Impression 3D de modèles numériques de terrain

Introduction

Le Modèle Numérique de Terrain (MNT) ne prend pas en compte les éléments situés au-dessus de la surface contrairement à un Modèle Numérique d'Élévation (MNE)

Un modèle numérique de terrain - MNT - (Angl. Digital Elevation Model, DEM) est selon Wikipedia une représentation en 2,5D de la surface d'un terrain ou d'une planète, créée à partir des données d'altitude du terrain.

Le MNT (Angl. DEM) ne prend pas en compte les objets présents à la surface du terrain tels que les plantes et les bâtiments. Un modèle numérique d'élévation (MNE) (Angl. Digital surface models, DSM) est une représentation des élévations sur un terrain comprenant les plantes et les bâtiments. Les bases de données DEM et DSM sont différentes....

Il existe plusieurs formats MNT et qui sont plus ou moins précis et ils sont construits avec des méthodes diverses comme c'est bien décrit dans l'article de Wikipedia. En règle générale on utilise un simple matrice de carrés. Les deux formats simples et populaires sont ESRI Ascii grid et geoTIFF. Les deux encodent un terrain par une simple matrice de nombres représentant l'altitude d'un carré. Nous allons utiliser geoTIFF qui représente un terrain terrain avec des niveaux de gris (noir = 0)

Formats DEM (MNT) populaires

Nom	extension	Contenu	informations
ESRI ASCII GRID	asc	Format matriciel propriétaire	"heightmap" + coordonnées etc.
geoTIFF (Geographic Tagged Image File Format)	tif or tiff	Annotations au format 2D TIFF (GeoTIFF, Wikipedia)	"heightmap" + coordonnées etc.

Obtenir un modèle DEM

Grace au partage de la NASA et d'organisation qui exploitent leur données, il est relativement facile d'obtenir des données avec une résolution horizontal de 30m pour la planète entière. Cette résolution suffit pour imprimer une montage large, un massif, etc. Elle n'est pas suffisante pour imprimer un petit terrain plat.

Les services en ligne pour la création d'un modèle 3D imprimable ont une interface directe avec une de ces bases de données, vous pouvez donc ignorer la suite de ce chapitre.

La plupart des données DEM disponibles gratuitement dans le monde entier ont été recueillies par la mission SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) de la NASA en 2000. Il a fallu 11 jours pour cartographier la Terre (à l'exception des mers et des régions polaires). La résolution des données SRTM est la suivante

• 30 secondes d'arc (DTED niveau 0) - espacement d'environ 900 m
• 3 secondes d'arc (DTED niveau 1) - espacement d'environ 90 mètres
• 1 seconde d'arc (DTED niveau 2) - espacement d'environ 30 mètres.

Il existe de nombreux autres jeux de données DEM (primaires ou secondaires) dans le monde entier ou sur une base nationale ou locale. Plusieurs de ces jeux de données utilisent le jeu de données SRTM. Une bonne liste des jeux de données SRTM disponibles se trouve dans l'article de l'OpenStreetMap Wiki SRTM. Vous trouverez ci-dessous quelques dépôts de MNE. La plupart d'entre eux nécessitent des démarches avant de pouvoir réellement accéder aux données.

Name	résolution (x/y axis)	Data Source
CGIAR-CSI SRTM	30m	SRTM	Permet de télécharger des gros carrés (5 ou 30 secondes)
EarthExplorer (de USGS EROS, US Geological survey) -	30 to 90m	Various, e.g. SRTM	Permet d'accéder à plusieurs types de bases de données DEM et DSM et ensuite d'exporter. Il faut se créer un login et ensuite faire un certain nombre de choix. Type de carte, source, ensuite choisir un carré sur une carte interactive.
ViewFinderPanoramas (VFP)	30 m	SRTM and ASTER GDEM	Ancien site à ne plus utiliser à priori car il contient des données pré-STRM.
EU-DEM	25 m	STRM/Astra	Données nettoyés. Pour obtenir un carré (assez large) il faut cliquer sur la carte.
EOWeb Poral (DE)			Catalogue de services Allemands (à explorer)
Modèles d'altitude (CH)	0.5m - 200m	Swisstopo	Ensemble de services de Swisstopo, dont SwissALTI3D (c.f. ci-dessous). Des modèles 25m suffisamment larges pour modélisér des massifs sont dans le MNT25
SwissALTI3D	0.5m	Swisstopo	Gratuit depuis 2021, un jeu ultra précis pour la suisse. (A éviter pour modéliser des massifs).

Créer un modèle avec le service en ligne TouchTerrain

Le logiciel TouchTerrain , développé par Chris Harding et Franek Hasiuk (Iowa State University), est un service en ligne très facile à utiliser, également disponible comme programme hors ligne, pour créer des modèles STL 3D imprimables. Il récupère les données DEM de Earth Engine et les transforme en STL. Il dispose d'un grand nombre de paramètres (simple et "expert"). Il permet également d'imprimer plusieurs modèles 3D qui peuvent être collés ensemble pour former un modèle plus grand.

Version en ligne

• Service en ligne : TouchTerrain

Voici les 10 pas importants à faire:

1. Sélectionnez un service de carte DEM (source de données d'élévation). On conseille AW3D30
2. Sélectionnez une zone sur la carte du monde, on conseille de taper le nom du lieu, par exemple "Matterhorn". Si vous ne trouvez pas, cherchez les coordonnées sur google et entrez-les dans la <code>Area Selection Box</code>
3. Réglez la transparence pour bien voir la carte et le modèle.
4. Bougez la carte dans une position à peu près juste.
5. puis cliquez sur Re-center box on map.
6. Ajustez le rectangle avec les contrôles (sinon la "area selection box" permet également de rentrer des coordonnées).
7. Spécifiez la largeur du modèle (et éventuellement la largeur de la buse de votre imprimante, 0.4mm pour la Prusa Mini, et le nombre de tuiles à produire (par défaut 1x1),
8. décidez l'épaisseur de la base du modèle (à partir du point le plus bas, pas le niveau de la mer),
9. définissez l'exagération verticale.
10. Cliquez sur Exporter Selected Aread and Download File .

Capture d'écran pour Touch Terrain 3-4

Modèle exporté de Touch terrain

La version en ligne a fait l'objet d'une mise à jour majeure au printemps 2021 et comprend une nouvelle interface graphique, la recherche de lieux avec la fonction "fly-to" (très populaire !), le survol (ou le clic) des bulles d'aide (les ?s), l'importation de fichiers xml/kmz : numérisez un polygone dans google map (ou autre), enregistrez-le en tant que fichier KML et utilisez-le pour délimiter la zone d'impression, la mise à l'échelle "automatique" des z : définissez la valeur de l'échelle des z à une hauteur (disons 20 mm de haut) et le logiciel trouvera une échelle des z qui rendra votre impression de 20 mm de haut (sans compter la hauteur de base). Pas encore testé- Daniel K. Schneider (talk) 10:27, 11 Mai 2021 (CEST)

Pour aller plus loin

Plus d'informations et manuel officiel :

• TouchTerrain, modèles de terrain imprimés en 3D par Chris Harding & Franciszek "Franek" Hasiuk, 12 mars 2021

Il est possible d'installer une version en local. Depuis mai 2021, il existe une image docker permettant d'exécuter les carnets Jupyter autonomes de TouchTerrain via un conteneur. Elle nécessite un peu de configuration et un PC (ou Mac ou Linux) un peu lourd, mais elle installera tout pour vous. Si vous n'avez pas essayé la version autonome (desktop), l'auteur recommande d'utiliser cette version dockerisée et le notebook jupyter de démarrage.

• Version Docker (pas testée)

Utilisation du service Terrain2STL oneline pour produire des STL à partir d'un jeu de données SRTM de 90m

Terrain2STL était par le passé le moyen le plus simple et le plus rapide de se lancer dans l'aventure et constitue une alternative à Touch Terrain. N'importe quel débutant ayant des compétences modérées en matière de manipulation de maillage 3D peut le faire.

Terrain2STL est un service en ligne qui permet de sélectionner un carré sur Google maps. A partir de ces coordonnées, il extrait une région des données Nasa/cgiar-csi et produit le STL. Citation : «Terrain2STL est un service gratuit, mais si vous voulez aider à soutenir le site, les dons sont les bienvenus. Terrain2STL crée des fichiers STL en utilisant le jeu de données SRTM3 de 2000, qui a une résolution d'environ 90 mètres sur l'équateur.» (Terrain2STL home page, feb 2017)

• Service Terrain2STL en ligne

Procédure:

• Chercher l'endroit sur Google Maps
• Ajuster globalement la vue sur la zone
• Régler Model Details
• La taille de la boite de sélection se règle avec "Box Width et Box Height". On conseille d'agrandir la fenêtre du navigateur au max. car les sliders sont sensibles.
• Box Scaling Factor permet d'avoir une boite de sélection plus large
• Vous pouvez effectuer une rotation
• On conseille de faire un vertical scaling, par exemple 2 pour un massif plus large.
• Dans les water and Base Settings, vous pouvez changer l'épaisseur de la base

Interface Terrain2STL

Voici un modèle de La Palma, taille du STL innconnue.

Modèle STL de la Palma, résolution de 90m

Créer un modèle avec QGIS

Si vous désirez créer des modèles pour des données plus précises, par exemple les jeux données gratuitement par la confédération Suisse, il faut transformer les données soi-meme avec un logiciel. On conseille d'utiliser QGIS, la meilleure plateforme open source GIS (Geographic Information Systems). Elle tourne sous Win / Mac / Linux / BSD.

• On conseille de prendre la dernière version LTS (3.16 Hannover en déc 2021)
• Il existe une version standarde Ubuntu 18 (avant-dernière version LTS) qui suffira à nos besoins (apt get install qgis)

Installer le plugin

Menu Plugins -> Manage and Install Plugins

Ensuite chercher DEMto3D et installer

Utiliser le plugin

Dans QGIS

1. Utiliser le navigateur (Browser) à gauche pour retrouver le dossier qui contient votre fichier DEM.
2. Dans le panneau Layers, cocher le calque/fichier qui vous intéresse (et aucune autre!)
3. Menu Raster -> DEMto3D -> DEMto3D Printing
4. Choisir le calque à imprimer (si c'est pas fait avant)
5. Sélectionner la zone à imprimer. Dans l'exemple ci-dessous, on choisit de prendre le tout, sinon peut soit modifier les coordonnés
6. Sélectionner la hauteur des couches pour le slicer. On conseille 0.3 pour une structure large
7. Définir soit la largueur, soit la longueur, soit l'échelle du modèle à générer (le max. pour la Prusa Mini est 180mm
8. Définir l'exagération. Je suggère 1.5 pour les grandes montages, 2 pour les massifs, et 3 pour les terrains plat
9. Définir la hauteur minimale (height). Un peu moins que le point le plus bas
10. Exporter

DEMto3D

Fusionner des fichiers

Le plugin DEM2STL ne peut travailler avec plusieurs fichiers. Il faut donc les fusionner et c'est assez simple.

• Les fichiers doivent être dans le même dossier ouvert dans QGIS
• Menu -> Raster -> Miscellaneus -> Merge
• Choisir les input layers dans le panneau Merge (!)
• Run

Merge files with QGIS