Par Yiğitcan Karanfil, directeur de la technologie de conception, Mark Cichy, directeur de la technologie de conception, et Tim Lazaruk, directeur de la technologie de conception, tous, HOK Canada
L’industrie de la construction a connu une augmentation des outils qui utilisent des moteurs de jeu. Les technologies de visualisation en temps réel ont permis aux professionnels d’AEC d’être plus efficaces et de favoriser de nouvelles façons de transmettre le récit, d’améliorer la coordination et de déployer l’agrégation de données.
La technologie de moteur de jeu et son interaction avec l’industrie
Cette tendance est à la hausse et ces technologies ouvrent des opportunités illimitées dans l’industrie AEC. Les jeux vidéo sont créés à l’aide d’une boîte à outils numérique appelée «moteur de jeu» – un environnement spécialement conçu pour accélérer l’exploration visuelle. Les concepteurs, ingénieurs et constructeurs utilisent des outils de moteur de jeu tels qu’ArchiCAD, Revit et/ou Rhinoceros pour créer des conceptions architecturales, tandis que les développeurs de jeux les utilisent pour créer des jeux vidéo. Certains de ces moteurs tels que Unreal Engine (par Epic Games) et Unity sont disponibles gratuitement pour tout développeur, car ils sont source ouverte/fermée, tandis que certains sont développés en tant que technologies internes propriétaires, telles que Id Tech (Id Software) ou Frostbite (EA). Bien que leur objectif principal soit le divertissement, ils peuvent contenir la capacité de traiter de grandes quantités de données, de simuler la lumière et la physique, et de visualiser/animer des objets en temps réel – ces fonctionnalités ont été ajoutées aux moteurs au fil du temps pour augmenter le réalisme et élever les qualités expérientielles de l’expérience de jeu. Par coïncidence, bon nombre de ces technologies et fonctionnalités profitent également à l’industrie AEC.
De nombreux outils basés sur des moteurs de jeux développés spécifiquement pour cibler l’industrie AEC sont devenus omniprésents. L’application la plus importante pour ces derniers a été la visualisation architecturale ou de construction. Des outils tels que Twinmotion (basé sur Unreal Engine d’Epic), Lumion et Enscape ont maintenu des améliorations de performances exponentielles grâce à l’avancement rapide de la technologie GPU au cours des dernières années. Ces applications peuvent générer des images instantanément avec une fidélité visuelle incroyablement précise en quelques secondes. Bien qu’ils ne produisent pas de rendus «photo-réalistes», les images ou les vidéos sont produites en une fraction du temps passé avec les outils de rendu traditionnels. Ils permettent la production d’images rendues en grand volume et permettent d’atténuer les erreurs sur place au lieu de les remarquer des heures dans le processus de rendu. Les moteurs de jeu offrent également la possibilité distincte de présenter des modèles directement dans la réalité virtuelle (RV). Alors que la réalité virtuelle est largement commercialisée auprès du grand public en tant que solution de jeu, les professionnels de conception utilisent cette technologie pour créer des présentations immersives pour les clients et / ou expérimenter des espaces de conception dans des environnements virtuels collaboratifs.
Les moteurs de jeu ont maintenant été rationalisés au point où quelques clics suffisent pour s’engager dans l’exploration collaborative d’un modèle de conception - quelques étapes supplémentaires et on peut activer un casque immersif et évaluer les révisions / options en RV. Les casques RV, les ordinateurs portables de jeu et les boîtiers d’unité de traitement graphique (GPU) externes sont devenus monnaie courante dans les bureaux d’AEC.
Il est pratique d’utiliser des moteurs de jeu pour développer le logiciel AEC car ils sont pré-emballés avec de nombreuses fonctionnalités requises pour nos utilisations. La navigation, la physique, la représentation graphique, les technologies de traitement des données ont été développées, optimisées et conçues pour être plus conviviales pour les créateurs. En outre, ils peuvent être plus rentables pour l’utilisateur final car le matériel de jeu est de plus en plus banalisé.
La recherche sur l’utilisation explicite des moteurs de jeu pour l’analyse en est encore à ses débuts – de nombreuses initiatives financées par les fonds publics et universitaires font cependant des progrès significatifs. L’analyse artificielle et de la lumière du jour est principalement abordée dans l’utilisation d’outils de visualisation et de nombreuses possibilités restent à explorer pour l’analyse des performances du vent, des précipitations, de la structure (statique) et des bâtiments. Il est possible d’utiliser des moteurs de jeu pour obtenir des mesures quantitatives, mais il faudra du temps pour voir ce niveau d’ubiquité intégrée accessible au sein des plates-formes de jeu.
