Développement d'un prototype de bibliothèque d'analyse spatiale 3D côté client dans un contexte de jumeau numérique urbain

Abstract

Les jumeaux numériques urbains et les standards de modélisation 3D, tels que CityJSON, occupent désormais une place centrale dans la gestion des villes intelligentes. Toutefois, un paradoxe technologique persiste : alors que la puissance de calcul côté client ne cesse de croître, l’analyse spatiale tridimensionnelle dans les navigateurs web accuse un retard significatif par rapport à son homologue bidimensionnelle. L’absence d’équivalent 3D à des bibliothèques comme Turf.js contraint les développeurs à déléguer systématiquement le géotraitement à des serveurs distants, une tâche rendue parfois complexe par l’émergence de bases de données stockant nativement le format JSON.

Ce mémoire vise à combler ce vide technologique en proposant un prototype de bibliothèque JavaScript capable d’effectuer des opérations de géotraitement 3D, à savoir les calculs de volumes, d’intersections et la génération de zones tampons, directement au sein du navigateur. Notre approche méthodologique repose sur une architecture orientée objet rigoureuse, conçue pour manipuler des données CityJSON indépendamment de leur niveau de détail. Cette structure intègre des outils tiers spécialisés (Three.js, earcut, three-csg-ts) pour implémenter deux algorithmes de calcul de volumes (la méthode exacte des tétraèdres et l’approche stochastique de Monte-Carlo) ainsi que des opérations booléennes sur les solides via la géométrie de construction de solides (CSG).

La validation de ces développements, réalisée sur le modèle 3D du quartier d’Outremeuse à Liège, a livré des résultats contrastés. D’une part, la méthode des tétraèdres a démontré une efficacité remarquable, offrant une précision identique aux solutions serveur de référence (PostGIS), avec des temps d’exécution de l’ordre de la milliseconde. D’autre part, les tests ont mis en lumière les limites actuelles du géotraitement en JavaScript pur, notamment pour le calcul d’intersections. La restriction à une précision de 32 bits (simple précision), inhérente à l’écosystème WebGL/Three.js, engendre une dégradation numérique significative lors de la manipulation de coordonnées projetées, compromettant la conformité des résultats à la norme ISO 19107. Ce travail confirme ainsi le potentiel du déport des calculs de géotraitement vers le client, tout en identifiant les verrous technologiques, tels que la précision des nombres à virgule flottante, qu’il reste à lever.