Modélisation Paramétrique en Réalité Virtuelle

SHS Web of Conferences 82, 03005 (2020) SCAN’20 https://doi.org/10.1051/shsconf/20208203005 Modélisation Paramétrique en Réalité Virtuelle Parametric modelling in Virtual Reality Adrien Coppens1,*, Tom Mens1 et Mohamed-Anis Gallas 2 1Service 2Service de Génie Logiciel, Université de Mons, Belgique Conception Architecturale, Université de Mons, Belgique Résumé. Les technologies immersives ont fait leur apparition dans bon nombre d’outils de modélisation architecturale. Néanmoins, leur usage se limite bien souvent à des fins de visualisation, par exemple pour valider un design auprès d’un client muni d’un casque de réalité virtuelle. Notre travail vise à permettre une utilisation de ce medium immersif durant l’activité de conception architecturale elle-même. Nous présentons dès lors un outil de modélisation paramétrique en réalité virtuelle permettant de combiner, en immersion, l’édition de modèles Grasshopper et la visualisation des géométries générées. Nous validerons notre approche auprès d’architectes et d’étudiants formés à ce paradigme de conception. Mots-clés. Modélisation paramétrique, Réalité Virtuelle, Immersion, Interaction Homme-Machine, Graphe, Visualisation. Abstract. Immersive technologies have made their way into numerous architectural design tools. Nevertheless, their use is often limited to visualisation purposes, e.g. in order to validate a design with a customer wearing a Virtual Reality headset. Our work aims at enabling the use of that immersive medium as part of the architectural modelling process itself. We therefore describe a Virtual Reality-based parametric modelling tool, combining immersive editing and visualisation capabilities for Grasshopper models. We will validate our approach with architects and students familiar with that architectural design paradigm. Keywords. Parametric modelling, Virtual Reality, Immersion, HumanComputer Interaction, Graph, Visualisation 1. Introduction L’arsenal technologique à disposition des architectes et plus généralement du secteur AEC (Architecture, Engineering, et Construction) n’a cessé de grandir au cours de l’histoire de la discipline. Les architectes d’aujourd’hui continuent bien évidemment à réaliser des * Corresponding author: © The Authors, published by EDP Sciences. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). SHS Web of Conferences 82, 03005 (2020) SCAN’20 https://doi.org/10.1051/shsconf/20208203005 esquisses et des maquettes, mais ils font également appel à de nombreux outils numériques, notamment aux logiciels de Conception Assistée par Ordinateur (CAO), couvrant les différentes phases de développement du projet d’architecture. Ces logiciels, qui ont désormais pris une place prépondérante, ont eux-mêmes évolué, notamment via l’apparition de modules immersifs, en Réalité Augmentée (abrégé « AR » en anglais) et/ou en Réalité Virtuelle (VR). Ces technologies permettent à l’utilisateur de travailler avec une représentation virtuelle d’un modèle 3D dans un contexte réel (cas de l’AR) ou virtuel (VR). Cependant, cette intégration est bien souvent limitée à des fins de visualisation via un outil d’export de modèle en une expérience AR/VR. 2. Contexte de la recherche 2.1 Immersion et architecture Figure 1. Processus de design créatif, selon (Howard et al., 2008) Si on s’en réfère à (Howard et al., 2008), le processus de design est généralement composé de quatre étapes : (1) analyse de la tâche, (2) design conceptuel, (3) design concret, et (4) design détaillé. Comme le montre la Figure 1, le concepteur analyse d’abord la tâche à réaliser, avant de travailler sur une ou souvent plusieurs ébauches de design. Sur base de l’idée retenue, le concepteur concrétise le design en le structurant, avant de finaliser les détails pour la réalisation physique du modèle. Comme précisé dans l’introduction, la plupart des intégrations de composantes AR/VR dans les outils de conception architecturale se limitent à des fins de visualisation. Par exemple, des outils comme IrisVR Prospect (irisvr.com/prospect) et Twinmotion (unrealengine.com/twinmotion) permettent en un simple clic d’intégrer une géométrie au sein d’une expérience VR. Néanmoins, ces outils ne permettent que des interactions très limitées avec le modèle, comme un changement de texture ou de position du soleil virtuel. Plusieurs travaux ont tout de même permis d’amener des capacités d’annotation et d’esquisse dans un contexte VR ; certains de ces travaux visant clairement les pratiques architecturales, comme Hyve-3D (Dorta et al., 2016) qui permet de tracer des traits via un curseur 3D contrôlé par une tablette. Ces travaux amènent donc de l’interaction en immersion, typiquement durant la phase conceptuelle d’un projet. Depuis peu, le plugin MARUI (marui-plugin.com) pour le logiciel Autodesk Maya (autodesk.com/maya) permet même aux utilisateurs de modéliser des objets en trois dimensions depuis une application VR. Mindesk (mindeskvr.com) fonctionne de la même manière pour Rhinoceros (rhino3d.com) et une intégration plus poussée avec le plugin Grasshopper (grasshopper3d.com) semble même prévue. 2.2 Immersion et modélisation paramétrique Les outils présentés dans la section précédente représentent des avancées importantes dans l’intégration des technologies immersives pour les activités de conception 2 SHS Web of Conferences 82, 03005 (2020) SCAN’20 https://doi.org/10.1051/shsconf/20208203005 architecturale. Bien que nos travaux visent un objectif similaire, nous avons choisi de nous focaliser sur la modélisation paramétrique : un paradigme de conception qui accuse encore davantage de retard dans l’usage interactif des technologies immersives. La modélisation paramétrique, au sens où nous l’entendons ici, permet à un concepteur de créer une géométrie à partir d’un algorithme, composé d’opérations géométriques. Typiquement, cet algorithme est représenté dans un langage de programmation visuelle, basé sur un graphe dirigé représentant le flux de contrôle ou le flux de données. Dans un tel graphe, les arcs (les liens) permettent de véhiculer des paramètres (comme des nombres ou des booléens) ou des géométries. Les nœuds (les composants) utilisent ces données pour produire d’autres géométries qui deviennent ainsi disponibles pour d’autres nœuds. Des modèles complets (sculptures, bâtiments, etc.) peuvent ainsi être générés ; les modèles finaux étant généralement en « sortie » du graphe, dans ce que l’on appelle un « puit ». La Figure 2 montre un graphe permettant de générer un cube, défini par deux sommets opposés : P1 à l’origine et P2 en (4,4,4), puisque le même paramètre de longueur de côté (« Side length ») est utilisé pour les nœuds « Addition ». Figure 2. Graphe (à gauche de l'image) pour un modèle paramétrique simple, produisant un cube (à droite de l'image) en sortie du composant « Box ». Les logiciels les plus populaires en arch (...truncated)