Création Semi-Automatique d'un Modèle Numérique de Terrain

Un modèle numérique de terrain permet de modéliser une zone géographique et principalement son relief. Les applications pratique de ces modèles sont innombrables. Dans cet article, nous décrivons un processus permettant de créer un modèle numérique de terrain à partir d'une carte topographique couleur numérisée. Nous présentons d'abord des techniques classiques d'extraction des courbes de niveaux. Un algorithme de reconnexion automatique des courbes altérées est ensuite proposé. Enfin, nous présentons différentes techniques d'interpolation de terrain et explorons notamment une interpolation par fonctions de bases radiales et une technique de partitionnement de l'unité

Reconstruction and Rendering of Implicit Surfaces from Large Unorganized Point Sets

Recent three-dimensional acquisition technologies provide a huge number of unorganized points in three dimensions. It is desirable to reconstruct a continuous surface representation that is faithful to the unorganized points for further processing, and to render the resulting surfaces in order to get a visual feedback. In this thesis, we present new methods to reconstruct implicit surfaces from large unorganized point sets. The methods are based on locally reconstructed variational surfaces using radial basis functions that are blended togetherby applying a partition of unity. In order to get an interactive visual feedback of the generated surfaces, we present new rendering techniques that use not only the reconstructed implicit surfaces, but also the initial unorganized point set. This rendering is either done view-dependently in an output-sensitive multiresolution manner using points as rendering primitive, or by using local differential geometry for every point in the point set. Finally, we discuss a wide variety of applications and potential applications of the presented fundamentals, such as interactive construction of procedural solid textures from unorganized point sets, reconstruction of heightfields from contour lines, or repairing of damaged photographs.Les technologies récentes d'acquisition de données en trois dimensions fournissent un grand nombre de points non-structurés en trois dimension. Il est important de reconstruire une surface continue à partir de ces points non-structurés et de la visualiser. Dans ce document, nous présentons de nouvelles méthodes pour reconstruire des surfaces implicites à partir de grands ensembles de points non-structurés. Ces méthodes mettent en oeuvre des surfaces variationnelles reconstruites localement à partir de fonctions de base radiales, surfaces qui sont combinées entre elles par un mécanisme de partition de l'unité. Afin d'obtenir une visualisation interactive des surfaces générées, nous présentons également des techniques de rendu qui utilisent non seulement la surface implicite reconstruite, mais également l'ensemble de points initial. Une première technique de rendu à base de points s'adapte automatiquement en fonction de la position de l'observateur et de la taille de la fenêtre de visualisation, grâce à une structure hiérarchique à multirésolution, et une deuxième technique de rendu à base de points utilise la géométrie différentielle locale dans chaque point. Enfin, un grand nombre d'applications effectives ou d'applications potentielles des techniques précédentes sont présentées, telles que la construction interactive de textures solides à partir de points non-structurés, la reconstruction altimétrique de terrain en fonction des lignes de niveaux, ou encore la réparation de photographies abîmées

Accurate geometry reconstruction of vascular structures using implicit splines

3-D visualization of blood vessel from standard medical datasets (e.g. CT or MRI) play an important role in many clinical situations, including the diagnosis of vessel stenosis, virtual angioscopy, vascular surgery planning and computer aided vascular surgery. However, unlike other human organs, the vasculature system is a very complex network of vessel, which makes it a very challenging task to perform its 3-D visualization. Conventional techniques of medical volume data visualization are in general not well-suited for the above-mentioned tasks. This problem can be solved by reconstructing vascular geometry. Although various methods have been proposed for reconstructing vascular structures, most of these approaches are model-based, and are usually too ideal to correctly represent the actual variation presented by the cross-sections of a vascular structure. In addition, the underlying shape is usually expressed as polygonal meshes or in parametric forms, which is very inconvenient for implementing ramification of branching. As a result, the reconstructed geometries are not suitable for computer aided diagnosis and computer guided minimally invasive vascular surgery. In this research, we develop a set of techniques associated with the geometry reconstruction of vasculatures, including segmentation, modelling, reconstruction, exploration and rendering of vascular structures. The reconstructed geometry can not only help to greatly enhance the visual quality of 3-D vascular structures, but also provide an actual geometric representation of vasculatures, which can provide various benefits. The key findings of this research are as follows: 1. A localized hybrid level-set method of segmentation has been developed to extract the vascular structures from 3-D medical datasets. 2. A skeleton-based implicit modelling technique has been proposed and applied to the reconstruction of vasculatures, which can achieve an accurate geometric reconstruction of the vascular structures as implicit surfaces in an analytical form. 3. An accelerating technique using modern GPU (Graphics Processing Unit) is devised and applied to rendering the implicitly represented vasculatures. 4. The implicitly modelled vasculature is investigated for the application of virtual angioscopy

