Visualisation interactive de grands bâtiments

Best paper awardNational audienceLes performances des algorithmes de lancer de rayons sont directement liées à la structure accélératrice utilisée. En ce qui concerne les environnements architecturaux, plusieurs travaux ont précédemment démontré que la structure accélératrice la plus efficace est la structure cellules-et-passages. Dans cet article, nous proposons une nouvelle structure accélératrice qui consiste en une extension des structures cellules-et-passages classiques par une description topologique complète de la scène. La structure de données est décrite par un graphe dont le parcours, utilisant l'ensemble des propriétés topologiques de notre modèle, est particulièrement simple et rapide. Nous montrons dans cet article que notre structure permet un rendu interactif même pour de grands bâtiments composés de plusieurs centaines de pièces meublées en prenant en compte l'éclairage direct de plusieurs milliers de sources lumineuses ponctuelles

Compréhension de scènes urbaines par combinaison d'information 2D/3D

Cette thèse traite du problème de segmentation sémantique d'une séquence d'images calibrées acquises dans un environnement urbain. Ce problème consiste, plus précisément, à partitionner chaque image en régions représentant les objets de la scène (façades, routes, etc.). Ainsi, à chaque région est associée une étiquette sémantique. Dans notre approche, l'étiquetage s'opère via des primitives visuelles de niveau intermédiaire appelés super-pixels, lesquels regroupent des pixels similaires au sens de différents critères proposés dans la littérature, qu'ils soient photométriques (s'appuyant sur les couleurs) ou géométriques (limitant la taille des super-pixels formés). Contrairement à l'état de l'art, où les travaux récents traitant le même problème s'appuient en entrée sur une sur-segmentation initiale sans la remettre en cause, notre idée est de proposer, dans un contexte multi-vues, une nouvelle approche de constructeur de superpixels s'appuyant sur une analyse tridimensionnelle de la scène et, en particulier, de ses structures planes. Pour construire de «meilleurs» superpixels, une mesure de planéité locale, qui quantifie à quel point la zone traitée de l'image correspond à une surface plane de la scène, est introduite. Cette mesure est évaluée à partir d'une rectification homographique entre deux images proches, induites par un plan candidat au support des points 3D associés à la zone traitée. Nous analysons l'apport de la mesure UQI (Universal Quality Image) et montrons qu'elle se compare favorablement aux autres métriques qui ont le potentiel de détecter des structures planes. On introduit ensuite un nouvel algorithme de construction de super-pixels, fondé sur l'algorithme SLIC (Simple Linear Iterative Clustering) dont le principe est de regrouper les plus proches voisins au sens d'une distance fusionnant similarités en couleur et en distance, et qui intègre cette mesure de planéité. Ainsi la sur-segmentation obtenue, couplée à la cohérence interimages provenant de la validation de la contrainte de planéité locale de la scène, permet d'attribuer une étiquette à chaque entité et d'obtenir ainsi une segmentation sémantique qui partitionne l'image en objets plans

Extraction de motif de mouvement de la foule par le flot optique

Dans ce travail, nous nous intéressons à l’analyse d'extraction de motifs de mouvement par la technique de flot optique, dans le but d’analysé le comportement de la foule. Ces scènes se caractérisent par la présence d’un grand nombre de personnes dans le champ de vision des caméras. Le problème majeur est l’élaboration et d’utilisation d’une technique sans modélisation de l’arrière-plan pour détecter les mouvements de la foule. Par la suite une étape de détection d’anomalies par la technique des réseaux de neurones artificiels (RNA). Nous présentons dans cet article une comparaison de l’approche proposée pour la détection des mouvements dans des scènes très denses et celle d'utilisation de modèle social de force. Pour plus de robustesse et d’efficacité, nous avons introduit la routine permettant d’élimination des ombres

Exploration et analyse immersives de données moléculaires guidées par la tâche et la modélisation sémantique des contenus

