,
Dans la fenêtre « Type » sélectionnez « Symbole ponctuel 3D » puis parcourez les fichiers pour pointer sur votre symbole.
Dans l’onglet « Symbole 3D » vous devez dimensionner votre stade avec les valeurs X,Y et Z en unités de la carte (en principe des mètres). Le deuxième onglet « Placement 3D » vous permet de positionner votre symbole avec la même orientation et au même endroit que le polygone d’origine (stade dans la couche surfacique), en jouant sur les offsets et les rotations.
Vous obtenez alors votre stade intégré dans la vue 3D.
Créez une nouvelle couche multipatch pour stocker votre modèle 3D
Pour cela, vous devez utiliser la commande « Couche 3D vers classe d’entités » à partir d’ArcScene
Voilà! Chaque fois que vous chargerez cette couche dans un visuaisateur 3D (ArcScene, ArcGis Pro,…) vous verrez votre stade directement.
Pour mieux voir le résultat de toute l’opération, vous pouvez charger cette nouvelle couche dans ArcMap et voir le résultat en 2D:
Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 3 – Vos rasters 2D vers 2,5D (surfaces fonctionnelles)
Le terme trois dimensions (3D) est souvent galvaudé, car de nombreuses applications aujourd’hui stockent et affichent des données en deux dimensions et demie (2.5D) : les surfaces fonctionnelles. Une surface fonctionnelle est continue, et toutes les localisations sur la surface ne peuvent avoir qu’une valeur d’altitude, ou z, par coordonnée x,y. Les véritables surfaces 3D sont quelquefois désignées sous le terme de surfaces de modèle solides et ArcGIS les gère à l’aide d’entités multipatch. Par opposition à une surface fonctionnelle qui présente une continuité de surface, on trouve des surfaces de modèle solides capables de modéliser et de stocker des valeurs en 3D ou il y a plusieurs valeurs z par coordonnée x,y.
ArcGis traite les surfaces raster, TIN, de jeux de données de MNT et LAS comme des surfaces fonctionnelles. Les surfaces fonctionnelles peuvent stocker une valeur z unique, et non pas plusieurs valeurs z, pour un emplacement x,y donné. L’exemple probablement le plus répandu de surface fonctionnelle correspond aux surfaces terrestres représentant la surface de la terre. D’autres exemples de surfaces fonctionnelles terrestres incluent les données d’isobathes, les profondeurs de nappes phréatiques et les strates géologiques individuelles. Les surfaces fonctionnelles permettent également de représenter des surfaces statistiques décrivant des données climatiques et démographiques, la concentration de ressources et d’autres données biologiques.
Un autre type de donnée très répandue est la photographie aérienne ou satellitaire. Nous allons prendre comme exemple une couverture orthophotographique.
Avant de voir comment passer cette image de 2D en plus de 2D (2,5 ou 3) il faut rappeler comment sont stockées les données XY pour les rasters. Les SIG stockent les coordonnées de chaque point composant une entité vectorielle (points, lignes, polygones). Pour une ligne, le SIG aura les XYZ de chaque point la composant. Par contre, pour un fichier de type raster, composé de pixels et couvrant toujours la totalité de la surface, il est impossible de stocker les coordonnées XYZ de chaque pixel composant l’image. Sans rentrer dans les détails des différents systèmes de géoréférencement d’un raster, le plus simple et ancien consiste à stocker les coordonnées(X et Y) du coin haut gauche de l’image, puis de la taille en X et de la taille en Y des pixels. Avec ces 4 valeurs il est possible de dessiner l’image et de la superposer aux autres couches de données.
Comme chaque pixel n’a pas de coordonnées XY propres, il est impossible de leur adjoindre une coordonnée Z.
Alors, comment faire pour voir notre photo aérienne en 3 dimensions?
On va lui affecter une surface de référence, une surface fonctionnelle dans laquelle la valeur du pixel sera le Z souhaité. Cette surface sera généralement un Modèle numérique de terrain (MNT). Puis on dira à ArcGis que l’on souhaite qu’il drape notre photo aérienne sur cette couche de référence.
Concrètement, dans ArcScene on charge la photo aérienne, puis dans la fenêtre de propriétés de la couche, dans l’onglet « Hauteurs de base » cochez l’option « Flottant sur une surface personnalisée » et naviguez pour indiquer votre couche de référence (MNT).
La photo apparaît alors drapée sur le MNT. Pour ne pas avoir a refaire cette opération chaque foius que vous voulez afficher votre photo aérienne, il suffit de sauvegarder la couche dans un fichier de couche (.lyr), en cliquant avec le bouton droit de la souris sur la couche puis « sauver comme fichier de couche ».
Quand vous chargerez cette couche dans ArcScene elle apparaîtra directement en 3D (plus exactement en 2,5D).
Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 1 – Avec Interpoler une forme
L’apport le pus intéressant d’ArcGis Pro 1.0 c’est, incontestablement, la possibilité de travailler avec deux fenêtres liées, l’une affichant les données en 2D telles que vous avez l’habitude dans ArcMap, l’autre affichant la même emprise mais en 3D.
Mais le problème c’est que jusqu’à présent, sauf rares exceptions, vous n’avez jamais créé des couches 3D. Toutes vos données, ou presque n’ont que des X,Y. Normal, puisque le Z n’apportait que du travail supplémentaire!
Au fait, ce n’est pas si compliqué de résoudre ce problème. Tout ce qu’il vous faut c’est une couche de référence pour le fameux Z. En termes plus techniques, en général, un MNT (modèle numérique de terrain). Cette couche va vous permettre de créer les données Z de vos autres couches, en suivant les pas décrits ci-après. On va pas s’attarder ici sur comment choisir la couche de référence Z, mais cela implique une réflexion aussi poussée que celle que vous avez eue (ou que vous devriez avoir eue!) lors du choix de votre référentiel X,Y.
Dans l’exemple suivant nous utilisons comme référence le modèle numérique de terrain avec un pas de 90m dérivé de l’USGS/NASA SRTM (http://srtm.csi.cgiar.org) qui est gratuit et téléchargeables directement. Les images correspondent à la visualisation 3D sous ArcScene.
La couche 2D que nous avons choisi c’est la couche de cours d’eau du SANDRE (http://www.sandre.eaufrance.fr) pour la Bretagne. C’est une couche au format shape avec des données linéaires X,Y.
L’ensemble des cours d’eau apparaît « à plat » car il n’y a pas d’information Z. Sous ArcScene vous pouvez demander à les « draper » sur les données 3D, mais cette opération n’agît que sur l’affichage.
Pour convertir la couche X,Y en X,Y,Z vous disposez de la commande « Interpoler une forme » (Interpolate shape dans la version anglaise) dans la boîte à outils 3DAnalyst.
Vous avez trois couches à renseigner:
Le résultat est une couche qui, quand elle est affichée en 3D (ici ArcScene) n’a plus besoin de drapage car elle contient elle-même les informations verticales.
