Projet Info-SPE Cartographie 3D mercredi 19 décembre 2007

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1 Projet Info-SPE Cartographie 3D mercredi 19 décembre 2007 Cadre Le projet est à réaliser en groupe de quatre personnes (et seulement quatre). Sa durée est d environ quatre mois (de Janvier à Juin). Ce cahier des charges présente la nature du projet, les différentes parties qui le composent et les délais de réalisation (planning). Le sujet Le projet que vous allez devoir réaliser, est un logiciel permettant de transformer des cartes topologiques en la représentation 3D à l échelle. C est à dire qu à partir d une carte représentant le relief soit par des courbes topographiques, soit par des zones de couleurs représentant les altitudes, votre programme va construire la modélisation 3D de cette carte et nous permettre d évoluer dedans par le biais d une caméra que l utilisateur pourra déplacer à loisir. Restrictions Ce projet sera développé sous FreeBSD et sera codé en C et Objective Caml. Ce projet, en plus d être techniquement intéressant, permettra, comme le sujet est unique pour tous les groupes, de se positionner par rapport aux autres et d établir un vrai challenge quant à sa réalisation et ses performances. Protocole Vous devez choisir un groupe de quatre personnes, donner un nom à ce groupe, choisir un sujet de projet (O.C.R. ou Cartographie 3D) et remettre le nom du groupe, le nom des membres, le login de chaque membre, le projet choisi ainsi que le nom de celui que vous aurez désigné comme chef de projet (cf. date limite de choix de groupe). Un chef de projet est nécessaire pour servir, entre autres, d interlocuteur aux jurys des soutenances. Les soutenances Les soutenances durent, à l exception de la dernière, 15 minutes. Elles sont au nombre de trois. Elles se suivent et donc tout retard de votre part entraîne une diminution de votre temps de parole! Il faut faire une présentation claire, nette et précise de l état d avancement de votre projet et répondre de la manière la plus claire et la plus concise possible aux questions du jury. Les deux premières soutenances auront lieu en soirée ou en après-midi selon vos disponibilités et celles des jurys. Dates des soutenances Première : du 11 au 15 Février 2008 Deuxième : du 31 Mars au 4 Avril 2008 Finale : du 26 au 30 Mai

2 Le jury Les soutenances seront assurés par Marwan Burelle et Christophe Boullay éventuellement assistés d un Yaka. La dernière (soutenance finale) sera vraisemblablement effectuée par les deux ensemble. Discussions et contacts Un groupe de discussion (news) destiné explicitement aux projets de SPE sera ouvert rapidement (vers la rentrée de janvier.) Ce groupe pourra être un lieu de discussion entre les différents groupes tout autant que le lieu pour poser les questions d intérêt général sur le projet. Les réponses importantes (du type maintenant OUI) ainsi que les informations fournit sur ce groupe, seront considérées comme transmises à l ensemble des groupes et feront donc office de complément aux sujets. Bonus Bien évidement, des ajouts et/ou des modifications pourront être effectués en cours d année à ce cahier des charges. Les modifications (et ajouts) pouvant être apportées de notre côté (enseignants) devront être intégrées directement dans votre projet tout comme si elles avaient été présentes dans la version originale. Nous sommes ouverts à certaines modifications (mineures) et à l ajout d éléments bonus. Toute fois, ces ajouts ne sauraient se substituer totalement à des éléments du cahier des charges originals. Dans le cas où vos ajouts devaient remplacer un élément original, l élément original devra être le comportement standard et votre ajout n intervenir que comme option. Dans les ajouts possibles de ce projet, vous avez (de manière non exhaustive) : le support pour de nouveaux formats de carte (avec donc une indication différente d altitude), l adjonction d éléments visuels provenant d une autre source (photos satellites, lieux ou objets remarquables... ), le support de plusieurs cartes adjacentes (avec recouvrement, ou non)... 2