In structural biology, the theoretical study of molecular structures has four main activities organized in the following scenario: collection of experimental and theoretical data, visualization of 3D structures, molecular simulation, analysis and interpretation of results. This pipeline allows the expert to develop new hypotheses, to verify them experimentally and to produce new data as a starting point for a new scenario.The explosion in the amount of data to handle in this loop has two problems. Firstly, the resources and time dedicated to the tasks of transfer and conversion of data between each of these four activities increases significantly. Secondly, the complexity of molecular data generated by new experimental methodologies greatly increases the difficulty to properly collect, visualize and analyze the data.Immersive environments are often proposed to address the quantity and the increasing complexity of the modeled phenomena, especially during the viewing activity. Indeed, virtual reality offers a high quality stereoscopic perception, useful for a better understanding of inherently three-dimensional molecular data. It also displays a large amount of information thanks to the large display surfaces, but also to complete the immersive feeling with other sensorimotor channels (3D audio, haptic feedbacks,...).However, two major factors hindering the use of virtual reality in the field of structural biology. On one hand, although there are literature on navigation and environmental realistic virtual scenes, navigating abstract science is still very little studied. The understanding of complex 3D phenomena is however particularly conditioned by the subject’s ability to identify themselves in a complex 3D phenomenon. The first objective of this thesis work is then to propose 3D navigation paradigms adapted to the molecular structures of increasing complexity. On the other hand, the interactive context of immersive environments encourages direct interaction with the objects of interest. But the activities of: results collection, simulation and analysis, assume a working environment based on command-line inputs or through specific scripts associated to the tools. Usually, the use of virtual reality is therefore restricted to molecular structures exploration and visualization. The second thesis objective is then to bring all these activities, previously carried out in independent and interactive application contexts, within a homogeneous and unique interactive context. In addition to minimizing the time spent in data management between different work contexts, the aim is also to present, in a joint and simultaneous way, molecular structures and analyses, and allow their manipulation through direct interaction.Our contribution meets these objectives by building on an approach guided by both the content and the task. More precisely, navigation paradigms have been designed taking into account the molecular content, especially geometric properties, and tasks of the expert, to facilitate spatial referencing in molecular complexes and make the exploration of these structures more efficient. In addition, formalizing the nature of molecular data, their analysis and their visual representations, allows to interactively propose analyzes adapted to the nature of the data and create links between the molecular components and associated analyzes. These features go through the construction of a unified and powerful semantic representation making possible the integration of these activities in a unique interactive context.En biologie structurale, l’étude théorique de structures moléculaires comporte quatre activités principales organisées selon le processus séquentiel suivant : la collecte de données expérimentales/théoriques, la visualisation des structures 3d, la simulation moléculaire, l’analyse et l’interprétation des résultats. Cet enchaînement permet à l’expert d’élaborer de nouvelles hypothèses, de les vérifier de manière expérimentale et de produire de nouvelles données comme point de départ d’un nouveau processus.L’explosion de la quantité de données à manipuler au sein de cette boucle pose désormais deux problèmes. Premièrement, les ressources et le temps relatifs aux tâches de transfert et de conversion de données entre chacune de ces activités augmentent considérablement. Deuxièmement, la complexité des données moléculaires générées par les nouvelles méthodologies expérimentales accroît fortement la difficulté pour correctement percevoir, visualiser et analyser ces données.Les environnements immersifs sont souvent proposés pour aborder le problème de la quantité et de la complexité croissante des phénomènes modélisés, en particulier durant l’activité de visualisation. En effet, la Réalité Virtuelle offre entre autre une perception stéréoscopique de haute qualité utile à une meilleure compréhension de données moléculaires intrinsèquement tridimensionnelles. Elle permet également d’afficher une quantité d’information importante grâce aux grandes surfaces d’affichage, mais aussi de compléter la sensation d’immersion par d’autres canaux sensorimoteurs.Cependant, deux facteurs majeurs freinent l’usage de la Réalité Virtuelle dans le domaine de la biologie structurale. D’une part, même s’il existe une littérature fournie sur la navigation dans les scènes virtuelles réalistes et écologiques, celle-ci est très peu étudiée sur la navigation sur des données scientifiques abstraites. La compréhension de phénomènes 3d complexes est pourtant particulièrement conditionnée par la capacité du sujet à se repérer dans l’espace. Le premier objectif de ce travail de doctorat a donc été de proposer des paradigmes navigation 3d adaptés aux structures moléculaires complexes. D’autre part, le contexte interactif des environnements immersif favorise l’interaction directe avec les objets d’intérêt. Or les activités de collecte et d’analyse des résultats supposent un contexte de travail en "ligne de commande" ou basé sur des scripts spécifiques aux outils d’analyse. Il en résulte que l’usage de la Réalité Virtuelle se limite souvent à l’activité d’exploration et de visualisation des structures moléculaires. C’est pourquoi le second objectif de thèse est de rapprocher ces différentes activités, jusqu’alors réalisées dans des contextes interactifs et applicatifs indépendants, au sein d’un contexte interactif homogène et unique. Outre le fait de minimiser le temps passé dans la gestion des données entre les différents contextes de travail, il s’agit également de présenter de manière conjointe et simultanée les structures moléculaires et leurs analyses et de permettre leur manipulation par des interactions directes.Notre contribution répond à ces objectifs en s’appuyant sur une approche guidée à la fois par le contenu et la tâche. Des paradigmes de navigation ont été conçus en tenant compte du contenu moléculaire, en particulier des propriétés géométriques, et des tâches de l’expert, afin de faciliter le repérage spatial et de rendre plus performante l’activité d’exploration. Par ailleurs, formaliser la nature des données moléculaires, leurs analyses et leurs représentations visuelles, permettent notamment de proposer à la demande et interactivement des analyses adaptées à la nature des données et de créer des liens entre les composants moléculaires et les analyses associées. Ces fonctionnalités passent par la construction d’une représentation sémantique unifiée et performante rendant possible l’intégration de ces activités dans un contexte interactif unique

Du texte à la génération d'environnements virtuels 3D : application à la scénographie théâtrale

This thesis is part of a multidisciplinary project, the DRAMA project, which attempts to generate 3D virtual scenes from the descriptions which are obtained from theatrical text. This project aims to simplify, as soon as possible, the tasks of the end-users by providing simple, fast, and effective tools. Thus, the technique used in this study is focused on the declarative modeling of virtual environments that is based on three phases (description, generation and management of knowledge). The description phase allows the designer to describe the environment from a set of properties, interpreted as a set of constraints for a generation system which produces one or several virtual environments solutions. This project, new tagging methods have been proposed to detect essential for the creation of scene, including information on the placement of objects. In addition, users can also run queries in the text from these tags. Placement properties are translated into spatial constraints with the data originally stored in a knowledge base that uses XML. A technique adopting the method of metaheuristics is then used for solving constraints. The object physical properties (collision, gravity, friction) were also managed from a physics engine. At the end, the finals scenes solutions were be proposed to the user, using a 3D rendering engine.Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet pluridisciplinaire, le projet DRAMA, qui consiste à générer des scènes virtuelles 3D à partir des descriptions contenues dans les textes théâtraux. L'un des objectifs de ce projet consiste à simplifier au maximum la tâche des utilisateurs finaux en leur offrant un outil simple, rapide, et efficace. Ainsi, la technique adoptée dans cette étude est axée sur la modélisation déclarative d'environnements virtuels qui s'appuie sur trois phases (description, génération et prise de connaissances). La phase de description permet au concepteur de décrire l'environnement à partir d'un ensemble de propriétés, interprétées en un ensemble de contraintes destinées à un système de génération qui produit un ou plusieurs environnements virtuels solutions.Dans le cadre de ce projet DRAMA, des nouvelles méthodes de balisage ont été proposées afin de détecter les éléments essentiels pour la création d'une pièce théâtrale, notamment les informations sur les placements d'objets. Par ailleurs, les utilisateurs peuvent, aussi, lancer des requêtes au niveau du texte à partir de ces balises. Les propriétés sur les placements seront traduites en contraintes spatiales grâce aux données initialement stockées dans une base de connaissance qui utilise le langage XML. Une technique adoptant la méthode des métaheuristiques est ensuite utilisée pour la résolution des contraintes de placements obtenues précédemment. La gestion des propriétés physiques des objets (collision, gravité, friction) a été aussi gérée à partir d'un moteur physique. À la fin, les scènes solutions finales seront proposées à l'utilisateur, en utilisant un moteur de rendu 3D

Classification topologique des ensembles convexes de Allen

10 pagesInternational audienceReprésenter et raisonner sur des informations temporelles qualitatives, incomplètes et imprécises constitue une partie essentielle de nombreux travaux en intelligence artificielle. Les modèles de représentation de ces informations temporelles reposent soit sur le concept d'intervalle, soit sur celui de point. Raisonner dans l'algèbre d'intervalle d'Allen est un problème connu comme NP-difficile. C'est pourquoi la recherche de sous-classes traitables est si importante. La classe traitable la plus utilisée, dû au concept cognitif de voisinage, est la classe des 83 relations convexes, ensemble des relations de Allen traduisibles en conjonction d'inéquations linéaires sur l'ensemble de leurs extrémités (points). Nous proposons dans cet article, une taxonomie de cette sous-classe fondée sur l'ensemble des ordres sur au plus 4 points préservant la notion d'intervalle. Nous en avons déduit un outil graphique d'aide à la spécification et à la résolution des contraintes temporelles qualitatives

Positionnement visuel pour la réalité augmentée en environnement plan

Mesurer en temps réel la pose d'une caméra relativement à des repères tridimensionnels identifiés dans une image vidéo est un, sinon le pilier fondamental de la réalité augmentée. Nous proposons de résoudre ce problème dans des environnements bâtis, à l'aide de la visionpar ordinateur. Nous montrons qu'un système de positionnement plus précis que le GPS, et par ailleurs plus stable, plus rapide et moins coûteux en mémoire que d'autres systèmes de positionnement visuel introduits dans la littérature, peut êtreobtenu en faisant coopérer : approche probabiliste et géométrie aléatoire (détection a contrario des points de fuite del'image), apprentissage profond (proposition de boites contenant des façades, élaboration d'un descripteur de façades basé sur un réseau deneurones convolutifs), inférence bayésienne (recalage par espérance-maximisation d'un modèle géométrique et sémantique compactdes façades identifiées) et sélection de modèle (analyse des mouvements de la caméra par suivi de plans texturés). Nous décrivonsde plus une méthode de modélisation in situ, qui permet d'obtenir de manière fiable, de par leur confrontation immédiate à la réalité, des modèles 3D utiles au calcul de pose tel que nous l'envisageons

Fondements et approches de modélisation 3D des environnements urbains pour la géosimulation

National audienceDans le prolongement de la théorie de la géographie virtuelle proposée par Mi¬chael Batty (1997, 2008), les Environne¬ments Géographiques Virtuels (EGVs) sont proposés comme une nouvelle génération d’outils d’analyses géographiques, d’amé¬nagements et de prospective de façon plus approfondie (Lin et al., 2012). Le déve¬loppement des EGVs répond aux trois exigences scientifiques fondamentales des sciences de l’information géographique : vi-sualisation multidimensionnelle, simulation dynamique de phénomènes géographiques et la participation collaborative pluridisci¬plinaire (Goodchild, 2009). A ce titre, les Environnements Virtuels Urbains pour la Géosimulation (EVUG) sont un cas parti¬culier et constituent un enrichissement des EGVs. En effet, la visualisation et l’ana¬lyse spatiale constituent les fonctionnalités de base des outils de l’information géogra¬phique (Longley et al., 2011). Cependant, avec l’augmentation de plus en plus en forte des exigences de la cognition spatiale, les SIG répondent de moins en moins aux be¬soins avancés de la recherche en matière de modélisation et de gestion des espaces com¬plexes