Journées GDR ISIS - Thème D - Action 3D "De l'acquisition à la compression des objets 3D : un état des lieux en 2010" 27&28 mai 2010

Objectifs

Cette réunion a été organisée dans le cadre de la nouvelle action « 3D » du Thème D (Télécommunications : compression, transmission, protection) du GDR ISIS : ICI.

Edition suivante : Edition 2011.

L’objectif est de faire un point sur les techniques actuelles qui composent la chaîne «classique» de numérisation d’objets 3D (depuis l’acquisition physique de l’objet, scanning, jusqu’à l’étape de compression, en passant par la génération du modèle numérique, maillage, etc.), et également de faire émerger des axes de recherche prometteurs.
Le programme scientifique couvre donc 4 grandes thématiques :

• Acquisition,
• Représentation & Maillage,
• Analyse & Traitement (segmentation, protection, etc.),
• Compression.

Cette réunion s'est déroulé à l'IGESA, sur l'île de Porquerolles (Rue de la douane), dans le Var. La carte se trouve en bas de cette page.

Contact : Frédéric PAYAN : fpayan@i3s.unice.fr

Organisateurs : Frédéric PAYAN (I3S), Mohamed DAOUDI (TELECOM Lille1/LIFL).

Programme

SESSION 1 : ACQUISITION - Jeudi 27 mai 2010 - Matin

TUTORIAL 1

Numérisation 3D : à chaque surface sa solution ? Résumé : La numérisation 3D a connu un essor important au cours des vingt dernières années. La reconstruction 3d par projection de motifs et triangulation est peut-être une des approches les plus connues et semble aujourd’hui bien maîtrisée. Pourtant la littérature rapporte un nombre très important de solutions différentes destinées à déterminer la topologie 3D de surfaces spéculaires (poli-miroir) ou transparentes. Finalement il apparaît que chaque état de surface semble nécessiter une technique de numérisation particulière. A travers cet exposé nous explorerons quelques unes de ces techniques, certaines spécifiques à un type de matériau, d’autres plus génériques. Enfin, alors que la plupart de ces approches exploitent la réflexion ou la transmission d’un rayonnement sur ou à travers l’objet à numériser, nous terminerons par une voie différente, dans laquelle c’est le rayonnement émis par le matériau qui permet de déterminer la géométrie 3D de l’objet. Nous verrons les avantages et les inconvénients de cette approche et quelles perspectives peuvent être envisagées. par Olivier AUBRETON (Le2i).

Exposé 1

Vers une automatisation de la production de modèles 3D par numérisation 3D Résumé : La numérisation 3D complète d'un objet est une tâche particulièrement fastidieuse dont le résultat dépend fortement de l'expérience de l'opérateur en fonction de la complexité de la pièce numérisée. Nous présentons des travaux d’automatisation du procédé basés sur deux principales stratégies de numérisation selon les informations disponibles sur l’objet : la planification de prise de vues hors-ligne à partir d’un modèle de référence (“Model Based Method”) ou en ligne sans aucune information à priori sur l’objet (“Non-Model Based Method”). Nous illustrerons notre propos en montrant une implantation des algorithmes de calcul de la meilleure position suivante (“Next-Best-View”) sur une cellule robotisée de numérisation 3D (Auteurs : R. SEULIN, S. KHALFAOUI, Y. FOUGEROLLE et D. FOFI (LE2I)). par Ralph SEULIN (LE2I).

Exposé 2

Détection de plans dans les nuages de points bruités générés à partir d’une plateforme mobile avec scanner laser Résumé : nous avons développé au CAOR une plateforme mobile d’acquisition appelée LARA-3D. C’est une voiture dotée de capteurs de localisation (GPS, centrale inertielle, odomètre), de capteurs télémétriques (scanners laser) et de capteurs photométriques (caméras). A partir de la localisation précise du véhicule, nous construisons un modèle de l’environnement traversé sous forme de nuage de points 3D. Ces nuages de points bruts contiennent plusieurs millions de points bruités et nécessitent des traitements caractéristiques pour générer des modèles 3D simplifiés de l'environnement. Pour cela, nous avons développé une méthode spécifique de détection de plans à partir de ces nuages de points bruts pour pouvoir ensuite simplifier le modèle à facettes au niveau des zones planes. Notre détection de plan est fondée sur un calcul amélioré des normales aux points puis une croissance de région par voxels permettant de traiter plusieurs millions de points. Nous avons appliqué notre méthode pour générer des modèles simplifiés d'environnement en urbain dans le cadre du projet TerraData et en routier dans le cadre du projet Divas. par Jean-Emmanuel DESCHAUD (CAOR).

Exposé 3

Visualisation 3D d'un système à particules issu des données d'un data center Résumé :ces travaux s’articulent autour de la visualisation 3D interactive. Ma problématique est de visualiser des grandes quantités de données issues de capteurs dans le but d'analyser et par la suite réduire la consommation d'énergie totale dans des data centers. Un moteur de visualisation a été développé afin de pouvoir comprendre, en temps réel, le comportement des capteurs. Ce moteur se base sur un système de particules qui remplit et représente l'espace d'une salle de calcul. Pour cela, nous utilisons les diagrammes de Voronoï et la triangulation de Delaunay afin de pondérer l'influence de chacune des particules en fonction de leur distance aux capteurs. La visualisation d'une salle en 3D avec un grand nombre de données issues des capteurs est possible grâce à cette solution. La contrainte principale de notre visualisation 3D est l'interactivité du système qui doit garantir un meilleur suivi de l'évolution des mesures prises par les capteurs. par Benoît LANGE (LIRMM).