3 1 Nature et but de ce projet Qu est-ce que? C est un logiciel de modélisation 3D de carte topographique. Si vous possédez un scanner, il vous suffit de scanner une carte correspondant aux formats d entrée envisagés et le logiciel le transcrira pour vous sous la forme d un monde 3D, respectant les altitudes mentionnées par la carte, dans lequel vous pourrez évoluer en déplaçant la caméra faisant office d oeil de l observateur. Principe : Le principe est simple : L utilisateur fournit au logiciel plusieurs documents A4 numérisés représentant, dans un premier temps, des surfaces de niveaux avec légende de couleurs. Le logiciel utilise cette légende pour échantillonner la carte et fournir un maillage tridimensionnel correspondant au relief que celle-ci représente. Ensuite, l utilisateur pourra aussi convertir un document numérisé représentant une carte avec les courbes topographiques en une carte de surfaces de niveaux. L idée étant au final de pouvoir scanner une carte I.G.N., d éliminer toutes les informations inutiles et par rapport aux courbes de niveaux de fournir la modélisation 3D correspondante. Règles à respecter : Pour que le développement de ce projet se passe le mieux possible, nous allons respecter les règles de codage suivantes : Pour les parties en OCaml : Indentation des fonctions obligatoire. Pas plus de 40 lignes par fonction. Les noms de fonctions, variables, constantes et macros devront être en anglais. Mettre un maximum de commentaires. Établir une hiérarchie correct et cohérente des modules ne contenant pas de cycle. Les modules devront être utilisé avec la notation pointé (Module.fonction) ; la directive open est prohibée. Pour chaque fichier.ml, vous devrez faire un fichier.mli. Pas plus de 3 niveaux d imbrication de modules (dans vos propres modules). 72 caractères par ligne. Pas d espace en fin de ligne dans les fichiers.ml et.mli Aucun warning à la compilation. 3

4 Pour les parties en C : Indentation des fonctions obligatoire. Pas plus de 40 lignes par fonction. Pas de variable globale. Les noms de fonctions, variables, constantes et macros devront être en anglais. Mettre un maximum de commentaires. Faire une hiérarchie cohérente des fichiers.c. Pour chaque fichier.c faire un fichier.h. 72 caractères par ligne. Pas d espace en fin de ligne dans les fichiers.c et.h. Aucun warning à la compilation avec les drapeaux de compilation suivants : -W -Wall -Werror -pedantic (sauf dans le cas d utilisation de bibliothèques externes requérant des drapeaux différents, ou engendrant des warning.) Pour le projet : Votre projet doit disposer d un Makefile compatible avec BSD Make. Votre Makefile devra fournir les règles suivantes : all engendrant la totalité des binaires de votre projet, notamment s il y a lieu en version native et bytecode ; clean supprimant tous les produits intermédiaires de compilation. Un fichier README qui explique comment compiler et utiliser votre projet. Un fichier AUTHORS contenant les logins, noms et prénom des membres du groupe. Chaque ligne correspondra à un membre et se présentera sous la forme : login : NOM Prénom. 4

5 Projet C C 3D 2 E Découpage du projet Pour effectuer un partage des tâches, le découpage des tâches sera fait de la façon suivante : 1. Pré-traitement de l image de départ, numérisée à partir d un document A4, par repérage des séparations de zones. C est à dire : Traçage de la limite séparant chaque zone de couleur. 2. Échantillonnage du relief par découpage de la zone en triangles repérés par les trois points de ceux-ci. 3. Codage du moteur graphique permettant de représenter la carte échantillonnée sous la forme d un relief en 3D et à l échelle. 4. Développement de l interface visuelle de l application, permettant, entre autres, de se déplacer aisément dans le monde par manipulation de la caméra. 2.1 Pré-traitement de l image F. 1 Carte topologique de base. F. 2 Carte topologique avec zones détourées. Concrètement, il s agira de faire deux choses : 1. transformer l image d origine, représentant une carte topologique, dont les reliefs sont représentés à l aide de zones de couleurs différentes (cf Fig. 1), en repérant les différentes zones de couleurs et de faire ressortir celles-ci en les séparant les unes des autres. Cette séparation sera matérialisée par une ligne noire (cf Fig. 2). Il faudra donc envisager une méthode permettant de déterminer le passage d une zone colorée à une autre, et de marquer ce changement à l aide d une ligne noire suivant la courbe de séparation. Dans un premier temps, on considérera que l image est "propre" ; Il n y a donc pas de bruit à éliminer avant d effectuer le traitement. 5

