De l'acquisition à la compression des objets 3D

Nous vous rappelons que, afin de garantir l'accès de tous les inscrits aux salles de réunion, l'inscription aux réunions est gratuite mais obligatoire.

Inscriptions closes à cette réunion.

Inscriptions

12 personnes membres du GdR ISIS, et 6 personnes non membres du GdR, sont inscrits à cette réunion.
Capacité de la salle : 25 personnes.

Annonce

AC3D’15 - De l'Acquisition à la Compression des objets 3D", édition 2015

Réunion organisée dans le cadre de l'Action 3D du Thème D, en collaboration avec le GDR IG-RV, l'AFIG, ainsi que les laboratoires I3S et Le2i.

Date : Mardi 26 au jeudi 28 mai 2015
Lieu : Furiani (Corse), Etablissement la Marana.

I. Programme : 

L’objectif du colloque est de mettre en avant des travaux en cours sur les éléments qui composent la chaîne de numérisation d’objets 3D, mais également de faire émerger de futurs axes de recherche dans les domaines de l’acquisition, de la modélisation, de l'analyse, et du traitement de la géométrie 3D pour le stockage, la manipulation, la visualisation etc.

3 tutoriaux présentés par des conférenciers invités sont prévus : voir plus bas.

Une douzaine d’exposés couvrant les différentes thématiques est aussi prévue. Vous pouvez d’ores et déjà proposer votre exposé en  envoyant nom, titre, et résumé de quelques lignes à l’adresse suivante : fpayan@i3s.unice.fr.

Planning

• Arrivée : mardi 26 mai sur le lieu de la réunion ;
• Exposés et tutoriaux : mercredi 27 & jeudi 28 mai
• Retour : jeudi 28 mai en début d'après-midi.

II. Organisation

Grâce au soutien financier des GDR ISIS et IG-RV, et des Laboratoires I3S et Le2i, nous pouvons prendre en charge transports et hébergements d’un certain de nombre de participants. Au-delà, vous pourrez participer à cette réunion, mais sur fonds propres. Nous avons obtenu des tarifs préférentiels auprès du site d’hébergement, n’hésitez donc pas à me contacter rapidement pour en savoir plus.

Pour participer :

1. Préinscription : Site de préinscription.
2. Hébergement : prise en charge de l'hébergement, limitée à deux personnes par labo (un permanent et un non permanent, dans la limite des places disponibles). L’hébergement est géré via le site ci-dessus.
   Au-delà du nombre d'hébergements pris en charge, vous pourrez toutefois participer à cette réunion, mais sur fonds propres. Nous avons obtenu des tarifs préférentiels auprès du site d’hébergement, n’hésitez donc pas à me contacter rapidement pour en savoir plus.
3. Transport : prise en charge des transports, limitée à deux personnes par labo en passant par le GDR ISIS (procédure habituelle ISIS, dans la limite des places disponibles) via cette page.
   Itinéraire conseillé :
   
   • en Ferry (depuis Toulon ou Nice) ou
   • en avion (vers aéroport de Bastia).
   Des navettes gratuites seront mises à disposition à l’aller.

Pour tout renseignement : fpayan@i3s.unice.fr.

Les organisateurs : Frédéric Payan, Basile Sauvage, Olivier Aubreton, Florent Dupont, Mohamed Daoudi

Programme

Les Tutoriaux :

• De l’acquisition à la compression dans les géosciences : modélisation géométrique du sous-sol, par Sébastien Schneider (IFPEN)
  
  Depuis les capteurs permettant de réaliser une échographie du sous-sol jusqu’au modèle géométrique détaillé permettant de simuler l’écoulement des huiles, eaux et gaz dans des milieux poreux, la construction d’un modèle géologique du sous-sol met en jeux un grand nombre de métiers et de grand volumes de données hétérogènes. Depuis plusieurs décennies, IFP Energies nouvelles développe des logiciels pour la caractérisation des bassins et des réservoirs pétroliers. Ces logiciels participent à repousser les limites actuelles de l’exploration et de la production des hydrocarbures. L’idée de ce tutorial est de dresser un panorama des étapes et des techniques utilisées pour construire des modèles géométriques du sous-sol et pour les visualiser. Je terminerais par une présentation des travaux en cours à IFPEN sur la compression de maillage structurés hexaédriques.

