Les capacités informatiques et graphiques continuent de s'améliorer et d'évoluer. Ce qui relevait autrefois de la science-fiction, comme le rendu photoréaliste en temps réel, désormais courant dans les jeux vidéo, ou la réalité virtuelle (RV) à faible coût, est aujourd'hui monnaie courante. À mesure que les gens expérimentent ces technologies dans leur vie personnelle, la demande et les attentes augmentent pour que les simulations informatiques utilisées dans un cadre professionnel ou institutionnel aient un niveau similaire de contenu visuellement attrayant et d'expérience pour l'utilisateur. Ces capacités contribuent à l'acceptation et à l'utilité de ces outils. Cette étude de cas propose une approche, ainsi que des outils et des techniques, utilisés pour automatiser et réduire les ressources nécessaires au développement de modèles tridimensionnels (3D) de l'environnement d'un grand campus à partir de données de dessin assisté par ordinateur (DAO) traditionnelles en deux dimensions (2D), qui peuvent être utilisées dans la simulation informatique.
Au sein des National Institutes of Health (NIH), une agence fédérale soutenant la recherche biomédicale fondamentale, l'Office of Research Services (ORS), Office of Quality Management (OQM), a mis en œuvre plusieurs modèles de simulation informatique qui ont permis d'améliorer la planification des urgences et la prestation rentable des services ORS à la communauté NIH. Ces efforts sont conçus pour s'intégrer dans un modèle holistique d'aide à la décision pour les opérations sur le campus (CODS) qui fournira une plateforme flexible pour comprendre et tester les améliorations apportées à la prestation de services dans un environnement virtuel.
En plus d'une composante analytique, ce modèle utilise une représentation très visuelle du campus des NIH. Cela renforce l'utilité de la simulation, car "l'affichage d'images graphiques du comportement dynamique d'un modèle pendant son exécution permet à l'utilisateur de découvrir les erreurs par la vue" (Bijl, Boer 2011). Le campus des NIH se compose de plus de 90 bâtiments sur 310 acres de terrain. Les bâtiments du campus vont du Clinical Center Complex de 242 lits et 3,2 millions de pieds carrés aux premiers bâtiments des NIH construits dans les années 1930. Le campus comprend environ 9 000 places de parking en surface et dans des structures à plusieurs niveaux.
La création de ce "monde virtuel" dans un environnement de simulation informatique peut nécessiter des ressources et un temps de travail considérables. Les compétences nécessaires pour être un modélisateur 3D efficace et efficient sont considérablement différentes de celles nécessaires pour être un modélisateur de simulation efficace. Souvent, les organisations disposant d'un grand nombre d'installations, telles que les NIH, conservent des dessins CAO traditionnels en 2D à des fins de planification et de gestion de l'espace. Les données CAO peuvent présenter différents degrés de conformité aux normes et aux meilleures pratiques, ce qui peut entraver la conversion efficace en un modèle 3D.
En développant le modèle CODS, l'OQM a identifié le besoin de développer une représentation 3D du réseau de routes, de parkings et de circulation piétonne du campus, de l'accès au campus pour les employés et les visiteurs, et de l'extérieur des bâtiments, y compris les entrées et les sorties appropriées. En outre, certaines parties du modèle CODS nécessitaient la visualisation de l'intérieur des bâtiments du campus, avec une représentation minimale des murs intérieurs et des portes, et de la manière dont les occupants circulent dans l'espace physique. Pour relever ces défis, l'OQM a mis au point divers outils, techniques et méthodes de travail pour utiliser ces actifs de CAO 2D dans la simulation informatique 3D.
Il n'existe malheureusement pas de méthode unique pour convertir les données CAO 2D en 3D et les utiliser ensuite dans un modèle de simulation. En ce qui concerne la CAO 2D en particulier, "les schémas de CAO ne conviennent à la création de modèles que si leur construction suit des conventions spécifiques au domaine ; les conventions peuvent être un accord entre l'utilisateur de la CAO et le constructeur du modèle de simulation (Lorenz, Schulze 1995). Les organisations ont accumulé des actifs de CAO au fil du temps et la conformité aux normes n'est pas toujours intégrée dans les exigences au fur et à mesure que ces actifs sont développés et mis à jour.
En outre, il convient de faire la distinction entre la conversion d'un plan 2D en 3D pour des visualisations ou des visites virtuelles à la première personne et l'exploitation des données et des informations d'un dessin CAO pour une utilisation dans la simulation en tant qu'outil de prise de décision. Pour obtenir une valeur décisionnelle à partir de la simulation d'un plan d'étage, il faut non seulement visualiser, mais aussi disposer d'un moyen d'accéder et d'utiliser les données de localisation sous-jacentes et les relations spatiales des éléments représentés dans la visualisation.