6 2. déterminer le nombre d altitudes différentes existantes sur cette carte et demander à l utilisateur (de manière interactive ou à l aide de fichiers) de renseigner leur valeur. Chaque carte est accompagnée d une légende précisant pour chaque couleur la hauteur de référence. Il suffira alors que l utilisateur renseigne pour chaque couleur qui lui sera présentée la hauteur (ceci afin d éviter l usage d un O.C.R.). Vous pouvez toutefois faire appel à un O.C.R. qui, utilisant la légende accompagnant chaque carte, renseignera automatiquement les valeurs des altitudes de chaque couleur repérée sur la carte. Dans le cas idéal, ce pré-traitement fournira deux fichiers : un fichier bitmap, correspondant à l image qui sortira de ce traitement, sur laquelle les courbes de séparations des zones auront été ajoutées. Cette image pourra selon votre propre appréciation être laissée en couleur ou sauvegardée en niveau de gris. un fichier texte contenant le nombre de couleurs déterminées dans l ordre croissant d altitude, ainsi que la valeur de chaque couleur. 2.2 Échantillonnage du relief Cette partie fonctionne à partir d un document "parfait" issu de la phase de pré-traitement de l image. Elle est essentielle puisqu elle va fournir au moteur graphique un modèle 3D de carte à représenter. Il faudra donc créer des algorithmes capables de découper la carte en lignes verticales, horizontales et diagonales (cf. Fig. 3 1 ) pour que celle-ci soit modélisable à l aide de triangles définis par trois points. FIG. 3 Carte topologique avec zones détourées et grille de modélisation. Dans un premier temps, les coordonnées bidimensionnelles (X,Y) des points des triangles sont obtenues en repérant les intersections de toutes les lignes. La hauteur (Z) quant à elle est obtenue par la couleur de la zone sur laquelle se trouve l intersection en (X,Y). Sa valeur étant récupérée dans le fichier texte généré par le pré-traitement. Remarque : L intervalle entre les lignes est le même pour toutes les sortes de lignes (horizontales, verticales et diagonales) et doit, bien évidemment, être paramétrable. Il sera proposé (modifiable) à l utilisateur avant l échantillonnage. Dans un second temps, et dans un souci de précision, nous ajouterons aux points définissant les triangles, tous ceux qui correspondent à une intersection entre les lignes horizontales, verticales ou diagonales et celles qui séparent les zones d altitude (lignes créées lors du pré-traitement). Ensuite toutes ces coordonnées de triangle, seront stockées dans un fichier sous le format de votre choix pour être, par la suite, utilisé par votre moteur 3D. Remarque : Il vous est fortement conseillé d utiliser un format de fichier existant (type 3DS) et non pas un format propriétaire. L avantage étant de pouvoir visualiser tout de suite le relief échantillonné avant même d avoir 1 Par souci de lisibilité, seules les verticales et horizontales ont été représentées sur cet exemple. 6

7 créé votre moteur graphique. Une autre utilité étant de vérifier et de comparer votre propre moteur 3D avec celui de référence. 2.3 Moteur graphique 3D Cette troisième partie du projet consiste à réaliser un moteur graphique 3D permettant de visualiser la carte topologique, donnée au départ, en relief. Pour cela nous utiliserons le fichier obtenu lors de l étape précédente. La conception de ce moteur ainsi que sa finesse (précision des coordonnées, précision des mouvements, etc.) est laissée à votre propre appréciation et sera bien évidemment évaluée. Remarque : votre moteur devra aussi fournir au moins deux modes de représentation : fil de fer et surfaces pleines. Dans ce dernier cas, vous fournirez aussi plusieurs modes de lissage. 2.4 Interface graphique Une interface graphique, quoique non nécessaire, reste néanmoins une façon intuitive et rapide d utiliser un logiciel. Cette interface sera relativement simple : Une zone de visualisation 3D, prenant la plus grande place sur l écran ; Une zone plus petite de visualisation de la carte 2D d origine vu de dessus, et permettant de savoir où se situe le point central observé par la caméra. Et une zone d information et de manipulation. Plusieurs modes de caméra doivent être envisagés, comme par exemple, une vue générale, une vue en première personne, etc. La zone d information et de manipulation doit être utilisable pour différentes choses. Elle doit nous permettre, par l intermédiaire de paramètres, de modifier par le biais de la souris et/ou du clavier les valeurs de rotation, d échelle, de zoom, d éclairage, de positionnement de l éclairage de la scène, etc. Elle doit aussi nous afficher en permanence d autres valeurs telles que, par exemple, les coordonnées du repère de caméra (altitude comprise), le mode caméra en cours, etc. Remarque : Bien évidemment, l interface permettra aussi des accès aux fichiers comme, par exemple, le chargement d une nouvelle carte. Votre interface offrira la possibilité d interagir avec les paramètres des parties précédentes. 7