Analysis of 3D objects at multiple scales (application to shape matching)

Depuis quelques années, l évolution des techniques d acquisition a entraîné une généralisation de l utilisation d objets 3D très dense, représentés par des nuages de points de plusieurs millions de sommets. Au vu de la complexité de ces données, il est souvent nécessaire de les analyser pour en extraire les structures les plus pertinentes, potentiellement définies à plusieurs échelles. Parmi les nombreuses méthodes traditionnellement utilisées pour analyser des signaux numériques, l analyse dite scale-space est aujourd hui un standard pour l étude des courbes et des images. Cependant, son adaptation aux données 3D pose des problèmes d instabilité et nécessite une information de connectivité, qui n est pas directement définie dans les cas des nuages de points. Dans cette thèse, nous présentons une suite d outils mathématiques pour l analyse des objets 3D, sous le nom de Growing Least Squares (GLS). Nous proposons de représenter la géométrie décrite par un nuage de points via une primitive du second ordre ajustée par une minimisation aux moindres carrés, et cela à pour plusieurs échelles. Cette description est ensuite derivée analytiquement pour extraire de manière continue les structures les plus pertinentes à la fois en espace et en échelle. Nous montrons par plusieurs exemples et comparaisons que cette représentation et les outils associés définissent une solution efficace pour l analyse des nuages de points à plusieurs échelles. Un défi intéressant est l analyse d objets 3D acquis dans le cadre de l étude du patrimoine culturel. Dans cette thèse, nous nous étudions les données générées par l acquisition des fragments des statues entourant par le passé le Phare d Alexandrie, Septième Merveille du Monde. Plus précisément, nous nous intéressons au réassemblage d objets fracturés en peu de fragments (une dizaine), mais avec de nombreuses parties manquantes ou fortement dégradées par l action du temps. Nous proposons un formalisme pour la conception de systèmes d assemblage virtuel semi-automatiques, permettant de combiner à la fois les connaissances des archéologues et la précision des algorithmes d assemblage. Nous présentons deux systèmes basés sur cette conception, et nous montrons leur efficacité dans des cas concrets.Over the last decades, the evolution of acquisition techniques yields the generalization of detailed 3D objects, represented as huge point sets composed of millions of vertices. The complexity of the involved data often requires to analyze them for the extraction and characterization of pertinent structures, which are potentially defined at multiple scales. Amongthe wide variety of methods proposed to analyze digital signals, the scale-space analysis istoday a standard for the study of 2D curves and images. However, its adaptation to 3D dataleads to instabilities and requires connectivity information, which is not directly availablewhen dealing with point sets.In this thesis, we present a new multi-scale analysis framework that we call the GrowingLeast Squares (GLS). It consists of a robust local geometric descriptor that can be evaluatedon point sets at multiple scales using an efficient second-order fitting procedure. We proposeto analytically differentiate this descriptor to extract continuously the pertinent structuresin scale-space. We show that this representation and the associated toolbox define an effi-cient way to analyze 3D objects represented as point sets at multiple scales. To this end, we demonstrate its relevance in various application scenarios.A challenging application is the analysis of acquired 3D objects coming from the CulturalHeritage field. In this thesis, we study a real-world dataset composed of the fragments ofthe statues that were surrounding the legendary Alexandria Lighthouse. In particular, wefocus on the problem of fractured object reassembly, consisting of few fragments (up to aboutten), but with missing parts due to erosion or deterioration. We propose a semi-automaticformalism to combine both the archaeologist s knowledge and the accuracy of geometricmatching algorithms during the reassembly process. We use it to design two systems, andwe show their efficiency in concrete cases.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Analysis of 3D objects at multiple scales (application to shape matching)

