Progiciel de DAO/CAO 2D et 3D
par Jean-Daniel BONJOUR, SI-DGR, e-mail: Jean-Daniel.Bonjour@epfl.ch
Le Département de Génie Rural (DGR) a opté, dès 1995, pour le logiciel de DAO/CAO MicroStation de la société Bentley Systems comme logiciel de base pour l'enseignement du dessin 2D et des notions de modélisation et visualisation 3D (cours de DAO au 2e semestre du plan d'étude DGR). Ce logiciel est en outre utilisé par certaines unités du DGR dans le cadre de travaux de modélisation du terrain et des constructions, de réalité virtuelle (image de synthèse et animation), ainsi que dans le domaine des SIT (couplage de MicroStation avec un SGBD). A notre connaissance, il est également utilisé au Département de Génie Civil (LAVOC, projets de tracés de voies de circulation) ainsi qu'au Département d'Informatique (Laboratoire d'Infographie).
Il serait impossible de décrire, dans un tel article, l'ensemble des fonctionnalités de MicroStation. Notre objectif se limitera à dégager, compte tenu des expériences que nous avons réalisées, quelques-uns des points forts de ce logiciel par rapport à d'autres logiciels de DAO/CAO:
MicroStation 95 entre dans la catégorie des logiciels de dessin technique évolué dans lesquels on trouve AutoCAD, MiniCAD, Ashlar Vellum, etc. Ce n'est donc pas un logiciel de dessin vectorisé 2D élémentaire (type ClarisDraw, Designer...), ni un logiciel pour graphistes (type Illustrator, FreeHand, CorelDraw...). Malgré sa grande convivialité, son apprentissage se compte donc en jours voire semaines plutôt qu'en heures...
MicroStation peut être qualifié de progiciel (software package) en ce sens qu'il intègre un environnement de développement très complet composé de trois langages: MDL, BASIC et Java. Ceux-ci peuvent être utilisés pour adapter les fonctionnalités de MicroStation à ses propres besoins, voire pour développer des applications complètes utilisant MicroStation comme moteur graphique. C'est ainsi qu'il existe aujourd'hui chez Bentley des dizaines de produits complémentaires s'appuyant sur MicroStation (http://www.bentley.com/products/ ) et des centaines d'applications-métier développées par des tierces parties (http://www.bentley.com/third-party/ ). Parmi les différents domaines d'activité couverts, mentionnons:
L'interfaçage de MicroStation avec la plupart des SGBD (Microsoft ODBC, Oracle, Informix, dBase/FoxBase, Intergraph RIS) permet de gérer avec une grande souplesse d'éventuels attributs alphanumériques relatifs aux objets graphiques (possibilité exploitée par les SIT basés MicroStation).
En terme de périphériques, MicroStation se laisse piloter par tous les systèmes d'acquisition courants (souris de préférence à 3 boutons , table à digitaliser, etc.) et possède une grande variété de drivers d'impression vecteur et raster facilement configurables (PostScript noir-blanc/couleur, PCL, HP-GL, Calcomp, HP-RTL...).
Fondée en 1984 en Pennsylvanie (USA), la société Bentley Systems (http://www.bentley.com ) met sur le marché la première version du logiciel MicroStation sur PC en 1986. Porté sur Unix (1987) puis sur Macintosh (1990), MicroStation rencontre un rapide succès: base installée de 100'000 utilisateurs en 1992, plus de 250'000 aujourd'hui. Ce produit a longtemps été associé à la société Intergraph (http://www.intergraph.com) qui en fut au début le principal distributeur, utilisant MicroStation au coeur de sa gamme de produits graphiques jusqu'en 1996 (époque à laquelle Intergraph s'oriente sur sa propre technologie Jupiter et revend toutes ses actions Bentley). Dès 1995, Bentley prend en charge le marketing et les ventes de MicroStation et ouvre des agences dans une trentaine de pays (y compris en Suisse). La société compte actuellement plus de 900 employés dans le monde. Des cours de formation sont assurés par des centres certifiés sous l'appellation MicroStation Institute.
De nombreux outils complémentaires à MicroStation ont vu le jour ces 3-4 dernières années, parmi lesquels un modeleur volumique pour la conception mécanique (MicroStation Modeler en 1995), un modeleur pour les métiers de l'architecture et de la construction (MicroStation TriForma), des produits de géoingénierie (MicroStation GeoGraphics en 1996, puis ModelServer Continuum, 1997) et des solutions Internet (ModelServers et ProActiveM en 1996)...