8 3 Langages et répartitions Ce projet est à réaliser en C et en OCaml. Le découpage entre le les parties C et les parties OCaml est imposé. La communication entre les parties devra être assurée celon deux méthodes : Communication inter-processus : certains parties seront sous forme de programmes séparés et communiqueront entre elles (et avec le programme principal) via les mécannisme classique de communication entre processus (fichier temporaire, tubes simples ou nommés, socket de domaine UNIX... ) Interface entre les langages : il est possible d utiliser du code C en OCaml et vice-versa. Cette méthode peut être plus simple sur certaines parties, mais requiert des manipulations plus complexes (conversion de la représentation des données entre les deux langages.) L usage d autre langage est prohibé, au mieux, la phase de compilation de votre programme et l appel d outils extérieurs (pour la conversion d image par exemple) pourront faire appel à des scripts shell simples. La ligne de commande votre programme doit fournir au moins les options -help et --help qui affichent une aide succincte (brève description, format de la ligne de commande et liste des options accompagnées d une brève description.) Si au moins une option est nécessaire votre programme affichera l aide également s il est appeler sans option. Le découpage imposé n est pas négociable, seul le choix de séparer ou non en sous-programmes est libre. En plus du découpage imposé, nous vous conseillons certaines bibliothèques de fonctions, il ne s agit que de conseille, mais si vous choisissez d utiliser d autres bibliothèques vous devrez satisfaire deux points : votre projet doit compiler, sans manipulation suplémentaire de notre part, sur les FreeBSD de l école ; vous devrez justifer que les bibliothèques en question ne réalise pas à votre place (ou que vous n utilisez pas les parties en question) le travail qui vous est demandé (ceci s applique également au bibliothèques conseillées.) Découpage : Le chargement initial de l image devra être réaliser en OCaml. Vous pouvez utiliser pour se faire des outils de conversion d image (le principal est que vous puissiez charger les images) ainsi que des bibliothèques permettant le chargement de fichiers images (SDL via OCaml SDL, CamlImage, l interface de la bibliothèque ImageMagick pour OCaml... ) La détection de zones de couleurs et la gestion initiale des altitudes devra être réalisé en OCaml. Cette partie devra être capable de produire une image intermédiaire. L échantillonnage du relief et les traitements associés devront être réalisé en OCaml. La production d une description des triangles obtenus devra par contre être réalisée en C. Pour cette partie pensez éventuellement à deux médias pour votre résultat : un médium interne destiné à être exploité directement par votre moteur 3D et un médium externe exploitable par des outils existant (3DSMax, Blender... ) Votre moteur graphique devra être réalisé en C. Vous pourrez utiliser pour cette phase les outils à votre disposition comme OpenGL, SDL... L interface graphique est à réaliser à l aide de la bibliothèque graphique GTK en C. Il est fortement conseillé de séparer l interface graphique du reste du projet (sauf le moteur 3D, et encore.) Il est tout à fait possible, pour des raisons techniques, de séparer la fenêtre de rendu de la fenêtre principale (cas d un rendu dans un sous-programme différent par exemple.) 8

