La ruée vers un monde en 3D

Grandes entreprises technologiques et start-up font la course pour cartographier la Terre en trois dimensions. À la clé, de nouveaux usages comme la conduite autonome et la réalité augmentée.

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La ruée vers un monde en 3D
Les modèles –?comme celui de Chicago?– contiennent de riches couches de données et d’attributs alignés sur la géométrie et le terrain du monde réel.

Le concept de jumeau numérique est devenu très populaire ces dernières années. La création d’un double numérique a en effet de nombreux avantages pour la conception, l’ingénierie et la maintenance dans des secteurs allant de l’automobile à l’aviation, en passant par le bâtiment. Mais les grandes entreprises du numérique voient plus loin. Plusieurs d’entre elles – à commencer par Microsoft, Facebook, Intel, Google et Apple – ont pour projet de numériser une grande partie de la planète. Leur objectif ? Pour certaines, permettre aux robots de se repérer, notamment dans le cas des voitures autonomes. Pour d’autres, rendre possible des expériences de réalité augmentée, qu’elles perçoivent comme la prochaine plate-forme informatique après le smartphone.

Ces projets sont directement liés aux avancées de la vision par ordinateur, l’une des disciplines du champ de recherche de l’intelligence artificielle, depuis 2005. Il est aujourd’hui possible à un appareil léger doté d’un processeur mobile de calculer sa position et ses mouvements dans l’espace en temps réel, avec une latence de l’ordre de quelques millisecondes. Pour cela, il utilise des caméras qui cherchent des points de repère comme références pour s’orienter : surfaces, formes géométriques… Ces derniers sont couplés à une unité de mesure inertielle, qui combine accéléromètre, gyroscope et magnétomètre pour déterminer la vitesse angulaire, la force et l’orientation de l’appareil.

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Des cartes HD pour appréhender l’environnement

En superposant le double numérique d’un environnement à son équivalent réel, la machine peut alors comprendre le monde qui l’entoure. Pour les véhicules autonomes, la cartographie haute définition (HD) permet de mieux appréhender l’environnement et débloque des fonctionnalités, et ce, même lorsque la voiture n’est équipée que d’une seule caméra basse résolution. C’est notamment la stratégie que suit Intel Mobileye depuis plusieurs années. On peut citer par exemple la compréhension des marquages au sol, la détection des bords de la route même discontinus, la simulation précise des délimitations de voies avec ou sans marquages, et la détection des voies navigables ou pas.

Même pour les modèles équipés de multiples caméras, voire d’un capteur lidar (qui mesure l’environnement très précisément à l’aide d’un laser), ces cartes HD fournissent un référentiel qui renforce la prise de décision de la machine et limite le risque d’accident. Elles indiquent où se trouvent les panneaux, les feux, mais aussi l’élévation de la route, le tout avec une précision de l’ordre de quelques centimètres. Elles sont aujourd’hui considérées comme l’une des pierres angulaires des technologies de conduite autonome. Les entreprises traditionnelles de cartographie routière, telles Tom Tom et Here Maps, ou de nouvelles start-up spécialisées, comme DeepMaps et Carmera, se sont lancées dans la course. Certains acteurs de la conduite autonome vont jusqu’à créer leurs propres cartes, à l’image de Mobileye et Waymo, la société sœur de Google.

Sont concernées toutes les routes de la plupart des pays développés, mais aussi les parkings souterrains afin de créer des services de voituriers autonomes, et parfois les voies ferrées. C’est le cas en Allemagne, où la Deutsche Bahn a lancé le projet Sensors4Rail en janvier. Elle veut créer un jumeau numérique complet de son réseau, qui inclura également les bâtiments, les poteaux, les rebords de plates-formes... Il servira de référence pour détecter d’éventuels changements dans l’environnement, mais aussi à terme pour augmenter la capacité du réseau ferroviaire grâce à une localisation très précise des trains.

Les principes en jeu sont sensiblement les mêmes pour les expériences de réalité augmentée. Le but est d’intégrer des objets virtuels dans un environnement réel, et que ces objets soient visibles par tous de la même manière, au même moment et au même endroit, tant que chacun est équipé d’un appareil adéquat. Des applications de ce type existent déjà sur smartphone, mais elles sont limitées à un utilisateur unique ou nécessitent un tag visuel spécifique servant de point de repère. Pour aller plus loin, les grandes sociétés technologiques visent d’ici à 2030 des lunettes dédiées qui rendront cette intégration complètement naturelle, y compris en matière d’interaction des utilisateurs avec ces éléments virtuels. Pour les positionner de façon précise dans un environnement tridimensionnel, une carte 3D du monde est nécessaire. C’est tout l’objet du projet Live maps de Facebook, un jumeau numérique du monde réel pensé pour des expériences sociales. Il implique une numérisation très complexe, avec plusieurs couches : volume, texture, sémantique, interactions… L’objectif étant, là encore, de permettre aux appareils de comprendre le monde qui les entoure afin de mieux assister les utilisateurs.

La création de cette carte 3D du monde sera nécessairement mutualisée. Facebook voudrait à terme que chaque utilisateur capture son environnement depuis son propre appareil électronique et les envoie dans le cloud. À noter que, comme pour les voitures autonomes, la création de ces cartes a plusieurs avantages. Naviguer dans des environnements déjà cartographiés permettra, par exemple, de réduire de façon drastique la puissance requise par de futures lunettes de réalité augmentée. De fait, ces dernières pourront être à la fois plus fines et plus légères.

Mais Facebook n’est pas le seul à s’intéresser à cette infrastructure numérique. Google, Microsoft et Niantic – le créateur de Pokémon Go – développent leurs propres solutions de « cloud AR ». Tous perçoivent ce double numérique de la Terre comme un avantage compétitif, déterminant à l’avenir.

Gare au respect de la vie privée

Mais pour cela, il faudra aussi régler la question du respect de la vie privée. En effet, la création de ces cartes passe par l’utilisation de caméras pour capturer l’environnement à très haute résolution. Comment y parvenir sans empiéter sur les libertés individuelles ? Ce sera le principal défi à relever pour garantir l’adoption de ces technologies. Facebook, dont la réputation est sévèrement écornée en la matière, en est particulièrement conscient. Apple, qui travaillerait également sur le sujet, même si rien n’a été officiellement annoncé, pourrait avoir trouvé une solution. Il est parvenu à miniaturiser un capteur lidar, qui est désormais embarqué dans ses iPhone. Ces derniers ne capturent que des nuages de points, limitant leur aspect intrusif, tout en restant très efficaces pour aider l’appareil à se situer dans l’espace. Cela pourrait être un bon compromis.

Évidemment, le monde ne serait rien sans ceux qui l’habitent. Ces mêmes entreprises travaillent également sur la virtualisation des personnes ; on parle alors de « digital humans ». Il ne s’agit pas ici de jumeau numérique, mais plutôt d’avatars très réalistes, capables de reproduire avec précision les expressions de chacun. Facebook, qui communique le plus sur le sujet, y voit le futur des appels vidéo et visioconférences dans un monde ou le télétravail et la télé-éducation seront devenus la norme.

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