La version actuelle du produit de base s'appelle MicroStation 95. L'évolution attendue pour ces prochains mois porte les noms de MicroStation SE (intégration d'un grand nombre de fonctionnalités qui ont été amenées ces dernier mois de façon incrémentale dans le cadre du programme d'entretien et de support total Bentley Select) et MicroStation/J (intégration du langage Java).
L'interface-utilisateur de MicroStation (Figure 1) est essentiellement graphique, c'est-à-dire constituée de menus déroulants, fenêtres de dialogue et boîtes à outils (Tool Boxes), bien qu'il soit aussi possible de travailler en mode ligne de commande (Figure2).
Figure 1: Fenêtre et palettes d'outils de base MicroStation
Figure 2: Fenêtre d'entrée de commandes au clavier
Les boîtes à outils se présentent sous la forme de palettes qui peuvent être flottantes ou ancrées sur le bord de l'écran. La palette principale (Main) est elle-même parent de plusieurs boîtes à outils enfants (Figure 3).
Figure 3: Palettes d'outils secondaires dérivées de la palette principale
Chaque outil a en outre sa fenêtre de spécifications propres (Figure 4: exemple pour l'outil ligne brisée shape).
Figure 4: Exemple de fenêtre de spécifications d'outil: ici celle de l'outil ligne brisée («Shape») de la palette «Polygons»
Toute cette interface-utilisateur peut être entièrement personnalisée par l'utilisateur.
Nous faisons ci-dessous l'inventaire sommaire des fonctionnalités 2D de base de MicroStation 95. Les possibilités relatives au 3D seront décrites plus loin.
Nous décrivons dans ce chapitre quelques-unes des fonctionnalités de MicroStation 95 qui nous semblent être des points forts par rapport à d'autres logiciels de DAO/CAO.
Parmi les fonctions MicroStation qui facilitent considérablement le dessin de précision, il faut principalement relever les techniques suivantes: accrochage, entrée numérique et mode AccuDraw. Ces différentes techniques peuvent être utilisées avec tous les outils de dessin !
La technique de l'accrochage (Snap) permet, lors de la construction de nouveaux objets graphiques, de s'accrocher sur un certain nombre de points-clé des éléments existants (Figure 5). Cette technique s'utilise conjointement avec celle du point de tentative: on accroche un point de tentative sur un point-clé d'un élément existant avec le bouton du <milieu> de la souris, puis on confirme la tentative (digitalisation du point) avec le bouton de <gauche>.
Figure 5: Les différents modes d'accrochage
L'entrée numérique (Precision Input Key-ins) est une technique qui permet d'entrer précisément au clavier l'emplacement d'un point en utilisant à choix l'un des modes suivants (Figure 6):
Figure 6: Palette d'entrée numérique
Tout à fait propre à MicroStation, AccuDraw est un mode d'aide au dessin qui est basé sur l'affichage d'un petit repère rectangulaire ou polaire (sorte de «compas») et d'une fenêtre d'entrée numérique AccuDraw (Figure 7).
Figure 7: Repère et fenêtre de dialogue AccuDraw
Ce repère, qui sert d'indicateur d'état montrant les directions de dessin X-Y courantes, peut être très facilement orienté précisément dans l'espace 2D/3D. La fenêtre d'entrée numérique, dont les champs peuvent être accédés par des raccourcis-clavier, permet alors de contraindre les déplacements selon des directions, distances et angles bien définis. Le dessin de précision et, tout particulièrement, le travail en 3D s'en trouvent fortement accélérés: plutôt que de dessiner dans les vues orthogonales 3D standards (vues de dessus, de face, de coté...), il est ainsi possible de dessiner directement dans des vues isométriques perspectives en orientant le repère AccuDraw (plan de dessin) de manière appropriée.
MicroStation 95 intègre, en version de base, un grand nombre de fonctionnalités 3D orientées modélisation (Figure 8: palettes d'outils 3D), rendu et animation. Ces possibilités peuvent encore être étendues par des modules optionnels (MasterPiece, TriForma, Modeler...) mentionnés plus loin.
Figure 8: Palette d'outils 3D
Figure 9: Fenêtre de définition des paramètres de caméra
Figure 10: Réglages relatifs aux différents types d'éclairages
Figure 11: Réglages relatifs au rendu
MicroStation supporte en outre OpenGL et peut donc piloter des cartes graphiques spécialisées.
