Plongée au cœur des algorithmes qui transforment quelques minutes de déambulation dans un espace en un plan d'étage mesurable et modifiable.
La partie coûteuse de la mesure manuelle d'un espace, c'est le temps. Mètre ruban, papier millimétré, notes minutieuses, puis redessin sur CAO au bureau. Cela demande de la patience et nécessite presque toujours un second passage pour la mesure oubliée.
Avec Polycam, vous parcourez l'espace avec votre téléphone et obtenez un plan d'étage propre, étiqueté et mesurable en quelques minutes. Entre ces deux étapes, il y a une véritable prouesse d'ingénierie. Les capteurs du téléphone nous fournissent une masse de données spatiales brutes : géométrie, couleur et une idée approximative de l'emplacement des murs. Mais cette lecture brute ne constitue pas un plan d'étage. Les murs ne sont pas parfaitement droits et les pièces ne sont ni détectées ni étiquetées. Combler ce fossé, c'est là que réside tout le savoir-faire technique de Polycam.
Étape 1 : Les fondations
Avant que Polycam ne puisse exploiter un scan, il doit savoir où se trouvent les murs. Cette première étape repose sur un outil intégré par Apple dans les iPhones récents, appelé RoomPlan.
Deux termes pour commencer. Le LiDAR est le capteur de profondeur présent sur l'iPhone 12 Pro et les modèles ultérieurs. Il envoie des impulsions lumineuses invisibles et mesure le temps qu'elles mettent à revenir. À mesure que vous vous déplacez, le téléphone construit un nuage de points : la pièce recréée sous forme d'un nuage dense de minuscules points 3D.
Seul, un nuage de points ne sait pas ce qu'est un mur. RoomPlan traite ces points via des réseaux neuronaux entraînés sur des exemples de pièces, et renvoie une liste approximative des murs, portes, fenêtres, ouvertures et meubles, avec leur emplacement et leurs dimensions. C'est une première passe rapide, réalisée sur du matériel que les gens possèdent déjà, et c'est pourquoi nous construisons par-dessus au lieu de réinventer la roue.
Vous voulez savoir ce qui se passe si votre téléphone n'a pas de LiDAR ou n'est pas un appareil Apple ? Le plan d'étage sans LiDAR arrive bientôt. Nous développons nos propres réseaux neuronaux pour remplacer le LiDAR et RoomPlan en une seule fois.
Étape 2 : Les étapes de post-traitement par Polycam
Tout ce qui suit est le fruit du travail de notre équipe, conçu pour transformer les données brutes de votre téléphone en un véritable plan d'étage. Il y a six algorithmes qui s'exécutent en séquence.
1. Détection de la couleur des murs
RoomPlan ne nous donne pas la couleur des murs, et votre téléphone effectue sa propre balance des blancs sur chaque photo capturée, modifiant les couleurs de manière imprévisible. Nous corrigeons cela pour que votre plan d'étage ressemble à l'espace réel plutôt qu'à un fil de fer gris, avec une couleur qui résiste à l'éclairage au lieu d'être faussée par lui.
Comment ça marche : Nous utilisons la profondeur, l'angle de la caméra et d'autres données géométriques pour lire une référence de blanc fiable au plafond, puis nous corrigeons chaque mur par rapport à celle-ci. Pendant que vous scannez, votre téléphone capture des photos fixes que nous appelons images clés. Pour chaque mur, nous sélectionnons les photos qui le capturent le mieux, échantillonnons leurs couleurs sur une grille et utilisons le plafond comme référence de "blanc" pour annuler la balance des blancs du téléphone. Nous équilibrons les images pour qu'elles soient cohérentes entre elles, éliminons les échantillons qui sont clairement des ombres ou des reflets plutôt que de la peinture, et faisons la moyenne du reste. Ensuite, nous calibrons par rapport à de vrais nuanciers de peinture pour que le résultat corresponde aux couleurs réelles, et nous l'enregistrons dans le modèle 3D. Chaque mur peut porter une couleur différente de chaque côté, permettant ainsi à la peinture de changer correctement d'une pièce à l'autre.
2. Redressement des murs
Les scans LiDAR dérivent. Des murs parfaitement droits dans la réalité peuvent paraître légèrement tordus, car à mesure que votre téléphone se déplace dans un espace, il effectue des milliers de minuscules mesures et suit constamment sa propre position. Chacune de ces lectures est légèrement imprécise : petites erreurs dans les mesures LiDAR, petites erreurs de suivi, un peu de flou de bougé. Rien de tout cela n'a d'importance isolément. Mais sur un scan complet, ces minuscules erreurs s'accumulent, et un mur qui devrait être parfaitement droit finit par être légèrement courbé. Les bâtiments suivent des règles. La plupart des murs se rencontrent à angle droit et sont parallèles les uns aux autres. L'algorithme trouve l'orientation dominante du bâtiment, fait pivoter l'ensemble du scan pour s'aligner dessus, et remet d'équerre les murs proches de l'horizontale ou de la verticale. Il le fait avec soin, en optimisant les positions des murs pour que le mouvement total du début à la fin soit aussi faible que possible. Les murs réellement inclinés (baies vitrées, ce couloir étrange) sont laissés tels quels, et les objets sont alignés séparément sur des angles nets.