HOK utilise les outils décrits dans cet article (certains disponibles publiquement sur le marché ainsi que ceux qui n’ont pas encore été publiés) pour explorer les états et objectifs de conception en plusieurs phases. Nous recherchons constamment de nouvelles façons de tirer parti des technologies des moteurs de jeu et de les exploiter tout au long de notre processus. Le projet de réhabilitation de l’édifice central a été une de ces occasions pour nous d’explorer certaines de ces possibilités et de développer des solutions novatrices qui répondent à un ensemble d’exigences uniques et solides.
L’équipe CENTRUS BIM (HOK / A49 / WSP) en collaboration avec Carleton Immersive Media Studio, or, CIMS, utilise la technologie du moteur de jeu pour rassembler les données du projet dans un environnement interactif et immersif pour to utes les parties prenantes du projet. L’objectif du projet d’actifs streamables est de développer des processus permettant de diffuser des actifs numériques (nuages de points, contenu BIM, formes de données supplémentaires, etc.) dans Unreal Engine (UE). Le but de l’initiative est de créer une plate-forme qui permet aux utilisateurs de visualiser rapidement et efficacement plusieurs ensembles de données dans un environnement unique sans la difficulté de se déplacer entre les formats de fichiers, les plates-formes logicielles et les tailles de fichiers. La première phase de développement en cours implique des procédures de streaming d’actifs dans l’UE. Au-delà de cela, l’équipe travaille au développement d’un système d’affichage tête haute (HUD) pour une utilisation de bureau / en ligne ainsi que des applications de réalité virtuelle et augmentée.
Afin de répondre aux besoins des concepteurs architecturaux, des restaurateurs historiques et du client, l’application d’actifs streamables Unreal Engine est conçue pour remplir plusieurs fonctions: (1) prendre en charge les modèles et métadonnées BIM de l’édifice central, la photogrammétrie et les nuages de points; (2) offrir la possibilité de visualiser et de comparer les données nouvelles et existantes; (3) pour visualiser et comparer les différentes phases de conception; (4) pour suivre les actifs historiques et leurs emplacements en temps réel; et (5) être accessible via un portail interactif en ligne.
Nos spécialistes de la visualisation répondent aux exigences des parties prenantes en intégrant des fonctionnalités explicites dans notre application interactive. Certaines de ces caractéristiques comprennent: (1) les zones de recadrage utilisées pour découper des objets sélectionnés à des fins d’analyse comparative – sectionner le bâtiment en vues extérieures et en plan; (2) cadres de délimitation utilisés dans le format du modèle IFC pour cibler des biens patrimoniaux spécifiques; (3) un outil de chronologie pour révéler les états de contenu disponibles via une chronologie interactive – offrant la possibilité de visualiser les données à partir d’une date ou d’une phase spécifique; (4) les commandes de l’heure pour modifier dynamiquement l’éclairage dans une scène donnée; (5) une fonction de visite de la salle pour guider l’utilisateur dans des espaces spécifiques, en soulignant les mises à jour et les caractéristiques clés; et (6) une fonction de sauvegarde des réglages utilisateur pour réserver des données telles que l’emplacement du référentiel afin que l’utilisateur n’ait pas besoin de réajuster les réglages à chaque connexion.
Les futures versions de l’application Streamable Assets seront partagées en temps réel sur n’importe quel appareil doté d’un navigateur Web (mobile inclus). Les utilisateurs enverront leurs commandes sur le site Web et l’application leur permettra de collaborer en conséquence. Notre équipe travaille en étroite collaboration avec Epic Games et, à la fin de 2021, notre application adoptera formellement l’Unreal Engine 5 d’Epic. Cela permettra à notre application de prendre en charge (1) des modèles beaucoup plus complexes; (2) des ensembles de données de nuages de points beaucoup plus denses; (3) scènes photogrammétriques plus denses – plusieurs maillages de photogrammétrie chargés et visibles en même temps; et (4) un éclairage et des effets environnementaux beaucoup plus sophistiqués.
En 2018, Epic Games, les créateurs de l’Unreal Engine 4 (UE4), a créé une équipe Enterprise dont le seul objectif est de soutenir l’industrie AEC. Plusieurs formats ouverts sont désormais intégrés dans UE4 et peuvent être importés directement via un plug-in d’interopérabilité connu comme Datasmith. Cela permet à plusieurs types de données de vivre et d’interagir dans une seule application. Les formats pris en charge les plus notables incluent les classes Industry Foundation (.IFC), le format de transmission GL (.GLTF), Wavefront OBJ (.OBJ) et Autodesk Filmbox (.FBX). L’application CBR Streamable Assets tire parti de l’utilisation de ces types de fichiers interopérables pour transférer nos données (modèles solides, maillages, nuages de points, etc.) dans l’environnement UE4. De nombreuses plates-formes logicielles de création peuvent exporter IFC, FBX et GLTF, ce qui permet une certaine flexibilité lors de l’importation de données dans UE4 tout en conservant la précision géométrique, matérielle et géographique requise.