• Stéréophotométrie : du principe aux applications, par Jean Denis Durou (IRIT)
  
  Le shape-from-shading est une technique de reconstruction 3D photométrique très connue dans la communauté image, bien qu'elle constitue un problème mal posé. La stéréophotométrie est une extension du shape-from-shading utilisant plusieurs images d'une même scène vue sous le même angle, mais sous différents éclairages. Ce deuxième problème est bien posé dans le cas où les éclairages sont connus. Je décrirai les principales caractéristiques de la stéréophotométrie, en particulier le cas où les éclairages sont inconnus (stéréophotométrie "non calibrée"). Je présenterai ensuite plusieurs applications de cette technique au scannage 3D, qui ont été développées dans notre équipe ces dernières années.

• Numérisation et patrimoine culturel: acquisition de l'apparence en environnements non-contrôlés, par Frédéric Larue (Icube).
  
  De par la fragilité, la rareté ou l'inestimable valeur patrimoniale des pièces ou des sites mis en jeu, les domaines liés au patrimoine culturel légitiment pleinement l'usage de substituts numériques. Bien que la numérisation 3D soit une technologie mûre depuis plusieurs décennies, son application est longtemps restée principalement industrielle, avec des conditions d'acquisition contrôlées proches de celles rencontrées en laboratoire. La numérisation du patrimoine, à l'inverse, nécessite souvent un déploiement sur site dans un environnement très spécifique et peu contrôlable. C'est ainsi qu'au cours des années 90, le patrimoine culturel a grandement contribué à faire sortir la numérisation 3D de nos laboratoires par une simplification de la procédure d'acquisition, remplaçant certaines solutions matérielles (comme, par exemple, les dispositifs de tracking pour résoudre les problèmes de recalage) par des réponses algorithmiques.
  Outre la géométrie, on peut observer qu'une révolution similaire est en cours concernant l'acquisition de l'apparence. Ici aussi, le milieu culturel y contribue grandement, du fait de l'importance du réalisme visuel des copies numériques dans de tels domaines. Bien que la problématique soit difficile et le chemin encore long, on constate déjà l'émergence d'algorithmes qui rendent l'acquisition de cette information praticable dans des conditions arbitraires, n'impliquant pour ce faire rien d'autre que du matériel photographique du commerce.
  Après un bref rappel sur la chaîne complète de traitements en numérisation, cet exposé s'attachera plus particulièrement à décrire ce que l'on entend par apparence, pour ensuite présenter différents modèles permettant de la représenter, chacun offrant un certain compromis entre fidélité et simplicité d'acquisition. Le propos sera, par ailleurs, appuyé d'exemples concrets illustrant quelles peuvent être les contraintes d'une acquisition sur site. Enfin, une vision du devenir de la numérisation forme + apparence et de ses applications conclura la présentation.

• Cartes Combinatoires dans CGAL pour la description d'objets volumiques, par Guillaume Damiand (LIRIS). 
  
  Les objets 3D sont très souvent représentés au moyen de structures de données 2D décrivant leurs surfaces. Ces modèles sont limités car ils ne décrivent pas les relations topologiques entre les différents objets et de ce fait n'autorisent pas, où difficilement, des opérations concernant plusieurs objets. Les cartes combinatoires répondent à ces limitations en fournissant un cadre générique de description topologique d'objets en toute dimension. Dans cet exposé, je ferai une présentation des cartes combinatoires et de quelques opérations existantes. Je montrerai ensuite l'implémentation générique de ces cartes dans CGAL, une importante librairie de géométrie algorithmique. J'illustrerai l'intérêt de ces modèles et de cette librairie au sein de différentes applications de traitement d'objets 3D.
   

Les Exposés (en cours de finalisation) :

• Égouts de paris: De l'acquisition à la diffusion. Démonstration de la chaîne permettant la numérisation fine des sous-sols Parisiens jusqu'à la diffusion sur le web pour visualisation réaliste permettant la saisie d'information, par Alexandre Devaux (MATIS).
  
  Le laboratoire MATIS mène des recherches en mathématiques appliquées et en informatique principalement centrées sur l’imagerie pour la télédétection.
  ses compétences en photogrammétrie, modélisation et visualisation de données 3D ont été mises en application dans le cadre d'un prototype de visite virtuelle pro des égouts de paris. Les étapes principales que nous présenterons sont :
  - Système imageur
  - Mise en correspondance, calibration (micmac)
  - Triangulation 3D de Delaunay par optimisation globale. (segmentation intérieur(objets)/extérieur(vide))
  - Segmentation, optimisation du maillage pour diffusion
  - Rendu basé image (WebGL)
  - Interaction avec le modèle (triangles et nuage de point)
   

• Simplification of Meshes with Digitized Radiance, par Basile Sauvage (Icube)
  
  View-dependent surface color of virtual objects can be represented by outgoing radiance of the surface. In this paper we tackle the processing of outgoing radiance stored as a vertex attribute of triangle meshes. Data resulting from an acquisition process can be very large and computationally intensive to render. We show that when reducing the global memory footprint of such acquired objects, smartly reducing the spatial resolution is an effective strategy for overall appearance preservation. Whereas state-of-the-art simplification processes only consider scalar or vectorial attributes, we conversely consider radiance functions defined on the surface for which we derive a metric. For this purpose, several tools are introduced like coherent radiance function interpolation, gradient computation, and distance measurements. Both synthetic and acquired examples illustrate the benefit and the relevance of this radiance-aware simplification process.
   