Les figures 12, 13 et 14 illustrent, par des exemples fournis avec le logiciel, les possibilités de rendu de MicroStation 95 dans des domaines tels que la conception mécanique et l'architecture.
Figure 12: Rendu de Phong d'un objet en conception mécanique
Figure 13: Rendu de Phong d'un projet en architecture
Figure 14: Rendu de Phong d'un projet en architecture
On est souvent appelé à gérer des attributs non graphiques en liaison avec les objets d'un dessin. Par exemple: numéro d'assurance d'un bâtiment, nom du propriétaire, diamètre d'une canalisation, numéro d'une pièce mécanique... MicroStation offre à cet effet deux techniques différentes: les labels et l'interfaçage avec des SGBD.
Par le procédé interne des labels (Tags), MicroStation permet d'attacher aux éléments graphiques des attributs alphanumériques qui sont stockés à l'intérieur-même du fichier de dessin. Cette technique convient bien lorsque le volume et la complexité des attributs à gérer sont limités. Les différentes manipulations relatives aux labels sont les suivantes:
Figure 15: Définition d'un jeu de labels
Figure 16: Palette d'outils relatifs aux labels
Figure 17: Requête (query) sur les labels
L'interfaçage de MicroStation avec des SGBD est une technique plus sophistiquée qui permet de mettre en relation les objets graphiques MicroStation avec des attributs stockés indépendamment de MicroStation. Utilisée notamment dans les solutions SIT basées MicroStation (Intergraph MGE...), cette technique permet une structuration plus rigoureuse des données (modèle relationnel, pas de redondance...) et la possibilité d'accéder à ces données depuis d'autres applications. MicroStation 95 offre les interfaces de bases de données suivants: ODBC (Microsoft Open Database Connectivity, utilisable p.ex. avec Access), Oracle, Informix, Xbase (dBase III Plus, dBase IV, FoxBase...) et RIS (Intergraph Relational Interface System). Au moyen de requêtes de type SQL, il est ensuite possible de manipuler directement ces données depuis MicroStation.
MicroStation, qui sauve ses fichiers dans un format natif propriétaire appelé MicroStation DGN («design»), est cependant caractérisé par une grande ouverture par rapport aux formats graphiques courants.
Concernant les formats raster (images), MicroStation 95 est capable d'attacher en référence (en arrière-plan du dessin) et ajuster (c'est-à-dire faire coïncider image et dessin par transformations de Helmert ou affine) des images aux formats suivants (noir-blanc ou couleur, 8 ou 24 bits): JPEG, TIFF, GIF, PCX, Targa, Windows BMP, SunRaster, RLC, Intergraph (COT, CIT, RGB, RLE, TG4, BUMP). Plusieurs fichiers peuvent être attachés simultanément, avec des possibilités de réglages d'intensité, de contraste et de transparence. Cette technique est utilisée lorsque l'on veut digitaliser des objets à partir d'un fond raster, voire les vectoriser de façon semi-automatique. Les images en référence peuvent évidemment aussi être imprimées en superposition avec le fichier de dessin actif.
Concernant les formats vecteurs, MicroStation 95 est capable, dans sa version de base, d'importer et exporter des fichiers aux formats DXF et même DWG release 14 (format natif AutoCAD !), de même que IGES et CGM. En exportation, il peut en outre générer des scènes 3D aux formats VRML et RIB (RenderMan).
Il est finalement possible d'attacher en référence un ou plusieurs fichiers vecteurs MicroStation DGN dont les éléments peuvent être accrochés voire recopiés dans le fichier actif.
Depuis quelques années, la société Bentley développe un grand nombre d'outils généraux étendant les fonctionnalités de MicroStation (Foundation Products) ainsi qu'une famille complète d'applications verticales (solutions métiers). Nous ne décrivons ci-dessous sommairement que les plus importants d'entre eux.