L'approche générale de la création d'un modèle d'espace intérieur 3D dans Simio comprend 3 étapes principales. Tout d'abord, la disposition générale de l'espace intérieur, y compris les pièces et les portes, est créée sous la forme d'un modèle 3D. La deuxième étape consiste à développer les voies de circulation des occupants dans le bâtiment. Enfin, ces géométries sont importées dans le logiciel de simulation, dans notre cas Simio, pour être utilisées dans la simulation informatique. En commençant par les dessins CAO en plan de chaque bâtiment, Autodesk AutoCAD a été utilisé pour développer une EXTRACTION DE DONNÉES afin d'exporter les annotations des pièces et leurs coordonnées respectives dans un fichier de feuille de calcul. Il convient de noter que certains bâtiments du campus comptent 19 étages et 400 chambres par étage. Ce fichier a été nettoyé, trié par "étages" et normalisé dans un format délimité par des virgules. Une extension personnalisée Trimble SketchUp (étape 1) a été développée pour importer ces informations dans un dessin SketchUp 3D.
Les vues des plans d'étage ont ensuite été importées dans SketchUp et orientées de manière appropriée. Les portes n'étant pas des objets CAO normalisés dans les dessins fournis, une autre extension SketchUp (étape 2) a été développée sur mesure pour identifier et placer divers objets de portes normalisés dans le modèle SketchUp. Ensuite, les vues en plan ont été converties en "profils" propres à l'aide de divers outils, techniques et modules d'extension SketchUp. Outre le produit Sketchup standard, les outils Trimble Extension Warehouse ont été utilisés, notamment CleanUp, Edge Tools, Selection Toys et Architect Tools développés par Thomas Thomassen. L'objectif de cet exercice était de remplir les espaces à l'intérieur de la géométrie du mur CAO avec des "faces" Sketchup et de créer des polygones 2D solides représentant la géométrie du mur. Cette étape a été de loin la plus longue, mais l'utilisation de ces techniques a permis de créer une vue en plan relativement grande (par exemple 400 pièces, 200 000 pieds carrés) en 2 à 3 heures. Les polygones 2D ont ensuite été extrudés pour créer une représentation de base de la géométrie intérieure en 3D.
En outre, un réseau de circulation de base dans les principaux couloirs du bâtiment a été dessiné dans SketchUp. Une autre série d'extensions SketchUp a été développée pour automatiser la "connexion" de ces chemins principaux aux portes et aux pièces du bâtiment (étapes 3 à 7).
Enfin, cette géométrie a été exportée à l'aide d'une extension SketchUp personnalisée (étape 8) vers un fichier de feuille de calcul indiquant la définition, le nom et l'emplacement de l'objet et, pour les liens générés, l'objet et les sommets de départ et d'arrivée. Ces données ont ensuite été importées dans un modèle Simio à l'aide d'un complément fourni par LOGIO.
Des étapes de processus et un flux de travail similaires sont utilisés pour développer la vue de l'ensemble du campus. Un dessin CAO de l'ensemble du campus a été utilisé comme base pour les contours des bâtiments. La masse de chaque bâtiment a été approximée à partir de ces contours et des détails relativement mineurs ont été ajoutés sur la base d'observations physiques pour donner une idée de l'environnement du campus. Le campus et le réseau routier environnant, ainsi qu'une partie du réseau piétonnier, ont été obtenus à partir d'une combinaison de documents de planification générale du NIH et d'une requête de données OpenStreetMap via Overpass Turbo.
Grâce à ces méthodes, l'équipe de projet a pu atteindre l'objectif de produire un modèle 3D suffisamment détaillé pour visualiser et simuler les déplacements des occupants d'une installation du campus des NIH, ainsi que les déplacements des personnes et du trafic dans l'environnement du campus. Les méthodes de flux de travail et les scripts SketchUp API ont permis d'exploiter les données limitées disponibles à partir des plans 2D afin d'éliminer de nombreuses étapes répétitives et fastidieuses si les caractéristiques du modèle devaient être développées individuellement. Pour le complexe NIH Clinical Center de 18 étages et d'une superficie de 3,2 millions de pieds carrés qui a été modélisé, cela a permis de gagner des centaines d'heures. Le réseau routier du campus, qui utilise des données OpenStreetMap, a pu être créé en quelques minutes et est moins sujet aux erreurs, alors qu'il aurait fallu plusieurs jours pour retracer manuellement une image aérienne.
Au cours de ce projet, il a été reconnu que les géométries SketchUp résultantes pouvaient également être utilisées dans de nombreuses applications de moteur de jeu qui incluent la physique, la détection des collisions, les avatars contrôlés par le joueur et les objets non-joueurs. Bien que les techniques aient été développées spécifiquement pour un modèle Simio, nombre d'entre elles pourraient être appliquées de manière plus large et générique. Les scripts ruby de SketchUp, ou une variante de ceux-ci, peuvent par exemple être écrits en conformité avec les normes de Trimble Extension Warehouse et être mis à la disposition de tous les utilisateurs de SketchUp.
Les organisations du secteur privé intéressées par une collaboration ou l'octroi de licences pour ces technologies doivent contacter les auteurs et des accords appropriés peuvent être conclus par l'intermédiaire de l'Office of Intramural Research, Office of Technology Transfer, du NIH.
L'équipe de l'OQM tient à remercier les responsables des NIH et de l'ORS/ORF ainsi que les nombreux membres du personnel qui ont soutenu ce projet.