• Insertion de haute capacité de façon sécurisée dans un maillage 3D, par Vincent Itier (Lirmm)
  
  
  Dans le cadre de l'insertion de données cachées de haute capacité dans les maillages 3D, un des objectifs est de développer une méthode sécurisée. C'est à dire qu'un attaquant potentiel, ne puisse pas accéder aux données insérés, ni aux paramètres secret. Nous proposons donc une méthode, qui permet une grande capacité d'insertion environ 12bits/sommets,  et qui ne produit que de faibles distorsions sur le maillage. Cette méthode repose sur une synchronisation des sommets par des sauts sur la surface qui sont générés de façon aléatoire. Notre méthode offre un compromis qui permet de réduire la capacité pour conserver un maillage de bonne qualité. Nous présenterons la méthode avec des exemples et les résultats et nos travaux en cours.
   
• Saillance visuelle multi-échelle des maillages 3D par patches locaux adaptatifs pour la sélection des points de vues optimaux, par Anass Nouri (GreyC)
  
  Notre attention visuelle est attirée par des régions spécifiques sur les objets 3D (pouvant être représentés par des maillages 3D). Celle-ci dépend fortement du degré de la saillance exposée par ces régions. Dans ce papier, nous proposons une nouvelle approche multi-échelle pour mesurer la saillance visuelle d'un objet 3D. Des descripteurs locaux sous forme de patches de taille adaptative remplis par un champ local des hauteurs de projections serviront à caractériser la surface des maillages. La saillance mono-échele d'un noeud du maillage est définie par son degré, calculé à partir des poids des arêtes représentant la similarité entre les patches, pondéré par sa courbure locale. La saillance multi-échelle quant à elle est défie par la moyenne des saillances mono-échelle pondérées par leur entropie respective. La contribution majeure de l'aspect multi-échelle est analysée et démontrée à travers plusieurs résultats. Notre approche est compétitive avec l'état de l'art et ses bénéfices sont constatés à travers une application pour la sélection des points de vues optimaux exposant les région saillantes pour l'observateur.

• TOPOBUILDING: Application des Cartes Combinatoires à la Modélisation Géométrique et Sémantique des Bâtiments, par Abdoulaye Diakité (Liris)
  
  Le projet baptisé TopoBuilding s’inscrit dans un cadre industriel, en collaboration avec le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) de Grenoble. L’objectif est de concevoir et développer les outils numériques permettant : (a) la construction automatique d’une carte combinatoire représentant le modèle d’un bâtiment dans son environnement immédiat, avec possibilité d’identifier l’ensemble des locaux, des éléments structuraux et composants, à partir de données de type Building Information Model (BIM) et Systèmes d’Information Géographiques (SIG) ; (b) l’extraction automatique, depuis la représentation topologique/géométrique unifiée, des représentations spécifiques aux différents domaines de simulation ; (c) de simplifier et/ou d’enrichir la représentation des bâtiments à différents niveaux de détail. À long terme, les travaux devraient s’inscrire dans l’ensemble des outils logiciels stratégiques développés au CSTB.
   
• Calibration extrinsèque automatique d'un capteur LIDAR mobile multi-couches, par Nouira Houssem (CAOR)
  
  Les systèmes LIDAR sont des outils de plus en plus répandus en cartographie mobile. Dans les évolutions récentes, on a vu apparaître l'utilisation de Lidars multi-couches qui permettent de délivrer une quantité d'information intéressante pour certaines applications demandant des hauts niveaux de détails. Une étape importante du processus d'acquisition de données est la calibration du capteur, primordiale pour bénéficier de la meilleure précision possible sur les données produites. Mais cette phase de calibration d'un système mobile de cartographie à Lidar multi-couches reste un domaine peu exploré de la littérature. Nous présentons une approche d'optimisation non supervisée de calibration extrinsèque d'un capteur LIDAR multi-couches, qui ne nécessite pas de cibles de calibration et ne dépend pas du nombre de couches, la rendant ainsi facilement exploitable en pratique. Une énergie est définie pour mesurer la distance des points scannés aux plans les plus proches, exploitant la planéarité locale de la scène acquise. Cette méthode améliore la qualité des nuages de points produits, et permet d'analyser la précision des paramètres de calibration obtenus. Grâce à un algorithme de résolution numérique optimisé, cette méthode est exploitable sur de grands nuages de points. Plusieurs exemples expérimentaux illustrent ces résultats.
   
• Caractérisation de la projection du squelette d'une surface canal 3D : Application à la reconstruction 3D à partir de deux images, par Bastien Durix (IRIT)
  
  Nous présentons dans cet article une nouvelle approche pour reconstruire un objet 3D à partir de deux images de celui-ci. L'originalité de notre approche vient du fait que nous n'estimons pas directement la surface de l'objet 3D mais son squelette. Ce travail s'appuie sur les deux contributions suivantes. Premièrement, nous décrivons la relation existant entre un squelette 3D et sa projection, orthographique ou perspective, sur un plan image. Ensuite, nous montrons comment retrouver le squelette 3D à partir de deux de ses projections. Contrairement aux méthodes de reconstruction 3D classiques qui génèrent un nuage de points sans maillage, cette approche a pour avantage de reconstruire aussi la topologie de l'objet, c'est-à-dire d'en retrouver un maillage sans traitement annexe. Nous traitons ici des objets représentables par un squelette 3D curviligne et nous supposons aussi que les points de vue sont calibrés.
   
• Compression de maillages hexahédriques massifs en géosciences, par Jean-Luc Peyrot (IFPEN/I3S)
  
  L'objectif des travaux présentés consiste à compresser des maillages hexahédriques denses issus d'acquisition de terrains géologiques, grâce à l'analyse multiéchelles en ondelettes. La technique proposée permet de générer différents niveaux de détails (résolutions) d'un maillage original, tout en préservant les caractéristiques topologiques d'une résolution à l'autre, telles que les failles géologiques. De plus, les propriétés physiques attachées à la géométrie (nature des roches, etc.) sont aussi compressées, en garantissant une cohérence dans la distribution des valeurs de propriétés dans les différentes résolutions.
   
• Visualisation de nuages de points multi-résolution au travers de cartes de profondeur, par Arnaud Bletterer (I3S/Cintoo3D)
  
  Dans le contexte de la visualisation de nuages de points massifs, notre travail s'intéresse à conserver l'ensemble des cartes de profondeur générées à l'acquisition par les scanners 3D, plutôt que de rassembler les données au sein d'un même ensemble de coordonnées 3D. De cette façon, il est possible d'utiliser des algorithmes de traitement des images afin de modifier les caractéristiques d'un nuage de points en s'appuyant sur la connectivité implicite des cartes de profondeur. Nous avons donc commencé à travailler sur une première application, au travers d'une transformée en ondelettes sur les cartes de profondeur qui nous permet d'obtenir une représentation multi-résolution d'un nuage de points.
   
• A 3D collaborative editor using WebGL and WebRTC, par Caroline Desprat (IRIT)
  
  In 3D collaborative environments, users needs interactivity and real-time updates. With web-based applications, such requirement implies that conventional client-server -alone- is no longer enough. To overcome this unmet need, we propose a hybrid client server peer-to-peer (P2P) communication model based on pluginless web standards enabling users to design collaboratively 3D scenes. The client part includes a WebGL editor to visualize and edit 3D scenes while the server side provides data and ensure persistence. Using the WebRTC protocol, a P2P mesh is generated to transmit directly the updates through a scenes working group. The feasibility of our approach is demonstrated with a web-based prototype submitted to a qualitative evaluation highlighting the usage of WebRTC for direct 3D data transmission with low latency and high throughput, and WebGL for 3D rendering.
   
• Numérisation et contrôle 3D par approche Infrarouge, par Olivier Aubreton (Le2i)
  
  Les applications de l'imagerie infrarouge sont bien connus : mesure de température sans contact, diagnostiques thermiques, contrôle industriel… Mais le domaine IR présente également certains intérêts en matière de numérisation tridimensionnelle. Alors que les approches classiques de scanning 3D (stéréovision, triangulation actives, shape from x….) se basent souvent sur l'étude et l'analyse d'une réflexion lumineuse sur une surface, force est de constater que le rayonnement émis par l'objet lui même est rarement pris en compte. Ce rayonnement est parfaitement perceptible dans le domine infrarouge. A travers cet exposé, nous aborderons les avantages de l'approche IR en matière de numérisation de surface, mais aussi pour ce qui relève de la mesure d'épaisseur et de contrôle interne de matériaux.
   

Résumés des contributions

 Les présentations sont disponibles sur le site dédié à la manifestation :  www.i3s.unice.fr/~fpayan/gdr-isis.php.