Bentley a intelligemment intégré ces dernières années dans ses produits les concepts issus du Web. Cela s'est notamment concrétisé dans les technologies que sont MicroStation Link, ModelServer et HTML Author qui s'intègrent dans une architecture client/serveur en 3 tiers (Tableau 1).
| Data Servers (Corporate Database) | Data Warehouse p.ex. Oracle SDO | Tiers 3 |
| Application servers>/B> (Engineering Information Brokers) | Bentley ModelServers
| Tiers 2 |
| Desktops (Clients) | Web browsers
| Tiers 3 |
Tableau 1: Les technologies Internet de Bentley
Il est possible d'attacher à n'importe quel objet graphique une URL (que MicroStation appelle Engineering Link: Figure 18). Ce lien, qui est automatiquement passé à son browser Web favori lorsque l'on sélectionne l'objet, permet par exemple:
Figure 18: Etablissement de liens Web sur les objets du dessin
Bentley désigne, sous le terme générique de ModelServer, le mécanisme de publication de données MicroStation sur le Web. Cela permet aux utilisateurs MicroStation de partager toutes leurs informations en réseau Intranet/Internet en recourant aux technologie Web standard (protocoles Internet, browsers...). Plusieurs produits Bentley sont déjà adaptés à ce nouveau mode, notamment ModelServer Publisher et ModelServer TeamMate.
Le ModelServer Publisher publie sur le Web des documents aux formats MicroStation-DGN et AutoCAD-DWG. Ceux-ci peuvent ensuite être interrogés et visualisés de façon dynamique depuis des browsers Web. Selon les formats de publication utilisés (auxquels sont associés les plug-ins respectifs coté browser), les possibilités interactives sont plus ou moins étendues:
Il est finalement possible de télécharger du serveur vers le browser des applets Java qui, à leur tour, sont capables de dialoguer directement avec le ModelServer Publisher.
Distribué avec ModelServer Publisher, cet outil permet de publier au format Web certains types de données MicroStation particuliers tels que: bibliothèques de cellules, macros, etc. Il est ensuite possible de sélectionner ces objets depuis un browser Web afin de les incorporer (cellules) ou utiliser (macros) directement dans MicroStation.
MicroStation offre pas moins de trois environnements de développement complémentaires.
MDL (MicroStation Development Language), langage très avancé similaire et compatible avec le C, est le langage dans lequel est en grande partie écrit MicroStation lui-même. Il est accessible au programmeur par l'intermédiaire de plusieurs outils: compilateur, éditeur de liens, debugger, éditeur de ressources graphique (menus, fenêtres de dialogue, icônes...). Donnant l'accès à plus de 2'000 fonctions internes MicroStation, c'est l'environnement de développement de prédilection pour l'élaboration de grosses applications utilisant MicroStation comme moteur graphique ou le développement de fonctions spécifiques qui pourront être utilisées de façon non modales.
MicroStation BASIC, langage très proche du Microsoft Basic, est beaucoup plus abordable au programmeur occasionnel et se prête particulièrement bien au développement rapide de macros, à l'automatisation de séquences d'opérations courantes (via un enregistreur automatique de macros).
Java (machine virtuelle et langage), qui est en cours d'intégration dans une version appelée MicroStation/J, permettra d'incorporer une certaine forme d'intelligence (applets) aux objets du dessin.
Finalement, la conformité de MicroStation par rapport aux standards DDE et OLE2 (bidirectionnel) permet même de piloter MicroStation depuis d'autres applications.
En cette époque où les développeurs se détournent de plus en plus des environnements d'exploitation non Microsoft, il est intéressant de noter, dans un monde multi-plates-formes tel qu'on le connaît à l'EPFL, que MicroStation 95 ainsi que la plupart des autres produits de fondation Bentley sont proposés, avec le même interface utilisateur et les mêmes fonctionnalités, sur les plates-formes suivantes:
Ceci est particulièrement utile lorsqu'il s'agit de partager des données de DAO avec d'autres applications liées à des plates-formes bien précises.
L'étude du coût d'un logiciel doit s'effectuer sous les différents aspects que sont les coûts de licences, de kits de documentation papier, d'entretien et de support. Les conditions académiques offertes par Bentley sont à tous égards particulièrement avantageuses.
En ce qui concerne l'acquisition de licences pour équiper une salle d'enseignement ou pour usage à domicile par les étudiants, il est possible d'acquérir des suites académiques (comprenant plusieurs logiciels) par paquets de 10 postes:
Bentley propose un programme d'entretien et de support total intitulé Bentley Select par lequel l'utilisateur reçoit, plusieurs fois par année, un CD contenant des mises à jour et des utilitaires de grand intérêt.
En guise de conclusion, rappelons les atouts qui font de MicroStation un outil qui se prête particulièrement bien à l'enseignement des concepts évolués du DAO/CAO (dessin technique, modélisation 3D, rendu, image de synthèse, animation, développement):
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