Les nuages de points LiDAR sont désormais pris en charge et peuvent être importés directement dans UE4. Les formats pris en charge incluent .LAS, .LAZ, .PTS, .TXT et .XYZ. Sur le projet CBR Streamable Assets, nous utilisons des solutions d’automatisation pour décimer par lots les nuages de points, ce qui facilite leur prise en charge par UE4 tout en maintenant les attentes de performance.
Nos applications ont trois types de données principaux qui nécessitent une intégration au niveau du projet: (1) les modèles solides sont exportés à partir du BIM et sont fabriqués à l’aide de courbes mathématiques non prises en charge par les moteurs de jeu, la conversion de ces modèles en triangles et polygones crée des maillages 3D très complexes et denses ayant un impact performances en temps réel. Pour remédier à cela, nous avons développé un nouveau cadre d’optimisation utilisant des outils personnalisés dans Autodesk 3DS Max. Cet outil exploite les nouvelles API d’intégration de logiciels Autodesk, en conjonction avec Maxscript (le langage natif de 3DS Max) pour lire et traduire les données BIM de Revit, tout en préservant ses métadonnées, ses matériaux et ses textures. Plusieurs procédures d’optimisation de modèle sont appliquées automatiquement, y compris la création de canaux UV secondaires nécessaires à la création correcte d’ombres statiques dans UE4; (2) Le modèle photogrammétrique est maillé à l’aide de Reality Capture, optimisé à l’aide de Houdini FX, et finalement importé dans UE4 à l’aide du format .GLTF; et, (3) Les nuages de points sont importés dans UE4 via un plugin interne qui décime par lots et convertit les fichiers en types de fichiers .XYZ à l’aide de notre plateforme d’automatisation.
Notre équipe a eu quelques difficultés à manipuler et à travailler à l’échelle de l’ensemble de données importé et chargé au moment de l’exécution. Actuellement, l’expérience ne peut pas prendre en charge toutes les données chargées en même temps et comme la densité des données ne fera qu’augmenter, des mesures supplémentaires d’optimisation et de structure des données seront nécessaires. Certains problèmes liés aux performances seront résolus lors des futures révisions logicielles; nous étudions des mesures supplémentaires pour nous assurer que nous tirons pleinement parti du chargement dynamique de divers flux de contenu.
La plupart de nos données sont séparées en couloirs et en pièces. Par la suite, toutes les données de chaque pièce doivent être combinées dans un seul fichier que l’application principale peut lire. Nous exploitons un format propriétaire de UE4 pour charger dynamiquement le contenu. Cela comporte certaines limites, prend beaucoup de temps à créer et nécessite un développeur pour coordonner et gérer la complexité. Nous nous éloignons progressivement des formats fermés pour adopter le type de fichier DATASMITH. Epic étend continuellement son schéma de données et prévoit qu’il sera adopté par des applications standard telles que Rhino et 3DS Max.
Notre plus grand défi technique reste la limitation du matériel actuellement disponible. Nos données BIM comprennent des dizaines de milliers de modèles chacun avec leurs propres métadonnées. Nos modèles photogrammétriques capturés dans chaque pièce et espace de l’édifice central comprennent des dizaines de millions de polygones. Les nuages de points complexes sont constitués de dizaines de millions de points. La puissance de rendu nécessaire pour afficher simultanément tous ces types de données complexes dépend des avancées significatives du matériel GPU et potentiellement de l’IA.
Les technologies de moteur de jeu offrent des capacités de rendu rapide qui facilitent le développement et l’itération de nouvelles idées, concepts et l’exploration de la conception. Ils fournissent également un pont nécessaire vers des technologies nouvelles et en expansion telles que les applications de réalité virtuelle et augmentée. Leur adoption ne montre aucun signe de ralentissement. Cela se traduit par une meilleure intégration entre les applications logicielles.
Le «lien direct» entre les applications spécialisées d’AEC et les moteurs de jeux continuera de croître et de s’étendre. Les commentaires, les commentaires et les modifications effectués dans le moteur de jeu seront finalement enregistrés et appliqués à l’application hôte en temps réel et enregistrés comme une nouvelle itération du contenu de conception. Nous constatons déjà cette tendance dans nos propres efforts de recherche et développement.
Les nouvelles technologies de streaming continueront de croître et de se développer. Des postes de travail à la pointe de la technologie traiteront des applications complexes et diffuseront leur contenu sous forme de flux en direct en temps réel sur n’importe quel appareil connecté à Internet avec prise en charge de l’interaction gestuelle incluse.
Ces nouvelles technologies soulageront la plupart des défis techniques actuels tandis que le reste sera résolu par des versions matérielles et logicielles plus récentes et plus avancées. Comme le Unreal Engine 5 récemment annoncé, qui comprendrait de multiples avancées dans les technologies de rendu en temps réel et la capacité de prendre en charge des centaines de millions de polygones et de points.
Le futur de la technologie des jeux est en croissance exponentielle et offre des gains substantiels et des opportunités à l’industrie AEC dans le monde entier pour l’avenir.
