Les techniques standard pour représenter le terrain, comme l’ombrage, sont suffisantes pour de nombreuses applications, mais avec Terrain Tools vous pouvez représenter le terrain sous différentes conditions d’éclairage, ou bien utiliser des techniques plus artistiques. Cet ensemble d’outils complètent ou prolongent ce que vous trouverez dans le logiciel par défaut. Ces techniques sont souvent difficiles à trouver ou à mettre en œuvre. Le projet Terrain Tools rassemble certaines de ces idées dans une boîte à outils qui fournit les fonctionnalités permettant de créer des représentations alternatives du terrain dans ArcGIS.
Les Terrain Tools sont contenues dans une toolbox pour l’utiliser soit avec ArcGIS Desktop 10.3, soit avec ArcGIS Pro 1.0.
Pour télécharger Terrain Tools, suivez ce lien: https://www.arcgis.com/home/item.html?id=4b2ea7c5f87d476a8849c804b81667aa
Une fois installée, la toolbox contient les outils suivants:
Voici une courte explication de chacun des outils.
Ombrage Multidirectionnel oblique pondéré (MDOW)
Cette technique applique un éclairage oblique sur toutes les surfaces en utilisant quatre sources de lumière contrairement à l’ombrage classique où on n’utilise qu’une. Elle permet de mettre en relief plus de détails.
Une fois que les quatre ombrages différents sont créés (un par source d’éclairage), ils sont mathématiquement pondérés et additionnées pour créer l’ombrage final.
Ombrage Suisse
Ce style d’ombrage combine plusieurs ombrages en un seul en sortie avec des tons jaune-bleus.
Un ombrage gris (comme ceux créés par l’outil d’ombrage par défaut) est combiné avec un ombrage jaune vif sur les pentes ensoleillées et des tons bleu-gris dans les zones moins lumineuses. Le bleu simule la brume atmosphérique et fournit la possibilité d’ombres bleues pâles pour colorier les vallées, les terrains plats et les régions accidentées. Le jaune donne l’impression de couleurs plus chaudes sur les pentes ensoleillées.
Le modèle d’ombrage Suisse combine une série d’outils en les enchaînant. A partir du MNT d’origine, deux nouvelles couches sont créées (une pour les bleus, l’autre pour les jaunes). Le MNT original et les deux nouveaux rasters sont ensuite combinés pour créer l’ombrage final.
Ombrage par segmentation (cluster hillshade)
La plupart des techniques d’ombrage ne parviennent pas à reproduire les variations locales. Par exemple, l’ombrage peut générer des zones sans nuances, particulièrement lorsque la source lumineuse est parallèle aux crêtes de montagne.
La technique de l’ombrage par segmentation assure des nuances dans l’ombrage tout au long de la scène.
La segmentation (clustering) est une technique qui permet la division d’un groupe de données en sous-ensembles homogènes. L’objectif est de créer des sous-ensembles d’une variable qui soient le plus ressemblantes au sein du sous-groupe et, en même temps, le plus différentes possibles entre les sous-groupes.
L’algorithme classique pour le résoudre ce problème, parfois appelé méthode des k-moyennes, est très utilisé en pratique et considéré comme efficace bien que ne garantissant ni l’optimalité, ni un un temps de calcul restreint.
Le processus commence au hasard en sélectionnant une série de centroïdes et assigne chaque élément de l’ensemble des données au centre de gravité le plus proche. Puis, par itérations successives, recalcule les centroïdes et réaffecte les éléments de la grappe, jusqu’à ce que le degré de similitude est maximal au sein de grappes et minimum entre elles.
Vous trouverez une suite de trois outils qui utilise la méthode des k-moyenne pour créer un changement continu des conditions d’éclairage locales et produire un ombrage final: la méthode clasique originale, une modification de cette méthode pour les hauteurs, et une autre modification pour la pente.
Ombrage par segmentation classique
C’est la méthode originale décrite plus haut. Son problème est qu’elle ne met pas en évidences les structures de terrain considérées moins importantes, telles que les vallées.
Ombrage par segmentation modifiée pour les hauteurs
Dans les deux méthodes supplémentaires, la lumière est placée perpendiculairement au terrain, ce qui produit des zones plus sombres quand la pente est raide, tout en éclairant les vallées et les crêtes montagneuses. La méthode modifiée pour les hauteurs met l’accent sur l’éclairage des changements d’altitude. La méthode modifiée pour les pentes met l’accent sur la pente comme l’élément à éclairer. Ils sont des modifications de la méthode de segmentation par défaut et transforment l’élévation et la pente en poids. Les poids sont utilisés pour corriger de manière continue les valeurs de Zénith dans le paysage. Les résultats donnent des tons blancs brillants pour les vallées. La méthode modifiée pour les hauteurs donne des tons progressivement fonçés en altitude qui améliorent la netteté des crêtes.
