Calcul de l'aire des feuilles d'arbres forestiers

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Ce projet fait suite à un projet de spécialité proposé l'an dernier. Voir la page des étudiants ayant réalisé le projet.


Cadre du projet

  • Encadrant : Franck Hétroy-Wheeler.
  • Nombre d'étudiants : 3 à 5
  • Prérequis : bon niveau en algorithmique, programmation Python ou C++. Intérêt pour la géométrie et la biologie. Avoir suivi le cours de modélisation géométrique (MMIS) est un plus.

Contexte

Dans le domaine agronomique, botanique ou forestier, les ingénieurs et les chercheurs ont besoin de faire des mesures sur des plantes et des arbres : volume de bois, surface foliaire, distribution spatiale des feuilles, ... Ces mesures permettent d'estimer la biomasse et de comprendre l'interaction de la plante avec son environnement. Cela a un impact notamment sur la quantification de l'effet de serre et du changement climatique.

De plus en plus, ces mesures sont faites de manière non destructive en utilisant un scanner laser, appelé t-LiDAR. Cet appareil génère un ensemble de points tri-dimensionnels échantillonnant la surface de la plante ou de l'arbre (voir images ci-dessous). Afin de pouvoir faire les mesures de biomasse, il faut d'une part segmenter le nuage de points en sous-ensembles correspondant aux entités qu'on souhaite mesurer (les branches et les feuilles, principalement), et d'autre part approcher chaque sous-ensemble de points par une surface continue.

Le premier problème a été résolu dernièrement, en collaboration avec un chercheur en écophysiologie des arbres forestiers [1]. Le second problème a également été abordé pour les branches [2] : Åkerblom et ses collègues ont montré qu'un cylindre simple est une approximation suffisante dans la plupart des cas. Le but de ce projet de spécialité est d'étendre cette étude au cas des feuilles.

Fig7l.png Fig7l-top.png
Segmentation d'un nuage de points d'une jeune pousse de chêne (vue de face et vue de haut) [1]. Noter les trous dans les feuilles, dûs aux occultations lors des scans.

Objectifs

Le but du projet est de développer une méthode robuste et précise de calcul de la surface d'une feuille d'arbre représentée par un nuage de points 3D. L'an dernier, les étudiants ont proposé une approche par triangulation de Delaunay.

Le but cette année est triple :

  • étudier une approche type Variational Shape Approximation [3], qui calcule automatiquement une approximation par un ensemble de plans  ;
  • étudier une approche qui calcule une surface B-spline d'approximation [4], éventuellement l'étendre à d'autres types de splines ;
  • comparer et analyser les résultats des trois approches sur des feuilles issues d'arbres variés.

Environnement

Des nuages de points de feuilles issues d'arbres variés seront fournis. Le code est à écrire en C++ ou en Python. L'utilisation de la bibliothèque PCL est recommandée.

Bibliographie