Comparaison de primitives géométriques pour mesurer la surface foliaire d'arbres forestiers

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Pour ce sujet, il est possible de bénéficier d'un encadrement spécifique sur le thème des méthodes agiles. Pour plus de détails, voir la page Méthodes agiles en projet de spécialité.

Cadre du projet

  • Encadrant : Franck Hétroy-Wheeler.
  • Nombre d'étudiants : 2 à 4.
  • Prérequis : modélisation géométrique, programmation Python ou C++. Avoir suivi le cours de graphique 3D 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 déterminer quelle primitive géométrique simple est le meilleur compromis pour estimer l'aire d'une feuille d'arbre représentée par un nuage de points 3D, en suivant une démarche similaire à [2].

Pour cela, il faudra notamment :

  • lister les primitives géométriques possibles (polygone plan ? surface spline ? maillage triangulaire ?), et comment les calculer à partir d'un nuage de points ;
  • coder les algorithmes de calcul de ces primitives à partir d'un nuage de points ;
  • coder les algorithmes de calcul de surface foliaire à partir de ces primitives ;
  • comparer et analyser les résultats 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. Une interface graphique de visualisation sera fourni si nécessaire. Vous pouvez développer la vôtre si vous préférez. L'utilisation de la bibliothèque PCL est recommandée.

Bibliographie