Une ADE CityGML pour modéliser l’architecture en bois ancienne chinoise en 3D avec des informations sémantiques

Pourquoi les vieux temples en bois ont besoin de nouveaux outils numériques

À travers la Chine, des salles et des temples en bois vieux de plusieurs siècles tiennent toujours debout, leurs toitures à panneaux superposés et leurs systèmes d’échafaudages complexes ayant survécu aux tremblements de terre, aux guerres et aux intempéries. Pourtant, ces chefs‑d’œuvre sont fragiles, et leur sauvegarde ne dépend plus seulement du savoir‑faire artisanal. Cette étude présente une nouvelle méthode pour décrire ces bâtiments en trois dimensions afin que les ordinateurs comprennent non seulement leur apparence, mais aussi la nature de chaque élément et la façon dont ils s’assemblent, posant les bases d’une conservation et d’une recherche plus intelligentes.

Transformer l’artisanat ancien en blocs de construction numériques

L’architecture traditionnelle en bois chinoise obéit à une logique ordonnée : une base surélevée, une ossature de colonnes et de poutres, des parois et portes d’encloisonnement, et une toiture complexe. Des consoles en bois particulières appelées dougong et des assemblages tenon‑mortaise permettent aux bâtiments de fléchir lors des séismes tout en supportant de lourdes tuiles. Les auteurs soutiennent que pour réellement protéger ce patrimoine, les modèles numériques doivent saisir cette hiérarchie et ce vocabulaire, et pas seulement la forme extérieure. Les modèles 3D existants et même de nombreux modèles d’information du bâtiment destinés au patrimoine enregistrent souvent les formes avec grande précision mais estompent ou ignorent les catégories traditionnelles utilisées par les artisans, rendant difficile des questions telles que quels éléments appartiennent à la couche de la toiture ou comment un ensemble de consoles se relie à des colonnes voisines.

Ajouter du sens aux modèles 3D urbains

Pour combler cette lacune, les chercheurs étendent CityGML, une norme internationale utilisée pour décrire les villes en 3D, en créant un add‑on spécialisé appelé Chinese Timber Architecture Application Domain Extension (CTAADE). Cette extension introduit quatre couches principales — fondation, ossature en bois, fermeture verticale et toiture — et 17 types de composants clés, incluant socles, colonnes, poutres, chevrons, tuiles, murs, fenêtres et dougong. Chaque objet numérique peut porter des informations telles que la période historique, le style, le niveau de protection et les dimensions, et est lié à des surfaces géométriques dans l’espace. En imbriquant ces composants dans une hiérarchie claire, CTAADE permet aux ordinateurs de « savoir » qu’une poutre particulière appartient à une salle donnée, se situe dans la couche de l’ossature et se connecte à un ensemble spécifique de colonnes et d’éléments de toiture.

Des fichiers de conception à des modèles patrimoniaux riches en sémantique

À partir de ce cadre, l’équipe a conçu une chaîne de traitement pour convertir des modèles d’information du bâtiment patrimonial existants en modèles urbains conformes à CTAADE. Partant d’un modèle 3D détaillé créé dans des logiciels de conception commerciaux, ils extraient automatiquement les formes et les attributs de base de chaque objet. Comme le modèle original n’étiquette les éléments que dans des catégories très larges, des experts classifient ensuite chaque pièce — par exemple en distinguant socles, portes, poutres ou ensembles de consoles individuels — en utilisant une table de correspondance alignée sur les 17 types de composants CTAADE. Des scripts personnalisés encodent enfin toute cette géométrie et cette sémantique dans des fichiers CityGML, de sorte que le résultat puisse être lu par des systèmes d’information géographique et des outils de visualisation standard.

Mettre la méthode à l’épreuve dans une grande salle de temple

Pour démontrer les capacités de leur approche, les auteurs ont appliqué CTAADE à la Salle de Grande Compassion du temple Chongshan à Taiyuan, dans la province du Shanxi, une grande salle en bois de la dynastie Ming aux avant‑toits superposés et à la charpente finement articulée. Ils ont transformé son modèle d’information patrimoniale en un modèle urbain 3D basé sur CTAADE contenant 4 704 composants sémantiques et plus d’un demi‑million de surfaces triangulaires. À l’aide de visualiseurs spécialisés, ils ont confirmé que le fichier respectait les règles CityGML et que les primitives géométriques étaient presque entièrement valides. Plus important encore, le logiciel pouvait afficher un arbre de composants, mettre en évidence des éléments individuels tels qu’un seul ensemble de consoles ou une couche de toiture, et montrer leurs attributs et relations, permettant des requêtes riches impossibles avec un maillage brut.

Ce que cela signifie pour la protection des bâtiments historiques

Concrètement, ce travail offre aux conservateurs, urbanistes et chercheurs un langage partagé et lisible par machine pour parler des temples complexes en bois. Au lieu de considérer une salle comme une coque solide, CTAADE la décompose en parties signifiantes qui peuvent être recherchées, analysées et reliées à d’autres données telles que des simulations structurelles ou l’exposition aux intempéries. Bien que le modèle actuel se concentre sur un type de bâtiment principal et repose encore sur l’expertise humaine pour classer les composants, il peut être étendu à d’autres structures et associé à l’intelligence artificielle pour accélérer la reconnaissance. En définitive, cette approche 3D sémantique pourrait soutenir des jumeaux numériques de sites patrimoniaux, aidant la société à planifier les réparations, évaluer les risques et préserver le savoir‑faire de la menuiserie ancienne pour les générations futures.

Citation: Zhang, J., Hou, M., Chen, J. et al. A CityGML ADE for modeling ancient chinese timber architecture in 3D with semantic information. npj Herit. Sci. 14, 271 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02535-2

Mots-clés: architecture en bois ancienne chinoise, modélisation 3D sémantique, CityGML ADE, préservation du patrimoine culturel, intégration HBIM