3. Identification et classification des pièces
RoomPlan nous fournit une liste plate de murs, avec parfois une indication sur les pièces (sans délimitation). Il ne sait pas où finit la cuisine et où commence le couloir, et les méthodes publiées étaient trop lentes pour la production. Nous avons construit la nôtre pour que chaque pièce soit étiquetée. C'est ce qui rend un plan d'étage utile et ce qui alimente tout le reste : calcul de la surface par pièce, édition pièce par pièce et rapports.
Comment ça marche, en trois phases :
Commencez par construire le plan. Disposez les murs à plat comme un schéma vu de dessus : chaque mur est une arête, chaque point de jonction entre les murs est un sommet. Ce plan de connexion, combiné aux objets et aux positions des images clés du scan, constitue la base de tout le processus.
Phase une : dessinez le contour du bâtiment. Imaginez le scan comme un tas de fragments de murs éparpillés au sol, puis visualisez une feuille rétractable que l'on enroule autour jusqu'à ce qu'elle épouse parfaitement les murs extérieurs, dans les moindres recoins. Ce contour définit les limites du bâtiment. Comme les scans réels peuvent être imprécis, nous assemblons généralement plusieurs boucles distinctes en un contour net, en comblant les lacunes laissées par le scan.
Phase deux : divisez l'intérieur en pièces. Les pièces entièrement fermées sont traitées en premier, car toute boucle fermée de murs est manifestement une pièce. Les espaces plus complexes, comme une pièce ouverte sur un couloir ou un espace défini davantage par son mobilier que par ses murs, sont plus délicats. Pour ceux-ci, nous déduisons les limites manquantes en utilisant les objets et les murs connectés comme indices, et nous éliminons tout ce qui est trop petit pour être une véritable pièce.
Phase trois : étiquetez les pièces. Évaluez chaque pièce en fonction de son contenu. Les objets déterminent le type de pièce auquel ils appartiennent : des toilettes indiquent fortement une salle de bain, une cuisinière une cuisine. Sauf dans les cas particuliers ci-dessous, le type de pièce ayant obtenu le score le plus élevé est retenu.
Deux éléments peuvent invalider ce choix. Premièrement, les objets discordants : dans le cas rare où une pièce contient des éléments incompatibles, comme une machine à laver à côté d'un four, les votes ne permettent pas de définir une pièce cohérente et nous l'étiquetons « autre ». Deuxièmement, la géométrie : un espace peut obtenir le score le plus élevé en tant que « cuisine », mais sa forme doit être cohérente. Un placard doit être petit (un peu plus grand s'il est attenant à une chambre, c'est acceptable), et un couloir doit avoir une forme de passage, étroit dans sa plus petite dimension et potentiellement plus long dans l'autre. Lorsque la forme contredit l'étiquette, la forme l'emporte.
4. Détection du sol et du plafond
Il est tentant de supposer qu'un bâtiment possède un sol plat à une hauteur unique. Les bâtiments réels comportent des salons en contrebas, des marches, des niveaux décalés et plusieurs étages. Nous calculons chaque hauteur séparément afin que les espaces à plusieurs niveaux ou en demi-niveaux soient restitués correctement plutôt qu'aplatis, chaque pièce devenant un élément modifiable distinct.
Comment cela fonctionne : Nous déterminons la hauteur du sol pour chaque pièce individuellement à partir des points LiDAR relevés au sol. Ensuite, nous harmonisons les pièces adjacentes, afin que celles situées au même niveau s'alignent sur une hauteur commune, évitant ainsi l'apparition d'une petite marche insignifiante entre elles. Une fois la hauteur du sol d'une pièce verrouillée, nous y alignons la base des meubles, afin que les objets reposent correctement sur le sol au lieu de flotter ou de s'enfoncer.
Les plafonds fonctionnent de manière similaire, avec une nuance. Au lieu d'ajuster une hauteur unique, nous regroupons les points du plafond dans une grille, testons plusieurs formes de plafond possibles et conservons celle qui correspond le mieux aux données. Il s'agit souvent d'un plafond plat. Parfois, il s'agit d'une forme en A, comme un plafond voûté ou un loft en pente.