9 4 Calendrier des soutenances Comme vous devez être quatre par groupe, le calendrier est découpé en quatre, mais ce n est qu à titre indicatif. Ce qui importe ce sont les tâches qui doivent être réalisées pour chaque soutenance. 1ère Les diverses méthodes de détection de zones de couleurs différentes. 2ème Positionnement de la grille d échantillonnage avec gestion du paramètre d intervalle. 3ème Améliorations éventuelles des modules de pré-traitement et d échantillonnage (versions finales). Détection des différentes zones et traçage des lignes de séparation de ces zones. Création du fichier de coordonnées avec les deux formats au choix (avec ou sans les points d intersection "lignes/séparations de zones". Moteur graphique terminé. Création des fichiers bitmap et texte correspondant au pré-traitement de l image. Ébauche du moteur graphique (affichage d une image 3D statique). Mise en relations des modules du projet. Intégration des différents modules à l interface utilisateur. Ébauche de l interface graphique. Site Web. Avancement de l interface graphique. Interface complète. graphique Description des pièces à fournir A chaque soutenance vous devez fournir : Un plan de soutenance, Un rapport de soutenance, Un site Web. A la soutenance finale vous devez fournir : Un plan de soutenance, Un rapport de projet, Un dossier d exploitation, Le projet, Un site Web, Une procédure d installation/désinstallation. Un plan de soutenance (à chaque soutenance) Il présente sur une page et sous la forme d un plan, la façon dont va se dérouler votre soutenance. Cela sous-entend évidemment une préparation de celle-ci (ne serait-ce que bien gérer votre temps). Il doit être remis au début de chaque soutenance. Un rapport de soutenance (à chaque soutenance) Il présente sur une vingtaine de pages (minimum) ce qui a été réalisé depuis la dernière soutenance ou depuis la validation du cahier des charges pour la première soutenance. Sa présentation 1 peut-être calquée sur celle du rapport de projet présenté plus loin. Il doit être remis au début de chaque soutenance. Il doit faire le bilan de ce qui a été fait (avances et/ou retards sur planning), par qui et présenter ce qui doit être fait pour la prochaine fois. 1 Toute présentation, qu elle soit écrite ou orale, doit contenir un plan ainsi qu une introduction et une conclusion. 9

10 Un site Web (à chaque soutenance) Celui-ci doit contenir une page d accueil permettant d accéder aux différents éléments suivants : Une présentation du projet (l historique, les membres, la chronologie de réalisation, les problèmes rencontrés, les solutions envisagées), Les liens sur les sites (des membres, des logiciels, images, sons, librairies, applets et autres éléments que vous auriez pu utiliser), Un download du rapport, du projet et d une version lite de celui-ci (sans toutes les choses inutiles à l exécution du projet). Un rapport de projet (à la dernière soutenance) Il est à remettre lors de la dernière soutenance, il doit contenir 50 pages minimum annexes non comprises (les sources du projet sont fournies hors rapport). Une structure 1 acceptable pourrait être : Reprise du cahier des charges, Plusieurs présentations possibles : Chronologique (groupe), Chronologique (individuelle), Individuelles (répartition des tâches), Autres. Récit de la réalisation : Ses joies, Ses peines, Etc. Les annexes comprennent : Les exemples d impression, les exemples d écran, les jeux d essai, les dessins d origine, Etc. Remarques : Quelle que soit la structure retenue pour les rapports (chronologique, individuelle, etc.), elle doit dans tous les cas décrire de manière très EXPLICITE qui a fait quoi. Un Dossier d exploitation (à la dernière soutenance) Le dossier d exploitation doit contenir les éléments suivants : Manuel d installation, Manuel d utilisation 2. Le projet (à la dernière soutenance) Le projet (un exécutable) doit être accompagné des éléments suivants : Les sources, Les différentes bibliothèques utilisées par votre projet, Une procédure d installation/désinstallation (à la dernière soutenance) Celle-ci doit permettre d installer le projet, le site et tous les éléments qui les accompagnent. Bien sûr, le choix des éléments à installer doit être possible et il va de soit qu une procédure de désinstallation est fournie. 2 Une aide contextuelle doit être intégrée aux exécutables du projet 10