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La grande course pour cartographier le monde en 3D

Vidéo Grandes entreprises technologiques et start-up se sont lancées dans une course pour cartographier le monde en trois dimensions. Leur objectif ? Créer un jumeau numérique qui servira de référentiel pour aider les machines à comprendre leur environnement. A la clé, de nouveaux usages comme la conduite autonome ou la réalité augmentée.
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La grande course pour cartographier le monde en 3D
Vue d'artiste d'une ville virtuelle par XRSpace. © XRSpace

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’industrie automobile à l’aviation ou au bâtiment. Mais les grandes entreprises du numérique voient plus loin.

Plusieurs d’entre elles – Microsoft, Facebook, Niantic, Intel, Google, 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 plateforme 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. Il utilise pour ce faire des caméras qui cherchent des points de repères : surfaces, formes géométriques ou autres qui lui servent de référence pour s’orienter. Ils sont typiquement 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.

L’enjeu de la conduite autonome
En superposant le double numérique d’un environnement à son équivalent réel, il est alors possible à la machine de comprendre le monde qui l’entoure. Pour les véhicules autonomes, ces "cartes HD" permettent d’anticiper la conduite à tenir et débloquent des fonctionnalités 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 lorsque ceux-ci sont discontinus, la simulation précise des délimitations de voies même lorsque les marquages sont absents, 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 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 qu’elle est 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 que Tom Tom et Here Maps, se sont lancées dans la course, de même que de nouvelles start-up spécialisées, comme DeepMaps ou Carmera. Certains acteurs de la conduite autonome créent leurs propres cartes : Mobileye que nous avons cité plus haut, mais aussi Waymo, société-sœur de Google.

Sont concernées toutes les routes dans la plupart des pays développés, mais également les parkings souterrains afin de créer des services de voituriers autonomes, ou parfois les voies ferrées. C’est le cas en Allemagne, où la Deutsche Bahn a lancé le projet Sensors4Rail en janvier 2021. Elle veut créer un jumeau numérique complet de ses opérations, qui inclura bâtiments, poteaux, rebords de plateformes, travaux et autres. Il servira de référence pour détecter d'éventuels changements, mais aussi à terme d'augmenter la capacité du réseau ferroviaire grâce à une localisation très précise des trains.

Vers un "cloud de la réalité augmentée"
Les principes en jeu sont sensiblement les mêmes pour les expériences de réalité augmentée. Le but est de pouvoir intégrer des objets virtuels dans un environnement réel, et que ces objets soient visibles par tout le monde de la même façon et au même endroit (tant qu’ils sont équipés d’un appareil adéquat). Des applications de ce type existent déjà sur smartphone mais sont limitées à un unique utilisateur ou nécessitent un tag visuel spécifique qui serve de point de repère.

La vision des grandes sociétés technologiques à horizon 2030 est celle de lunettes qui rendront cette intégration du virtuel dans le réel complètement naturelle, y compris en matière d’interaction des utilisateurs avec ces éléments virtuels. Mais pour les positionner de façon précise dans un environnement tridimensionnel, une carte 3D du monde est nécessaire.
 


Le projet de Facebook en la matière se nomme Live Maps. Il s’agit un jumeau numérique du monde réel pensé pour des expériences sociales. Il implique une numérisation du monde 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 les utilisateurs capturent leur environnement via leurs appareils électroniques et les envoie dans le cloud. A noter que, comme pour les voitures autonomes, la création de ces cartes a plusieurs avantages. Notamment car naviguer dans des environnements déjà cartographiés réduira énormément la puissance requise par de futures lunettes de réalité augmentée, et leur permettra donc d’être plus fines et légères.

Facebook n’est pas le seul à s’intéresser à cette "infrastructure numérique". Google, Microsoft ou Niantic (créateur de Pokémon Go) développent également leurs propres solutions de "cloud AR". Tous perçoivent ce double numérique du monde comme un avantage compétitif qui sera déterminant à l’avenir.
 


Des implications pour le respect de la vie privée
Cependant, il n’est pas sans implications concernant le respect de la vie privée des individus. 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, dont on sait qu’elle travaille sur le sujet même si elle n’a officiellement rien annoncé, pourrait avoir trouvé une solution. Elle est parvenue à miniaturiser un capteur Lidar, qui est désormais embarqué dans ses iPhones. Ces derniers ne capturent que des nuages de points, ce qui limite leur aspect intrusif, tout en restant très efficaces pour aider l’appareil à se situer dans l’espace. Cela pourrait être un bon compromis.
 


Evidemment, 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 human". 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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