Une réalité du terrain : les gens ont tendance à bien capturer les sols simplement en scannant normalement, ce qui rend les hauteurs de sol fiables. Les plafonds sont plus difficiles, car les utilisateurs ne regardent pas assez vers le haut, ce qui laisse des lacunes dans les données. Si vous souhaitez un plafond plus précis, inclinez votre téléphone vers le haut de temps en temps pour en capturer de grandes sections au fur et à mesure, mais évitez de le maintenir pointé directement vers le haut.
5. Nettoyage des objets
La détection d'objets de RoomPlan est efficace, mais les objets traversent souvent les murs ou se chevauchent. Nous nettoyons ces éléments afin que vos meubles soient placés là où ils se trouvent réellement, et que le plan reflète la pièce réelle plutôt qu'une collision de boîtes.
Nous corrigeons les intersections entre les objets et les murs, en les alignant parfaitement contre la surface lorsqu'ils sont proches, et nous ajustons les objets qui se chevauchent en 3D. Lorsque deux objets se chevauchent, l'un doit céder : les installations fixes et les appareils électroménagers sont prioritaires, tandis que les éléments moins critiques, comme les rangements, sont réduits pour faire de la place. Et lorsque RoomPlan interprète un lave-linge et un sèche-linge côte à côte comme un seul objet compact, nous les séparons en deux, car une buanderie doit ressembler à une buanderie.
6. Emplacement et orientation de la boussole
Un plan d'étage qui ne connaît pas le nord est un casse-tête dès qu'il doit être coordonné avec un plan de masse ou une étude d'ensoleillement. De plus, les données de localisation du téléphone sont instables : elles sautent entre les satellites GPS pendant le scan, et chaque saut peut provoquer un décalage brutal dans la position enregistrée. Nous déterminons le nord géographique afin que votre plan s'aligne avec le monde réel dès qu'il doit être intégré à un autre document.
Comment cela fonctionne : Chaque image clé comporte sa propre lecture GPS (latitude, longitude et altitude) ainsi que son orientation à la boussole. Pris isolément, aucun de ces éléments ne suffit. Les points GPS sautent lorsque le téléphone change de satellite, et les orientations sont imprécises. Au lieu de nous fier à une seule lecture, nous traitons l'ensemble comme une optimisation globale : nous faisons correspondre la série de points GPS à l'endroit où le scan estime que vous vous trouviez, nous utilisons les orientations comme signal complémentaire, et nous filtrons les sauts et les valeurs aberrantes pour déterminer la direction avec certitude.
Étape 3 : Exportation
Après ces six étapes, vous disposez d'un modèle propre, prêt à être utilisé. Exportez-le selon vos besoins : en 3D, ou en plan 2D aux formats PNG, PDF, SVG ou DXF pour la CAO, avec en prime des rapports de surface et des fichiers CSV.
Avant l'exportation, l'éditeur de plan d'étage remplit deux fonctions. La première consiste à vérifier notre travail : déplacez les murs en 2D et observez la mise à jour en 3D, ou superposez vos modifications sur le scan original pour confirmer les mesures et corriger les erreurs de l'IA. La seconde consiste à personnaliser le plan : ajoutez ce qui n'est pas encore présent, comme un mur que vous prévoyez de démolir ou une extension dont vous évaluez le coût. Comme tout repose sur un modèle unique, une modification effectuée à un endroit se répercute partout.
Bientôt, vous pourrez également scanner sur Android et sur les iPhones sans LiDAR, permettant à un plus grand nombre d'utilisateurs de pointer leur téléphone vers une pièce et d'obtenir un plan.
Points clés
Ces algorithmes sont complexes pour des raisons qui n'apparaissent pas dans le plan final. Le traitement des couleurs est une cible mouvante, car l'éclairage et l'exposition varient d'une image clé à l'autre. Délimiter les pièces implique de déduire l'emplacement des murs là où le scan ne les a pas captés, sans corrigé pour vérifier. L'orientation de la boussole doit rester fiable même si le téléphone change de satellite en cours de scan. Et tout cela repose sur des scans réalisés en moins de cinq minutes par une personne marchant simplement dans l'espace, sans aucune compétence particulière.
Au final, on obtient un scan réalisé au téléphone qui est propre, étiqueté et mesurable. La capture prend quelques minutes, le traitement qui suit quelques secondes, et tout se déroule directement sur votre appareil. Un plan fini est donc prêt à être remis à un client ou à une équipe presque instantanément. L'innovation ne réside pas dans un algorithme unique, mais dans la combinaison de six d'entre eux pour transformer une simple capture en un plan d'étage exploitable pour la construction.
Aujourd'hui, cela permet de produire un plan d'étage propre. Mais le moteur sous-jacent est bien plus vaste : il s'agit de transformer les données spatiales capturées par un téléphone en informations structurées et utilisables. C'est sur cette base que nous développons Polycam.