Depuis quelques années, l évolution des techniques d acquisition a entraîné une généralisation de l utilisation d objets 3D très dense, représentés par des nuages de points de plusieurs millions de sommets. Au vu de la complexité de ces données, il est souvent nécessaire de les analyser pour en extraire les structures les plus pertinentes, potentiellement définies à plusieurs échelles. Parmi les nombreuses méthodes traditionnellement utilisées pour analyser des signaux numériques, l analyse dite scale-space est aujourd hui un standard pour l étude des courbes et des images. Cependant, son adaptation aux données 3D pose des problèmes d instabilité et nécessite une information de connectivité, qui n est pas directement définie dans les cas des nuages de points. Dans cette thèse, nous présentons une suite d outils mathématiques pour l analyse des objets 3D, sous le nom de Growing Least Squares (GLS). Nous proposons de représenter la géométrie décrite par un nuage de points via une primitive du second ordre ajustée par une minimisation aux moindres carrés, et cela à pour plusieurs échelles. Cette description est ensuite derivée analytiquement pour extraire de manière continue les structures les plus pertinentes à la fois en espace et en échelle. Nous montrons par plusieurs exemples et comparaisons que cette représentation et les outils associés définissent une solution efficace pour l analyse des nuages de points à plusieurs échelles. Un défi intéressant est l analyse d objets 3D acquis dans le cadre de l étude du patrimoine culturel. Dans cette thèse, nous nous étudions les données générées par l acquisition des fragments des statues entourant par le passé le Phare d Alexandrie, Septième Merveille du Monde. Plus précisément, nous nous intéressons au réassemblage d objets fracturés en peu de fragments (une dizaine), mais avec de nombreuses parties manquantes ou fortement dégradées par l action du temps. Nous proposons un formalisme pour la conception de systèmes d assemblage virtuel semi-automatiques, permettant de combiner à la fois les connaissances des archéologues et la précision des algorithmes d assemblage. Nous présentons deux systèmes basés sur cette conception, et nous montrons leur efficacité dans des cas concrets.Over the last decades, the evolution of acquisition techniques yields the generalization of detailed 3D objects, represented as huge point sets composed of millions of vertices. The complexity of the involved data often requires to analyze them for the extraction and characterization of pertinent structures, which are potentially defined at multiple scales. Amongthe wide variety of methods proposed to analyze digital signals, the scale-space analysis istoday a standard for the study of 2D curves and images. However, its adaptation to 3D dataleads to instabilities and requires connectivity information, which is not directly availablewhen dealing with point sets.In this thesis, we present a new multi-scale analysis framework that we call the GrowingLeast Squares (GLS). It consists of a robust local geometric descriptor that can be evaluatedon point sets at multiple scales using an efficient second-order fitting procedure. We proposeto analytically differentiate this descriptor to extract continuously the pertinent structuresin scale-space. We show that this representation and the associated toolbox define an effi-cient way to analyze 3D objects represented as point sets at multiple scales. To this end, we demonstrate its relevance in various application scenarios.A challenging application is the analysis of acquired 3D objects coming from the CulturalHeritage field. In this thesis, we study a real-world dataset composed of the fragments ofthe statues that were surrounding the legendary Alexandria Lighthouse. In particular, wefocus on the problem of fractured object reassembly, consisting of few fragments (up to aboutten), but with missing parts due to erosion or deterioration. We propose a semi-automaticformalism to combine both the archaeologist s knowledge and the accuracy of geometricmatching algorithms during the reassembly process. We use it to design two systems, andwe show their efficiency in concrete cases.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF