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Two-dimensional images and three-dimensional volumes have become a staple ingredient of our artistic, cultural, and scientific appetite. Images capture and immortalize an instance such as natural scenes, through a photograph camera. Moreover, they can capture details inside biological subjects through the use of CT (computer tomography) scans, X-Rays, ultrasound, etc. Three-dimensional volumes of objects are also of high interest in medical imaging, engineering, and analyzing cultural heritage. They are produced using tomographic reconstruction, a technique that combine a large series of 2D scans captured from multiple views. Typically, penetrative radiation is used to obtain each 2D scan: X-Rays for CT scans, radio-frequency waves for MRI (magnetic resonance imaging), electron-positron annihilation for PET scans, etc. Unfortunately, their acquisition is influenced by noise caused by different factors. Noise in two-dimensional images could be caused by low-light illumination, electronic defects, low-dose of radiation, and a mispositioning tool or object. Noise in three-dimensional volumes also come from a variety of sources: the limited number of views, lack of captor sensitivity, high contrasts, the reconstruction algorithms, etc. The constraint that data acquisition be noiseless is unrealistic. It is desirable to reduce, or eliminate, noise at the earliest stage in the application. However, removing noise while preserving the sharp features of an image or volume object remains a challenging task. We propose a multi-scale method to smooth 2D images and 3D tomographic data while preserving features at a specified scale. Our algorithm is controlled using a single user parameter – the minimum scale of features to be preserved. Any variation that is smaller than the specified scale is treated as noise and smoothed, while discontinuities such as corners, edges and detail at a larger scale are preserved. We demonstrate that our smoothed data produces clean images and clean contour surfaces of volumes using standard surface-extraction algorithms. In addition to, we compare our results with results of previous approaches. Our method is inspired by anisotropic diffusion. We compute our diffusion tensors from the local continuous histograms of gradients around each pixel in image; Les images et données volumiques sont devenues importantes dans notre vie quotidienne que ce soit sur le plan artistique, culturel, ou scientifique. Les données volumiques ont un intérêt important dans l'imagerie médicale, l'ingénierie, et l'analyse du patrimoine culturel. Ils sont créées en utilisant la reconstruction tomographique, une technique qui combine une large série de scans 2D capturés de plusieur points de vue. Chaque scan 2D est obtenu par des methodes de rayonnement : Rayons X pour les scanners CT, ondes radiofréquences pour les IRM, annihilation électron-positron pour les PET scans, etc. L'acquisition des images et données volumique est influencée par le bruit provoqué par différents facteurs. Le bruit dans les images peut être causée par un manque d'éclairage, des défauts électroniques, faible dose de rayonnement, et un mauvais positionnement de l'outil ou de l'objet. Le bruit dans les données volumique peut aussi provenir d'une variété de sources : le nombre limité de points de vue, le manque de sensibilité dans les capteurs, des contrastes élevé, les algorithmes de reconstruction employés, etc. L'acquisition de données non bruitée est iréalisable. Alors, il est souhaitable de réduire ou d'éliminer le bruit le plus tôt possible dans le pipeline. La suppression du bruit tout en préservant les caractéristiques fortes d'une image ou d'un objet volumique reste une tâche difficile. Nous proposons une méthode multi-échelle pour lisser des images 2D et des données tomographiques 3D tout en préservant les caractéristiques à l'échelle spécifiée. Notre algorithme est contrôlé par un seul paramètre – la taille des caractéristiques qui doivent être préservées. Toute variation qui est plus petite que l'échelle spécifiée est traitée comme bruit et lissée, tandis que les discontinuités telles que des coins, des bords et des détails à plus grande échelle sont conservés. Nous démontrons les données lissées produites par notre algorithme permettent d'obtenir des images nettes et des iso-surfaces plus propres. Nous comparons nos résultats avec ceux des methodes précédentes. Notre méthode est inspirée par la diffusion anisotrope. Nous calculons nos tenseurs de diffusion à partir des histogrammes continues locaux de gradients autour de chaque pixel dans les images et autour de chaque voxel dans des volumes. Comme notre méthode de lissage fonctionne entièrement sur GPU, il est extrêmement rapide.

Current scientific and engineering works make an increasingly frequent use of numerical simulation techniques to study complex physical phenomenons. Visualizing these simulations' results on their geometric structure is often necessary in order to understand and analyze the simulated system. Such a visualization requires specific software tools in order to achieve a comprehensive and accurate depiction of the information present in the dataset. This includes taking into account the available information about dataset quality and data uncertainty. The goal of this thesis is to improve the visualization techniques for scalar data fields in order to integrate uncertainty information to the result. Our work follows a perceptual approach, using knowledge and experimental methods from visual perception research to put forward, study and implement new visualization techniques. A review of the state of the art on uncertainty visualization make us suggest to use an animated procedural noise as a visual primitive to show uncertainty. We set up a psychophysics experiment to evaluate contrast sensitivity thresholds for luminance stimuli generated using Perlin's noise algorithm, and therefore understand under which conditions such noise patterns can be perceived. These results are validated and extended by using a computational model of contrast sensitiviy, which we reimplemented and ran on our stimuli. The resulting information allow us to put forward a new technique for visualizing uncertain scalar data using an animated procedural noise and color maps. The resulting visualization is intuitive and efficient even for datasets with a complex tridimensional geometry. We apply this new technique to two industrial datasets, and demonstrate it to expert users. Their feedback uphold the usabiliy and efficiency of our technique, and allows us to add a few more improvements and to orient our future work.; Les études scientifiques et d'ingénierie actuelles font de plus en plus souvent appel à des techniques de simulation numérique pour étudier des phénomènes physiques complexes. La visualisation du résultat de ces simulations sur leur support spatial, souvent nécessaire à leur bonne compréhension, demande la mise en place d'outils adaptés, permettant une restitution fidèle et complète de l'information présente dans un jeu de données. Une telle visualisation doit donc prendre en compte les informations disponibles sur la qualité du jeu de données et l'incertitude présente. Cette thèse a pour but d'améliorer les méthodes de visualisation des champs de données scalaires de façon à intégrer une telle information d'incertitude. Les travaux présentés adoptent une approche perceptive, et utilisent les méthodes expérimentales et les connaissances préalables obtenues par la recherche sur la perception visuelle pour proposer, étudier et finalement mettre en oeuvre des nouvelles techniques de visualisation. Une revue de l'état de l'art sur la visualisation de données incertaines nous fait envisager l'utilisation d'un bruit procédural animé comme primitive pour la représentation de l'incertitude. Une expérience de psychophysique nous permet d'évaluer des seuils de sensibilité au contraste pour des stimuli de luminance générés par l'algorithme de bruit de Perlin, et de déterminer ainsi dans quelles conditions ces stimuli seront perçus. Ces résultats sont validés et étendus par l'utilisation d'un modèle computationnel de sensibilité au contraste, que nous avons réimplémenté et exécuté sur nos stimuli. Les informations obtenues nous permettent de proposer une technique de visualisation des données scalaires incertaines utilisant un bruit procédural animé et des échelles de couleur, intuitive et efficace même sur des géométries tridimensionnelles complexes. Cette technique est appliquée à deux jeux de données industriels, et présentée à des utilisateurs experts. Les commentaires de ces utilisateurs confirment l'efficacité et l'intérêt de notre technique et nous permettent de lui apporter quelques améliorations, ainsi que d'envisager des axes de recherche pour des travaux futurs.

National audience

Session Rendu 2 - 1er prix des meilleurs papiers; National audience; Cet article présente une méthode originale pour assurer la cohérence de la stylisation d'un dessin au trait extrait d'une scène 3D animée. Nous prenons en entrée des lignes dépendantes (silhouettes, contours suggestifs) ou non (crêtes, vallées) du point de vue. Ces lignes sont approximées et suivies par des polylignes 2D tout au long de l'animation de telle sorte que leur paramétrisation reflète le mouvement des lignes représentées tout en restant uniforme par morceau. Cette paramétrisation peut alors être utilisée comme support pour une stylisation au travers d'une pyramide de texture. Notre approche est interactive et permet d'assurer la continuité temporelle d'une large gamme de styles.

Creating a sequence of images that illustrates an animation is a task that finds applications in many fields, from comics to assembly schemes. Such a representation is based on the projection of 3D plus time data to 2D and necessarily involves loss of information. Compensation for this loss is generally handmade and is currently performed on an individual case basis. The objective of this thesis is to develop algorithms to automate this task as generally as possible. In this context, we are interested in pictorial visualization of particle animations by identifying and illustrating their aggregate movement. For animations taking place in a specific geometrical context, we propose a method to display this context while taking into account the animation summary. Finally, to enhance our pictures with textual or contextual information, we studied the problem of dynamic labeling of 3D scenes and the associated problems of temporal discontinuities and incoherence., Créer une séquence d´images qui résume une animation est une tache effectuée dans de nombreux domaines, allant de la bande-dessinée à la conception de schémas d´assemblage. Une telle représentation repose sur la projection de données 3D plus temps vers un support 2D, et induit inévitablement une perte d´informations. Compenser cette perte relève encore aujourd´hui du traitement au cas par cas, et est très généralement fait de manière manuelle. L´objectif de cette thèse est de développer des algorithmes automatisant cette tache et restant les plus généraux possible. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la visualisation en images d´animations de particules, en essayant d´identifier puis d'illustrer leurs mouvements généraux. Une animation se déroulant généralement dans un décor géométrique spécifique, nous avons proposé une méthode pour afficher ce décor en tenant compte du résumé de l'animation. Enfin, afin d´enrichir nos images d´informations textuelles ou contextuelles, nous avons étudié le problème de l´annotation dynamique d´une scène 3D et les difficultés de cohérence temporelle soulevées.

The French higher education and research evaluation body (AERES, Agence d'évaluation de la recherche et de l'enseignement supérieur) was set up to carry out evaluations in the French university system. One of the key criteria used by AERES experts is the number of publications per researcher. Nicolas Holzschuch has studied the pros and cons of this method of evaluation. Some aspects of the method have proved controversial, including the way articles are counted depending on the field of research and the creation of lists of journals by categories of prestige. However, implementing the evaluation process has made researchers focus more on publication, which has had a positive impact on research., L'Agence d'évaluation de la recherche et de l'enseignement supérieur (AERES) a pour mission l'évaluation du système universitaire français. Parmi les critères qui entrent en jeu, les experts comptabilisent les publications des chercheurs. L'article de Nicolas Holzschuch fait le bilan des effets pervers mais aussi des conséquences positives de cette forme d'évaluation. En effet, la façon dont sont comptabilisés les articles selon les disciplines ainsi que la création de listes de revues dites de bonne qualité peuvent prêter à polémique. A contrario, l'instauration de cette évaluation oblige les chercheurs à mettre davantage l'accent sur la publication... En cela, l'AERES a un effet positif sur la recherche.

This thesis takes place in the context of real-time image synthesis. It addresses the problem of efficient rendering for visual detail, main component of an image's realism. To cope with the complexity of visual detail it is necessary to possess representations which are adapted to objects that are to be rendered, together with capabilities of modern graphics processors. The first research effort concerns the use of relief for efficiently representing and rendering geometrical detail. The compact and structured representation of relief by an height map allows to design efficient and accurate rendering algorithms. We propose two of them: the first one can render animated reliefs, while the second one focuses on static ones by exploiting the possibility to preprocess the height map. We also develop a consideration on the use of relief for the representation of general surfaces, and present an application for real-time rendering of realistic water volumes. The second research effort focuses on non-surfacic representations, necessary when geometrical representations are inadequate or even non-existent. It is notably the case of distant objects or objects possessing a dense geometry, like a tree's foliage for example. The problem here is to be able to represent the visual aspect of an object without resorting to any geometrical model. We propose a method taking the light-field of an object as only input data, to determine the optimal parameters for an efficiently renderable representation., Cette thèse se place dans le cadre de la synthèse d'images en temps réel. Le problème auquel elle s'attaque est celui du rendu efficace du détail visuel, principal élément du réalisme d'une image. Pour faire face à la complexité du détail visuel, il est nécessaire de disposer de représentations adaptées à la fois aux objets que l'on cherche à rendre ainsi qu'aux capacités des processeurs graphiques actuels. Le premier axe de recherche porte sur l'utilisation du relief pour représenter et rendre efficacement du détail géométrique. La représentation compacte et structurée du relief par une carte hauteur permet la conception d'algorithmes de rendu exacts et efficaces. Nous en proposons deux~: le premier permet de rendre des reliefs dynamiques, alors que le second s'adresse aux reliefs statiques en exploitant la possibilité d'effectuer un pré-traitement sur la carte de hauteur. Nous développons aussi une réflexion sur l'utilisation du relief pour la représentation de surfaces quelconques, et présentons une application au rendu réaliste et en temps réel de volumes d'eau. Le deuxième axe de recherche se concentre sur les représentations non surfaciques, nécessaires lorsque les représentations géométriques sont inadaptées voire inexistantes. C'est le cas notamment des objets lointains ou des objets à géométrie dense, comme par exemple le feuillage d'un arbre. Le problème ici est d'être capable de représenter l'apparence d'un objet, sans recourir à un modèle géométrique. Nous proposons une méthode permettant, à partir de la seule donnée du light-field d'un objet, de déterminer les paramètres optimaux d'une représentation adaptée pour le rendu.

National audience; Presentation of our MobiNet educational platform, and of our pedagogic experiments in and out the class. This article (in French) can be considered as the "proceeding" of our APMEP'08 presentation. It was originally published on the online revue MathemaTICE.

This thesis deals with graphic primitives distributions in two different domains: expressive rendering and printing system. To distribute is to position objects into a space. We focus on two dimensional space distributions. Moreover, a distribution follow an importance function describing the density of objects locally wanted for each point of the considered space. The quality of the distribution is judged by the observation of the position of the object, using spectral analysis for instance. In the field of expressive rendering, we focus on distribution for animated stroke-based rendering. Stroke-based rendering is used to obtain images that mimic some natural medias like painting. In our approach, we obtain the animation by moving the stroke from one frame to the other. When we do that, we need to follow an input motion, a given importance function and to correctly represent the targeted style. We call temporal coherence the trade-off made between this three conflicting constraints. We propose a complete system for animated stroke-based rendering with several distribution algorithms following the input motion and the importance function, and also with control of the rendering style. For printing system, we propose a distribution method for dot of ink. The method produces perceptually pleasant distribution while staying sufficiently efficient to be implemented in printers available nowadays., Cette thèse s'intéresse à la distribution de primitives graphiques dans les domaines du rendu expressif et des systèmes d'impressions. Une distribution est le placement d'objets dans un espace, dans notre cas un espace à deux dimensions. Cette distribution suit une fonction d'importance décrivant la densité de primitives souhaitée en chacun des points de l'espace. La qualité de la distribution se mesure par l'observation de la position des objets placés, notamment au moyen d'analyses spectrales. Dans le domaine du rendu expressif, nous nous intéressons à la distribution de points dans le cadre du rendu animé à base de marques. Le rendu à base de marques permet d'obtenir des images mimant des médias traditionnels tels que la peinture. L'animation est obtenue en déplaçant les marques d'une image à l'autre. Pour obtenir un rendu visuellement satisfaisant, les marques doivent suivre un mouvement en entrée et remplir l'image suivant une fonction d'importance pour correctement représenter le style visé. De plus, les changements brutaux sont à éviter. Nous appelons cohérence temporelle le compromis entre ces trois contraintes. Nous développons une approche complète pour le rendu animé à base de marques proposant plusieurs méthodes de distribution de marques ainsi qu'un mécanisme de contrôle du style. Dans le cadre des systèmes d'impressions, nous proposons une méthode de distribution de points d'encre avec de bonnes qualités d'un point de vue perceptif, supprimant les répétitions présentes dans les travaux précédents. Cette méthode est suffisamment peu coûteuse en temps de calcul pour être utilisée par les imprimantes actuelles.

The visual communication is an efficient way to communicate a message. Depending on the goal of the image's author, various representations can be chosen going from photographs, illustrations, paintings to very schematic. This HDR presents some computer graphics tools developed to enhance the result of an image creation process. Such a process can be a 3D rendering, a film or a photograph filtering, or a drawing from scratch. The underlying principles of this body of work are twofold. First it is fundamental to find a good compromise between automatic and manual production. For that, the user always has to stay in the loop and careful attention has to be paid on the way the user can interact with the system. Second, an image is made to be seen by a human. It is therefore possible to refer to the visual perception knowledge to guide the algorithms.; La communication visuelle est un outil extrêmement efficace pour transmettre un message. En fonction du but de l'auteur de l'image, différentes représentions sont possibles allant d'une représentation photoréaliste à un dessin ou une peinture, voire à des schémas. Cette HDR présente des outils informatiques visant à améliorer le processus de création d'images. Cette création peut passer par le rendu d'un modèle 3D, la traitement d'un film ou d'une image mais aussi le dessin direct. Ces travaux reposent sur deux principes. Premièrement il est fondamental de trouver un bon compromis entre la production manuelle et la production automatique. L'enjeu est de trouver les bons outils de contrôle à laisser au créateur tout en lui simplifiant la tache le plus possible. Pour cela le créateur doit être intégré dans le processus de conception même de l'outil. Deuxièmement, partant du principe qu'une image est faite pour être vue par le système visuel, nous pouvons nous appuyer sur les connaissances actuelles en perception humaine pour guider nos algorithmes. Cela permet d'obtenir des images pertinentes et des outils efficaces pour le créateur et pour le spectateur de l'image.

This thesis deals with graphic primitives distributions in two different domains: expressive rendering and printing system. To distribute is to position objects into a space. We focus on two dimensional space distributions. Moreover, a distribution follow an importance function describing the density of objects locally wanted for each point of the considered space. The quality of the distribution is judged by the observation of the position of the object, using spectral analysis for instance. In the field of expressive rendering, we focus on distribution for animated stroke-based rendering. Stroke-based rendering is used to obtain images that mimic some natural medias like painting. In our approach, we obtain the animation by moving the stroke from one frame to the other. When we do that, we need to follow an input motion, a given importance function and to correctly represent the targeted style. We call temporal coherence the trade-off made between this three conflicting constraints. We propose a complete system for animated stroke-based rendering with several distribution algorithms following the input motion and the importance function, and also with control of the rendering style. For printing system, we propose a distribution method for dot of ink. The method produces perceptually pleasant distribution while staying sufficiently efficient to be implemented in printers available nowadays.; Cette thèse s'intéresse à la distribution de primitives graphiques dans les domaines du rendu expressif et des systèmes d'impressions. Une distribution est le placement d'objets dans un espace, dans notre cas un espace à deux dimensions. Cette distribution suit une fonction d'importance décrivant la densité de primitives souhaitée en chacun des points de l'espace. La qualité de la distribution se mesure par l'observation de la position des objets placés, notamment au moyen d'analyses spectrales. Dans le domaine du rendu expressif, nous nous intéressons à la distribution de points dans le cadre du rendu animé à base de marques. Le rendu à base de marques permet d'obtenir des images mimant des médias traditionnels tels que la peinture. L'animation est obtenue en déplaçant les marques d'une image à l'autre. Pour obtenir un rendu visuellement satisfaisant, les marques doivent suivre un mouvement en entrée et remplir l'image suivant une fonction d'importance pour correctement représenter le style visé. De plus, les changements brutaux sont à éviter. Nous appelons cohérence temporelle le compromis entre ces trois contraintes. Nous développons une approche complète pour le rendu animé à base de marques proposant plusieurs méthodes de distribution de marques ainsi qu'un mécanisme de contrôle du style. Dans le cadre des systèmes d'impressions, nous proposons une méthode de distribution de points d'encre avec de bonnes qualités d'un point de vue perceptif, supprimant les répétitions présentes dans les travaux précédents. Cette méthode est suffisamment peu coûteuse en temps de calcul pour être utilisée par les imprimantes actuelles.

The visual communication is an efficient way to communicate a message. Depending on the goal of the image's author, various representations can be chosen going from photographs, illustrations, paintings to very schematic. This HDR presents some computer graphics tools developed to enhance the result of an image creation process. Such a process can be a 3D rendering, a film or a photograph filtering, or a drawing from scratch. The underlying principles of this body of work are twofold. First it is fundamental to find a good compromise between automatic and manual production. For that, the user always has to stay in the loop and careful attention has to be paid on the way the user can interact with the system. Second, an image is made to be seen by a human. It is therefore possible to refer to the visual perception knowledge to guide the algorithms.; La communication visuelle est un outil extrêmement efficace pour transmettre un message. En fonction du but de l'auteur de l'image, différentes représentions sont possibles allant d'une représentation photoréaliste à un dessin ou une peinture, voire à des schémas. Cette HDR présente des outils informatiques visant à améliorer le processus de création d'images. Cette création peut passer par le rendu d'un modèle 3D, la traitement d'un film ou d'une image mais aussi le dessin direct. Ces travaux reposent sur deux principes. Premièrement il est fondamental de trouver un bon compromis entre la production manuelle et la production automatique. L'enjeu est de trouver les bons outils de contrôle à laisser au créateur tout en lui simplifiant la tache le plus possible. Pour cela le créateur doit être intégré dans le processus de conception même de l'outil. Deuxièmement, partant du principe qu'une image est faite pour être vue par le système visuel, nous pouvons nous appuyer sur les connaissances actuelles en perception humaine pour guider nos algorithmes. Cela permet d'obtenir des images pertinentes et des outils efficaces pour le créateur et pour le spectateur de l'image.

2 parties: 1: Presentation of our MobiNet educational platform, and of our pedagogic experiments in and out the class. 2: tutorial. The corresponding article "MobiNet: s'approprier les maths-physique par la programmation de jeux et simulations" has been published on the online revue MathemaTICE, and on the printed revue "Bulletin Vert APMEP" jan-feb 2009.; National audience; no abstract

National audience; Les méthodes de stylisation dont l'objectif est de représenter une scène 3D dynamique avec des marques 2D comme des pigments ou des coups de pinceau, sont généralement confrontées au problème de la cohérence temporelle. Dans cet article, nous présentons une méthode de stylisation en temps réel et temporellement cohérente basée sur des textures : les textures auto-zoomables. Une texture auto-zoomable est une texture plaquée sur les objets 3D et enrichie d'un nouveau mécanisme de zoom infini. Ce mécanisme maintient une taille quasi constante en espace image des éléments de texture. Lors de la stylisation, ce mécanisme renforce l'apparence 2D des marques de style tout en restant fidèle au mouvement 3D des objets représentés. Nous illustrons cette propriété par une variété de styles comme l'aquarelle ou le rendu par marques binaires. Bien que notre technique de zoom infini puisse être utilisée aussi bien pour des textures 2D que 3D, nous nous sommes attachés dans cet article au cas 3D (que nous appelons textures volumiques auto-zoomables), ce qui évite la définition d'une paramétrisation des surfaces 3D. En intégrant notre méthode à un moteur de rendu, nous validons la pertinence de ce compromis entre qualité et rapidité.

National audience; Les recherches présentées dans cet article visent à l'analyse et à la resynthèse de textures arborant une stochasticité qualifiée ici de "haut-niveau". De telles textures sont constituées d'une distribution quelconque de motifs de plusieurs sortes, se recouvrant partiellement. La distribution elle-même peut être aléatoire ou obéir à des règles de disposition géometrique. Entrent ainsi dans cette catégorie, arrangements de primitives 2d et textures quasi-régulières. La clé de voûte de l'approche proposée est d'extraire les motifs en exploitant leur répétitivité au sein de l'image. Il devient alors possible de s'affranchir des contraintes qu'impose une analyse markovienne locale à l'échelle des pixels et d'obtenir des composants pertinents permettant une analyse adaptée de l'image d'entrée.

National audience; Représenter un ensemble complexe de mouvements sous forme condensée, par exemple dans une image, est un problème qui se pose dans de nombreux domaines, allant de la visualisation scientifique à la conception de story-boards ou de bandes dessinées. Une image (espace à deux dimensions) ne peut représenter le mouvement de particules dans l'espace (données 4D) sans perte d'information. Pour compenser cette perte, plusieurs techniques ont été développées, allant de l'ajout d'indices visuels dans une image au découpage du mouvement en une séquence de plusieurs images. Dans cet article, nous présentons un pipeline pour générer, à partir de données correspondant à un ensemble de mouvements dans l'espace et sur une certaine durée temporelle, un storyboard résumant de manière compréhensible et efficace l'ensemble de l'animation. Notre méthode consiste à grouper les données ayant un mouvement similaire, puis à segmenter ces groupes pour isoler des positions clefs. Enfin, nous effectuons un rendu stylisé de la trajectoire correspondant à chaque segment. L'objectif de notre travail est de permettre une exploration dynamique du storyboard obtenu, de telle sorte qu'un utilisateur puisse observer les données à plusieurs échelles, aussi bien spatiales que temporelles. Voir aussi http://artis.imag.fr/Publications/2008/SH08

L'invention concerne un procédé de production visuelle des effets de pigments et de turbulences de l'aquarelle en assurant une cohérence temporelle de ces effets, à partir des données géométriques 3D d'une séquence d'animation à usage vidéo, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'extraction et de sauvegarde des positions de repos des données géométriques 3D animées, lesdites données géométriques constituant des objets 3D animés, suivie d'une étape de production comportant deux processus distincts : le processus d'ombrage de type dessin animé et le processus de calcul de la texture procédurale 3D. Dans un mode de réalisation particulier du procédé conforme à l'invention, ledit processus d'ombrage de type dessin animé permet d'obtenir les glacis et les couleurs dominantes des pigments et des turbulences, et ledit processus de calcul de la texture procédurale 3D est appliquée pour obtenir les pigments et les turbulences.

National audience; This report presents a new solution to the issue of the temporal coherence of a non-photorealistic style during the animation of a 3D scene. This solution used "infinitly zoomable" solid textures in order to depict the medium of the stylization. After a detailed study of previous approaches to generate this 2D illusion of infinit zoom, new methods are described in the bi- and tridimensional cases. Finally various NPR styles are proposed to illustrate the quality, efficiency and simplicity of this approach.; Ce rapport présente une nouvelle solution au problème de la cohérence temporelle d'un style non-photoréaliste lors de l'animation d'une scène 3D. Cette solution se base sur l'utilisation de textures volumiques "infiniment zoomables" pour représenter le médium de la stylisation. Après une étude détaillée des approches précédemment proposées pour générer cette illusion de zoom infini en 2D, de nouvelles méthodes sont décrites dans les cas bi- et tridimensionnel. Enfin, différents styles NPR sont proposés pour illustrer la qualité, rapidité et facilité d'utilisation de cette approche.

revue en ligne : http://educmath.inrp.fr/Educmath/la-parole-a/f-neyret/edito; National audience; Presentation of the large-scope and thin-scope pedagogic motivations of our MobiNet educational platform, and quick presentation of our experiments in and out the class.

National audience; Le rendu expressif est une branche relativement jeune de la synthèse d'images qui s'intéresse non pas à créer des images qui sont le résultat de simulations de phénomènes physiques réalistes, mais qui tend à communiquer visuellement des informations sur les objets représentés par le biais de styles variés (dessin, aquarelle, etc). Ce type de rendu semble particulièrement adapté au domaine de l'archéologie pour deux raisons : il permet d'illustrer les hypothèses de reconstruction 3D archéologiques sans pour autant biaiser l'interprétation par une représentation trop réaliste et peut aussi apporter une méthode visuelle intuitive d'exploration de données archéologiques. Dans cet exposé, nous allons tout d'abord présenter les travaux que nous avons réalisé par le passé portant sur la création d'illustrations (effets de papier, aquarelle). Puis nous allons introduire les aspects du rendu expressif qui permettraient l'exploration sémantique de données archéologiques.

National audience; L'augmentation rapide de la flexibilité et des performances offertes par la nouvelle génération de cartes graphiques programmables permet d'envisager d'inclure dans des applications temps-réel des effets autrefois limités à des simulations d'éclairage caractérisées par de longs temps d'exécution. Parmi ces effets, on retrouve les ombres douces, des réflections réalistes ou l'anisotropie des matières comme l'aliminium brossé. Lorsque l'on travaille dans le domaine de la synthèse d'images réaliste et interactive, on recherche toujours le meilleur compromis entre qualité et rapidité. Il est donc nécessaire de réduire les calculs au strict minimum tout en conservant du réalisme. Toute la difficulté réside dans le fait que chaque effet nécessite des simplications et des optimisations spécifiques. Les sources surfaciques proches sont rarement considérées pourtant elles sont présentent dans de nombreuses scènes. Les reflets causés par une lumière de ce type sont particulièrement intéressants car ils prennent sa forme. Considérer ces sources lumineuses apporte plus de réalisme mais impose de nouvelles limitations et ce rapport propose une solution simple et efficasse pour y parvenir.

National audience; Le livre ''Informatique graphique et rendu'' fait partie d'un lot de deux livres (l'autre ouvrage s'intitulant ''Informatique graphique, géométrique et animation'') destinés à un public du type master recherche ou école d'ingénieur, sur le thème global de l'informatique graphique. Chaque chapitre fournit des pistes vers la recherche, notamment via la bibliographie. Le chapitre sur le rendu expressif tente de présenter une organisation cohérente de ce domaine tout en fournissant suffisamment d'exemples pratiques afin d'illustrer les algorithmes présentés.

National audience; We present a new approach to create painterly renderings of an animated 3D scene, allowing a controllable trade- off between scene fidelity and stylistic design. Our approach extends and complements existing systems in order to ensure temporal coherence while maintaining consistent stroke density, and allowing a wide variety of stroke styles. It is based on a new dynamic painting algorithm which selects a suitable set of sample stroke locations based on an object-space hierarchy. We describe also an improved stroke drawing technique which allows a faithful depiction of the scene while letting the user specify his preferred stroke style via a shader. All renderings are interactive and performed on the GPU.; Nous présentons une nouvelle approche pour créer une animation en rendu peinture à partir d'une scène 3D animée. Notre approche étend et complète les méthodes existantes pour assurer la cohérence temporelle de l'animation, conserver une densité constante de coups de pinceau et offrir à l'utilisateur un libre choix de style. Pour cela nous présentons un algorithme dynamique qui sélectionne à la volée un ensemble adapté de coups de pinceau en s'appuyant sur une hiérarchie de points à la surface des objets 3D. Nous proposons de plus une technique de dessin de coups de pinceau permettant une représentation fidèle de la scène tout en offrant à l'utilisateur la possibilité de spécifier son style via un shader. Le rendu est interactif et effectué sur le GPU.

National audience; In video-based rendering, real dynamic scenes are captured by video cameras and replayed, so that they can be seen by the observer from any viewpoint. In order to permit a complete immersion of the real scene in a virtual environment, some approaches reconstruct a 3D shape and then textured it with images taken from the cameras. This paper proposes to identify the problems of multi-view texturing for video-based rendering and to offer solutions for a number of them.We successfully treat visibility issues, identify "risk zones", correct projection displacement errors and fill in small untextured areas. Our algorithm works in real time, thus permitting an interactive viewing of the augmented scene ; Nous proposons dans cet article d'identifier clairement les problèmes rencontrés lorsque l'on veut effectuer un texturage omnidirectionnel d'un modèle 3D. Nous proposons aussi des solutions à chacun de ces problèmes. Une version anglaise, plus détaillée, se trouve en deuxième partie.

This thesis is structured along three research axes: First, I investigated the representation issues raised by the production of expressive images and animations, (that is to say, introducing the artist/user's expressivity). It led me to propose solutions to practical problems in this domain. Second, I studied the acquisition of low-level notion of styles from user-supplied examples. In particular, I produced aquisition systems working on vector-based as well as bitmap color images. Finally, I have been personally motivated by the fascinating field of human vision and its many links with expressive rendering. Thus, throughout this thesis, I tried to build as many connections as possible between the two fields, hence building a framework where various expressive rendering approaches can be studied in a principled way., Les travaux que j'ai pu mener durant ma these peuvent etre organises selon trois themes. Premierement, j'ai etudie les problemes de representation souleves par la production d'images ou d'animations a caractere expressif (c'est a dire introduisant l'expressivite d'un utilisateur/artiste). Cela m'a mene a proposer des solutions a des problemes concrets dans ce domaine. En second lieu, j'ai etudie les methodes d'acquisition de style a partir d'exemples fournis par l'utilisateur/artiste. En particulier j'ai pu produire des systemes d'acquisition operant sur des images vectorielles ou bitmap. Pour finir, j'ai tente de tisser des liens entre le domaine fascinant de la perception visuelle et les methodes de representation ou d'acquisition, donnant ainsi un cadre d'etude commun a de nombreuses approches de rendu expressif, de prime abord heterogenes.

Talk; National audience; Nous présentons une nouvelle approche pour créer un rendu peinture d'une scène 3D animée, permettant un compromis contrôlable entre la fidélité à la scène et le style artistique. Notre rendu peinture s'appuie sur l'utilisatation de marques (coups de pinceau) comme primitives de base pour le dessin. Notre approche étend et complète les systèmes existants pour assurer la cohérence temporelle du mouvement tout en maintenant une densité de marques consistante et permettant une large variété de styles. Notre méthode est basée sur un nouvel algorithme de peinture dynamique qui sélectionne un ensemble de positions des marques à partir d'une hiérarchie en espace objet. Les marques sont alors dessinées à partir de ces positions en leur assignant un style de dessin libre : par exemple en utilisant les éléments de la scène comme les directions des silhouettes pour définir l'orientation des marques ou en utilisant des paramètres utilisateur fixant l'orientation ou l'épaisseur des marques. Le rendu des marques est fait en utilisant les attributs de la scène sous forme de G-buffer filtrés de manière adéquate afin d'obtenir une description fidèle de la scène tout en permettant à l'utilisateur de spécifier le style de marques. Les rendus sont faits en temps interactif sur le GPU.

We present a new approach to create painterly renderings of an animated 3D scene, allowing a controllable tradeoff between scene fidelity and stylistic design. Our approach extends and complements existing systems in order to ensure temporal coherence while maintaining consistent stroke density, and allowing a wide variety of stroke styles. It is based on a new dynamic painting algorithm which selects a suitable set of sample stroke locations based on an object-space hierarchy. We describe also an improved stroke drawing technique which allows a faithful depiction of the scene while letting the user specify his preferred stroke style via a shader. All rendering is interactive and performed on the GPU. Best paper award, Nous présentons une nouvelle approche pour créer une animation en rendu peinture à partir d'une scène 3D animée. Notre approche étend et complète les méthodes existantes pour assurer la cohérence temporelle de l'animation, conserver une densité constante de coups de pinceau et offrir un libre choix de style par l'utilisateur. Pour cela nous présentons un algorithme dynamique qui sélectionne à la volée un ensemble adapté de coups de pinceau en s'appuyant sur une hiérarchie de points à la surface des objets 3D. Nous proposons de plus une technique de dessin de coups de pinceau permettant une représentation fidèle de la scène tout en offrant à l'utilisateur la possibilité de spécifier son style via un shader. Le rendu est interactif et effectué sur le GPU. Prix du meilleur papier.

National audience; Au même tire que le nu, le dessin de drapé est un exercice de style classique pour tout apprenti-dessinateur. Le terme "drapé" englobe tout un ensemble de plis, que ce soit dans des tentures, des rideaux ou des tissus divers. En ce sens, la draperie est une composante essentielle de notre environnement visuel. Les plis véhiculent généralement une information de mouvement. Ainsi, dans l'exemple de la figure 1.2, le drapé de la robe de Falordelle nous aide a imaginer la danse qu'elle effectue autour du feu. Au même titre que le feu, la chevelure ou encore les notes de musique, cet indice visuel nous communique l'illusion d'une case vivante et dynamique alors que nous sommes en face d'une image fixe.

Depuis des années, nous imaginons qu'un jour nous allons pouvoir nous déplacer dans des mondes “virtuels”, que tout en restant à Grenoble, nous allons pouvoir visiter la pyramide de Chéops ou la maison de Salvador Dalí à Figueres... Nous voudrions déambuler dans les couloirs du Louvre, nous arrêter devant Mona Lisa, décrocher ce tableau et l'admirer sous tous les angles... Nous voudrions faire le tour du futur tramway de Bordeaux, entrer à l'intérieur et imaginer une ballade en centre ville sous la lumière chaleureuse de l'automne ou un soir au coucher du soleil... Nous voudrions... Tous ces rêves ont un point commun, il faut que l'on puisse se voir évoluer dans un monde réel ou imaginaire, y trouver sa place et interagir avec lui. Pour cela, une puissance de calcul très importante et du matériel spécifique (caméras hautes résolutions, réseaux hauts débits, très grands écrans, etc.) sont nécessaires et c'est seulement depuis peu que nous en disposons. Nous pouvons donc enfin nous atteler à la tâche. Sous ce côté rêveur, je vais présenter mes travaux de recherche effectués ces quatre dernières années. Ils ont été réalisés au travers des projets CYBER.

National audience; Un outil de dessin au trait pour le design d'une étude de caractérisation des lignes

This dissertation deals with the rendering of ``non-photorealistic'' illustrations (imitating drawings or paintings for instance) from 3D scenes. Abstraction or stylization enhance this type of rendering with communicative, aesthetic and expressive qualities that distinguish it from usual image synthesis. Our goals is to provide the user with a flexible control over the style of the non-photorealistic rendering and, also, to propose a style formulation that allows the reuse of the same style to render different 3D scenes. We chose a programmable approach that relies on the assumption that style attributes (color, thickness, ...) are chosen depending on generic information from the scene (line charasteristics, depth discontinuity, ...), and takes inspiration from procedural approaches (such as Pixar Renderman). The idea consists in expressing a style as a set of procedures specifying the relations between attributes and information: The user ``programs'' a style sheet that can be used to render several different 3D scenes or several images from an animated sequence. This approach is the first one to offer both flexible control over the style of the rendering and a reusable formulation of that style., Cette thèse s'intéresse à la génération d'illustrations "non-photoréalistes" (imitant par exemple des dessins ou des peintures) à partir de scènes 3D. L'abstraction ou la stylisation apportent à ce type de rendu des qualités communicatives, esthétiques et expressives qui le distinguent de la synthèse d'images classique. Les objectifs sont, d'une part, de fournir à l'utilisateur un contrôle flexible sur le style du rendu non-photoréaliste et, d'autre part, de proposer une formulation du style qui en permette la réutilisation pour le rendu de différentes scènes 3D. Nous avons choisi d'adopter une approche programmable qui s'appuie sur le postulat selon lequel les attributs de style (couleur, épaisseur, ...) sont choisis en fonction d'informations génériques de la scène (nature des lignes, discontinuité en profondeur, ...), et s'inspire des approches procédurales (telles que Pixar Renderman). L'idée consiste à exprimer un style comme un ensemble de procédures spécifiant les relations attributs/informations : l'utilisateur "programme" une feuille de style qui peut ensuite être utilisée pour le rendu de plusieurs scènes 3D différentes ou de plusieurs images d'une séquence animée. Cette approche est la première à offrir à la fois un contrôle flexible sur le style du rendu et une formulation réutilisable de ce style.

Augmented Reality (AR) can be defined as the mixing of the real world and the virtual world. This thesis explores the application of AR under a collaborative context for 3D tasks (architecture, chemistry,virtual prototyping, etc.). We focus on the meeting aspect, where peoples around a table can act simultaneou-sly on virtual elements in a shared space. Study and analysis of the requirements lead us to the development of a new software platform named MARE (Multiuser Augmented Reality Environment). This provided the infrastructure to experiment, study and develop a framework for AR. This work makes several contributions: 1. Defines a new software and hardware architecture that is modular, extensible, ergonomic, and reacts in real-time. 2. Implements novel and intuitive calibration methods for registering the virtual world to the real world. Techniques are based on a user-guided approach. 3. Demonstrates different interaction metaphors for manipulating virtual objects with a dimensional decomposition dependent of the task. We also propose a new high-level hybrid user interface for AR 3D tabletop situation (virtual documents). 4. Describes a new kind of hybrid interaction between real and virtual objects, with an interactive virtual painting prototype on real objects. 5. Using of CSCW results and his implement on 3D AR. It conduct us to introduce several groupware principles like data protection, user helping or activity coordination. Moreover, experiments with our system and numerous evaluations give us the opportunity to demonstrate the practicality of this approach. Finally, this work provides and defines a minimum set of components and requirements for realizing efficiently a 3D Augmented Reality Environment on table., La Réalité Augmentee (RA) peut être définie comme le mélange du monde réel et du monde virtuel. Basée sur ce concept, cette thèse s'intéresse à l'application de la RA dans un cadre de collaboration pour des tâches 3D. Nous nous sommes plus particulièrement concentrés sur le concept de réunion autour d'une table dans lequel plusieurs personnes peuvent manipuler simultanément des éléments virtuels 3D dans un espace partagé. L´etude et l'analyse des besoins a permis de mettre en place un environnement nommé MARE (Multiuser Augmented Reality Environment) qui fournit un cadre d´etude, d'expérimentations et de développement d'applications de RA collaboratives 3D. Ce travail a dégagé un certain nombre de contributions : 1. la définition d'une architecture logicielle et une nouvelle plate-forme matèrielle hétérogène offrant un intérêt particulier de modularité, d'extensibilité, d'ergonomie et de temps réel ; 2. de nouvelles techniques de calibrage statique simples et intuitives pour l'alignement réel/virtuel basées sur une approche guidée par l'utilisateur ; 3. différentes métaphores d'interactions pour la manipulation d'objets virtuels avec une décomposition dimensionnelles des tâches applicatives, mais aussi avec un nouveau concept d'interface hybride haut niveau (documents virtuels) ; 4.un nouveau type d'interaction hybride entre éléments réels et virtuels, avec un prototype de peinture virtuelle interactive sur des objets réels ; 5.l'utilisation des travaux liés au collaboratif dans un cadre de RA 3D, en proposant ainsi différentes méthodes pour la protection des données mais aussi l'assistance utilisateur ou la coordination des actions. En complément, des expérimentations avec notre système et de nombreuses évaluations nous ont servi à montrer l'intérêt de cette approche. Finalement, ce travail permet de définir une première base de critères nécessaires pour une mise en oeuvre efficace d'environnement de réalité augmentée collaboratif 3D sur table.

This dissertation focuses on the creation of the information used in Computer Graphics. We especially concentrate on the data needed to render images. We do not ask the user to work directly on the object modeling but we rely on her to provide one or several images of the targeted object. These pictures are then automatically analyzed to extract the sought data. From this approach, we expect data more faithful to the original object and a shorter creation time for the user. Our work is centered on three case studies that have useful applications. We first recover the surface of a matte object from a short image sequence whose viewpoint is moving. We then show how the appearance of a human face is retrieved from a single image and how the extracted data are used to render the original face under a new lighting environment. We end with a technique to capture the hair geometry using multiple images from a fixed viewpoint and a moving light. We introduce several theoretical and technical contributions that enhance both precision and robustness of the capture. Results are provided to illustrate these improvements., Le sujet de cette thèse porte sur la création des données utilisées en informatique graphique pour synthétiser des images. On ne demande pas à l'utilisateur de modéliser l'objet souhaité mais plutôt d'en fournir une ou plusieurs photographies. Ces images sont automatiquement analysées pour en extraire l'information recherchée. On attend de cette approche des données plus fidèles à l'original et un temps de création plus court pour l'utilisateur. Nos travaux sont centrés sur trois cas d'études qui mènent à des applications utiles. Tout d'abord, nous reconstruisons la surface d'un objet matte à partir d'une séquence d'images dont le point de vue se déplace. Nous capturons ensuite l'apparence d'un visage à partir d'une seule image et montrons comment les données récupérées sont utilisées pour synthétiser ce visage sous un nouvel éclairage. Nous terminons avec la capture de la géométrie d'une chevelure à partir de plusieurs images prises avec une caméra fixe et une lumière qui se déplace. Nous introduisons plusieurs contributions théoriques et techniques qui améliorent aussi bien la précision que la robustesse de la capture. Des résultats illustrent ces améliorations.

National audience; no abstract

This paper deals with HYEMALIS, a software developed by NOVELTIS in collaboration with INRIA to simulate complex three-dimensional landscapes and remote sensing images in the solar spectrum. HYEMALIS is composed of several modules : radiative transfer computation with a radiosity algorithm, atmospheric interaction model coupling, airborne or space borne sensor simulation. This software can be used to lead various applications relating to urban landscape observation like helping in mission design, testing image processing algorithms, simulating directional reflectance databases., Cet article présente HYEMALIS, un atelier logiciel développé par NOVELTIS en collaboration avec l'INRIA permettant de simuler des paysages tridimensionnels complexes et des images de télédétection dans le domaine spectral solaire. HYEMALIS est composé de plusieurs modules : calcul du transfert radiatif par un algorithme de radiosité, couplage avec un modèle d'interaction atmosphérique, simulation du capteur aéroporté ou orbital. Cet outil permet de conduire de nombreuses applications en relation avec l'observation des milieux urbains : aide à la définition de missions, test d'algorithmes de traitement d'images, simulation de bases de données de réflectances directionnelles.

We show how the graph flow technique can be used to solve some complex optimization problems. This technique is used here to acquire 3D information using several points of view. We show how – with an adapted graph – it is possible to minimize a category of energies which can reach more precise results than the usual disparity maps. This novel approach also takes object discontinuities into account. The results obtained with the method are exposed., On se propose de montrer comment on peut appliquer la technique de "flot de graphe" pour résoudre certains problèmes complexes d'optimisation. Cette technique est utilisée pour l'acquisition d'informations 3D à partir de plusieurs points de vue. On montre notamment comment -- grâce à un graphe particuliers -- il est possible de minimiser une famille d'énergies qui permettent d'atteindre des résultats plus précis que les cartes de disparité obtenues jusqu'à présent sur ce type de problème. Cette nouvelle approche offre aussi la possibilité de prendre en compte les discontinuités des objets avec lesquels on souhaite travailler. Les résultats ainsi obtenus sont exposés.

National audience; La Réalité Augmentée (RA) est généralement définie comme une branche dérivée de la Réalité Virtuelle. D'une façon plus générale, le concept de réalité augmentée regroupe une approche multidisciplinaire visant un mélange entre réel et virtuel. La forte potentialité induite par cette connexion promet un cadre adéquat pour l'interaction 3D ou les applications collaboratives. On présente dans cet article un tour d'horizon des principaux travaux menés à ce jour dans le cadre de l'image et de la RA et plus particulièrement le cadre collaboratif.