Projet d'aménagement urbain à Marseille

Afin d'illustrer son projet d'aménagement urbain Phosphore 2, Eiffage, grande société française de construction et de génie civil, devait développer un plan directeur et une visualisation 3D efficaces, avec les exigences de production suivantes :

• Toutes les parties impliquées (architecte, producteurs, et graphiste) devaient collaborer à la conception itérative du plan du tissu urbain et de la modélisation typologique architecturale, qui devaient être très rapidement convertis en 3D.
• Le plan final devait démontrer la faisabilité des modèles d'aménagement urbain appliqués - qui pourraient ensuite être déployés facilement dans d'autres villes à la topographie et au contexte spatial différents. Autrement dit, le plan du tissu urbain n'était pas arrêté ni tracé de manière rigoureuse, mais plutôt spécifié par des recommandations et des principes de conception, tels que des typologies de bâtiment différentes à certains pourcentages, etc.
• Les dessins des bâtiments étaient dérivés de typologies conceptuelles robustes établies par l'architecte. Dans ce contexte, sept typologies de bâtiment ont été grossièrement esquissées par l'architecte et associées à plusieurs principes de programmation et d'aménagement, par exemple :
  • Une forme de base est recommandée pour l'emprise de chaque typologie : triangle, multi-polygone, arborescence, domino ou petits carrés.
  • Dans la typologie d'arborescence, le bâtiment est construit sur des piliers qui doivent s'adapter à la topographie du terrain.
  • À chaque bâtiment est attribué un coefficient d'occupation des sols (en fonction de sa surface au sol).
  • La proximité et l'accessibilité des rues et des axes principaux sont déterminées par la définition de contraintes de distance et d'orientation.
  • Les conceptions de façade de chaque typologie de bâtiment sont différentes et s'adaptent aux règles et contraintes de conception, comme l'orientation du soleil ou la proximité des bâtiments avoisinants.

Évidemment, il était impossible de prendre en compte toutes les recommandations et contraintes données par l'architecte pour tenter de modéliser l'intégralité de cet environnement urbain en 3D manuellement, avec des outils DAO ou DCC standards. Il a fallu appliquer des techniques procédurales pour convertir les recommandations et contraintes de conception en règles et en conceptions paramétriques. Au bout du compte, CityEngine était la solution idéale pour construire cet environnement urbain.

"CityEngine est un outil rationalisé dédié, basé sur un langage de script CGA à haut niveau d’abstraction. Tous les outils de CityEngine permettent de traiter les problématiques d'aménagement urbain ou d'architecture. L'utilisateur peut manipuler les concepts architecturaux à travers des opérateurs de script simples mais puissants. Dans CE, vous ne vous occupez pas de polygones, de sommets, ou autres (et pas besoin de faire des calculs complexes !), mais vous mettez plutôt l'accent sur les modèles, les rythmes, les séquences et les partitions de l'espace. La modélisation de votre ville ou de votre bâtiment suit une processus naturel de "design thinking" (conception créative) - comme si l'ADN de la construction que vous mettez au point pouvait s'adapter à la situation ou au lieu où il se trouve. La force de la grammaire de forme CGA réside dans sa simplicité : si un bâtiment ou une ville peut naturellement être décrite par des modèles, des rythmes, des ruptures ou des répétitions, alors il est possible d’écrire une règle CGA pour développer un type de bâtiment particulier, caractérisé par ces variations."

Romain Janil, Virtualization

Pour la modélisation procédurale de cet environnement urbain à grande échelle, Romain Janil de Virtualization a été engagé dans un cadre de sous-traitance par la société d'effets spéciaux 3eme Oeil Studio pour développer et appliquer le processus suivant :

1. Création de données issues du monde réel et exportation des emprises de bâtiments existants en tant que shapefiles.
2. Importation dans CityEngine pour intégrer des contraintes de relief ou créer des cartes attributaires ou d'obstacles (mer, parcs, ponts, etc).
3. Croissance procédurale des réseaux routiers selon les recommandations de conception, modification manuelle de points particuliers.
4. Subdivision procédurale des lots et des parcelles selon les recommandations de conception, telles que surface minimale ou maximale de chaque bâtiment.
5. Croissance procédurale des bâtiments de typologie arborescence selon une règle CGA récursive.
6. Propagation procédurale d'autres typologies selon des règles de dérivation stochastiques ou basées sur l'orientation ou la surface.
7. Scripts procéduraux pour les typologies de façade selon les recommandations de conception : brise-soleils sur les façaces orientées sud, balcons sur les façades nord, distribution stochastique de fenêtres ouvertes, stores, etc.
8. Distribution procédurale et dérivation du mobilier urbain (bancs, réverbères, rangées d'arbres, sentiers en bois dans les parcs).

Ensuite, à l'aide de CityEngine, les modèles ont été générés directement dans la fenêtre 3D sur un mode interactif. Il a ainsi été possible de générer un modèle à 14 millions de polygones de toute la zone et en même temps de parcourir la scène, de modifier des paramètres, etc. Enfin, le modèle a été entièrement exporté dans Collada en plusieurs parties structurées, puis 3eme Oeil s’est chargé d’intégrer les données 3D générées pour finaliser le rendu et les animations.

• Logiciels utilisés : Global Mapper®, CityEngine®, Maya®, Lightwave 3D
  
• Durée totale de la production procédurale : 1,5 mois-homme
• Durée de la génération procédurale de la zone entière dans CityEngine : env. 5 minutes
• Superficie de la zone générée procéduralement : env. 10 km2
• Nombre total de polygones finalisés lors de la production procédurale : 14 millions
• Nombre de bâtiments et d'entités individuelles sur le terrain : env. 15 000

• Modélisation procédurale : Romain Janil, Virtualization
• Architecte / aménagement urbain : PGA architecture
• Client production effets spéciaux : 3eme Oeil Studio
• Client projet : Eiffage