La création d'une maquette numérique d'un bâtiment existant nécessite le relevé du bâtiment. Le scanner laser terrestre est largement utilisé pour atteindre cet objectif. Il permet d'obtenir la géométrie des objets sous forme de nuages de points. Il fournit une grande quantité de données précises de manière très rapide et avec un niveau élevé de détails. Malheureusement, le passage du nuage de points à la maquette numérique reste actuellement largement manuel en raison du volume important de données et des processus qui sont difficiles à automatiser. Cette démarche est chronophage et source d'erreurs. Un défi majeur aujourd'hui est donc d'automatiser le processus menant à la reconstruction 3D de bâtiments existants à partir de nuages de points. L'objectif de cette thèse est de développer une chaîne de traitements permettant d'extraire automatiquement le maximum d'informations du nuage de points d'un bâtiment en vue d'intégrer le résultat dans un logiciel de BIM. / The creation of an as-built BIM requires the acquisition of the as-is conditions of existing buildings. Terrestrial laser scanning (TLS) is widely used to achieve this goal. Indeed, laser scanners permit to collect information about object geometry in form of point clouds. They provide a large amount of accurate data in a very fast way and with a high level of details. Unfortunately, the scan-to-BIM process remains currently largely a manual process because of the huge amount of data and because of processes, which are difficult to automate. It is time consuming and error-prone. A key challenge today is thus to automate the process leading to 3D reconstruction of existing buildings from point clouds. The aim of this thesis is to develop a processing chain to extract the maximum amount of information from a building point cloud in order to integrate the result in a BIM software.

Au niveau des grandes architectures industrielles, il existe un besoin de plans CAO précis de l'existant. A l'heure actuelle, ces plans peuvent être construits à partir de la technologie de la photogrammétrie, technique lente et coûteuse basée sur la prise de photos de plusieurs points de vue des structures dans l'espace. Une technologie récente, la télémétrie laser, permet d'obtenir directement des images denses de points tridimensionnels scannés sur les surfaces des objets. Un logiciel permet ensuite de construire un modèle CAO plaqué au mieux sur les points de mesure. La difficulté principale de la construction du modèle CAO à partir des images télémétriques réside dans la faculté de segmenter les images de points en sous-ensembles correspondant chacun à une primitive géométrique unique (cylindre, tore, sphère, cône ou plan, principalement). Ce problème étant particulièrement difficile à résoudre, le logiciel actuel fait appel à l'opérateur qui effectue interactivement cette segmentation à l'écran. L'objectif de la thèse était d'explorer les possibilités d'automatisation de ce travail. Dans un premier temps, l'étude s'est limitée aux ensembles de tuyauteries, représentant la majeure partie des scènes observées. Ces ensembles peuvent être modélisés par les seules primitives de cylindres, tores et cônes. L'approche proposée consiste à segmenter les tuyauteries en utilisant les centres de courbure locaux des surfaces observées. Ces centres de courbure dessinent des lignes dans l'espace 3D, qu'il est facile de segmenter et à partir desquelles on peut remonter à l'image de départ. Pour calculer les centres de courbure, il a été nécessaire d'effectuer une étude théorique de l'algorithme de calcul de courbures principales sur des surfaces de points discrets dans l'espace, étude qui a mené à l'amélioration de l'algorithme par rapport à ce que l'on trouve dans la littérature, et notamment à la définition d'un critère d'optimalité en termes de bruit des résultats. Les algorithmes ont été testés sur de nombreuses images industrielles. L'étude de segmentation a été menée jusqu'à la reconstruction CAO automatique d'un bout de tuyauterie, validant ainsi l'approche proposée. L'objectif initial de la thèse de segmentation CAO automatique a donc été atteint. Ce travail a cependant ouvert plus de voies de recherches futures que n'en a fermées, en proposant des solutions intéressantes mais encore améliorables sur bien des points, et en incitant à poursuivre l'étude sur les surfaces planaires observées dans les images.