Ombrage par segmentation modifiée pour les pentes
La technique de segmentation modifiée pou les pents se traduit également par des tons blancs brillants dans les vallées et les canaux et des tons plus sombres pour des pentes élevées comme les affleurements rocheux.
Modèles de ciel
Tous les ombrages que nous venons de voir utilisent plus qu’un seul point d’éclairage pour dériver un ombrage final par combinaison d’un certain nombre d’ombrages intermédiaires.
Mais dans la réalité la lumière n’éclaire pas le monde de cette façon. Elle l’éclaire sous tous les angles, mais avec des intensités différentes et sous différentes conditions atmosphériques. Un paysage sera différent un jour ensoleillé ou un jour nuageux. De même il sera différent tôt le matin ou en fin d’après-midi par rapport à midi quand le soleil est à la verticale.
Cette méthode utilise un programme externe (SkyLuminance.exe ), fourni avec les Terrain Tools, pour calculer un fichier avec les paramètres d’éclairage.
Le programme construit un dôme avec un très grand nombre de source d’éclairage:
Le résultat de cette méthode dépendra du nombre de sources d’éclairage et du type d’éclairage (ciel clair, couvert, etc)
L’image suivante montre le résultat avec 200 points d’écliarage par ciel couvert:
Pointillés anciens
Cette méthode crée et symbolise les contours de niveau à l’aide d’un symbole pointillé « à l’ancienne », tout en modifiant l’aspect global en supprimant les contours pour les surfaces avec des pentes de moins de 5°.
Remplissage des contours
Cet outil crée les contours correspondant aux coures de niveau, mais au lieu de créer une couche de polylignes crée une couche de polygones où l’espace entre les isolignes est rempli en couleur.
Contours éclairés (Tanaka)
Cette méthode applique une source lumineuse située au nord-ouest, à une carte de contours. Le résultat est une représentation de style 3D du terrain. La méthode implique de modifier la largeur et la couleur des lignes de contour basées sur leur position par rapport à la source lumineuse : Les lignes de contour qui font face à la source de lumière sont dessinés en blanc tandis que celles qui se trouvent dans l’ombre sont tracées en noir; les lignes perpendiculaires à la source lumineuse sont dessinées plus fines que les parallèles. En résumé, cette méthode donne un effet d’ombre réaliste aux cartes de terrain et permet à l’observateur de mieux comprendre les caractéristiques du paysage.
Hachures
Une technique cartographique classique pour représenter la topographie en trois dimensions sur une carte est l’utilisation de hachures. Des hachures sont dessinées dans la direction de la pente la plus raide. Hachurer un territoire crée des variations tonales sur l’ensemble de la carte. Ces variations tonales sont une forme d’ombrage pour représenter l topographie en trois dimensions.
L’outil génère une couche de points qui sont alors représentés par un symbole hachuré. Le symbole est affecté d’une taille proportionnelle à la pente et orienté en fonction de celle-ci.
Le problème de cette méthode est que la génération de la couche de points se fait avec une échelle par défaut au 1:36 000. Si on veur représenter un territoire à une échelle différente, il devient vite très compliqué d’adapter le résultat pour avoir une représentation correcte. En tout état de cause, la méthode de la terrain Toolbox ne s’applique que dans une fourchette d’échelles comprise entre 1:10 000 et 1:150 000.
Lignes d’ombre
Ce type de hachurage est une méthode de dessin artistique utilisant des lignes d’épaisseur et d’orientation variables pour produire des variations d’ombrage. On applique deux sources d’éclairage (azimuts 315 et 360) avec des angles d’incidence entre 5 et 30° au dessus de la ligne d’horizon. Pour chacune d’elles ont calcule des lignes à partir du schéma suivant:
L’épaisseur des lignes produites dépend du nombre d’inclinaisons « à l’ombre ».
Le résultat est le suivant:
Teintes Chromastereoscopiques
Une technique qui code les valeurs d’élévation en couleurs qui, vues à travers des lunettes spéciales, donne une vue 3D holographique des données.
Choroplèthes 3D
Cette méthode ne s’utilise pas pour les données de terrain, mais sert à donner « du relief » à des couches de polygones, généralement statistiques, en créant une ombre portée proportionnelle à une valeur.