Exposé 4

Démos de têtes de numérisation Kreon Résumé : - Présentation des capteurs KREON et du principe de la technologie « laser line probe » : projection d’un plan laser et visualisation de la trace par une caméra - Numérisation d’un objet : démonstration sur un cas concret et échanges sur les contraintes et les attentes liées à une numérisation - Deux cas d’applications : contrôle dimensionnel en milieu industriel et rétro conception par M. Dumortier (Eurotek).

SESSION 2 : COMPRESSION - Jeudi 27 mai 2010 - Après-midi

TUTORIAL 2

Solutions pour une production de contenu 3D stéréoscopique à destination des salles de cinéma Résumé : - Présentation d'une offre de production S3D (3D stéréoscopique) basé sur une triple approche tournage S3D, animation S3D, conversion 2D vers S3D (3DLIZED) - Approches d'une S3D de qualité - concepts, problèmes… (3DLIZED) - Présentation d'une chaîne de mastering S3D DCI-JPEG2000 destinée à fournir des fichiers interopérables pour les serveurs de d-cinema installés sur la planète (environ 16.000 à l'heure actuelle dont 12.500 lecteurs Doremi) par Patrick ZUCCHETTA (3Dlized / Doremi Techno).

Exposé 1

Compression et transmission adaptatives de maillages 3D Résumé : Cet exposé présente une méthode d’optimisation de la quantification des maillages surfaciques triangulaires, à partir d’une segmentation en régions connexes. L’algorithme proposé résulte de l’adaptation d’une méthode d’allocation binaire à un partitionnement des maillages triangulaires semi-réguliers en régions d’amplitudes fréquentielles variables (se traduisant par une rugosité plus ou moins marquée sur la surface du maillage). L’étape de segmentation considère comme critère d’homogénéité l’amplitude des coefficients d’ondelettes, obtenus par analyse multirésolution et caractérisant les hautes fréquences à chaque niveau de résolution du maillage. La méthode d’allocation binaire (elle aussi basée sur une décomposition en ondelettes), permet de quantifier plus finement (resp. grossièrement) les sous-bandes de coefficients de basse (resp. haute) résolution (grâce à l’analyse des statistiques des coefficients). L’objectif est d’optimiser la quantification de la géométrie de chaque région du maillage, en fonction des caractéristiques spatio-fréquentielles de ses sommets. Le but recherché étant de fournir de meilleurs taux de compression et/ou de rendre plus flexible la transmission du flux binaire sous-jacent. par Céline Roudet (Le2i).

Exposé 2

Présent et futur dans la normalisation de la compression 3D.Résumé : L’objectif de cet exposé est de faire un état des lieux sur les techniques adoptées récemment par le comité de standardisation MPEG pour la compression des contenus graphiques 3D et d’indiquer les directions futures. Les enjeux actuels de la démocratisation de la 3D en-ligne, conduisant à des applications à fort impact comme les jeux et les environnements virtuels, seront présentés afin de motiver et mobiliser la communauté scientifique française ayant des travaux innovants dans le domaine de la représentation et la compression 3D, de participer à ces activités de normalisation. par Marius PREDA (ARTEMIS / TELECOM Paris) et Khaled MAMOU.

SESSION 3 : ANALYSE & TRAITEMENT - Vendredi 28 mai 2010 - Matin

TUTORIAL 3

Géométrie Riemannienne pour l'Analyse des Surfaces : Cas des visages 3D Résumé : Ces cinquante dernières années ont vu le développement de plusieurs approches pour décrire les formes des surfaces. Nous pouvons citer les approches basées sur les landmarks, celles basées sur les moments, ou celles basées sur les axes ou surfaces médians. Cependant, il semble qu’aucune de ces méthodes ne s'est imposée, ni du point de vue conceptuel ni du point de vue calculatoire. Une nouvelle famille d’approches émerge, qui consiste à considérer l'espace des formes à comparer comme un objet géométrique à part entière qui s'apparente à une variété Riemannienne sur laquelle nous pourrons avoir recours aux outils "classiques" de la géométrie Riemannienne. L'étude théorique de ces espaces, le développement de nouveaux algorithmes et les méthodes statistiques font l'objet d'une activité de recherche croissante qui mobilise différentes communautés (mathématiques, signal et image et informatique). L'objectif de cet exposé est de montrer l'intérêt de cette approche pour décrire les formes des surfaces d'une manière générale. En particulier, nous montrerons son intérêt pour l'analyse des déformations faciales. par Mohamed DAOUDI (TELECOM Lille1/LIFL).

Exposé 1

Une comparaison des métriques perceptuelles existantes pour l'évaluation des traitements 3D Résumé : Avec les progrès technologiques dans les domaines de l’acquisition et de la visualisation, les objets 3D occupent un rôle grandissant dans de nombreux domaines industriels et scientifiques ; ainsi de nombreux traitements sont maintenant appliqués sur ces objets 3D, tels que le filtrage, la compression, le tatouage ou encore la simplification. Ces traitements conduisent généralement à une modification de l’apparence visuelle des objets 3D, des métriques ont donc été introduites afin de pouvoir correctement évaluer ou piloter ces traitements, l’objectif étant de contrôler ces distorsions introduites. Ces métriques vont de la simple distance géométrique (Hausdorff par exemple), jusqu’à des mesures perceptuelles beaucoup plus complexes qui ont pour objectif de refléter au mieux la différence visuelle perçue par un être humain. Cet exposé a pour objectif de présenter les différentes métriques existantes et d’en proposer une comparaison quantitative, dans le cadre de différents scénarii correspondants à différents mécanismes perceptuels et cognitifs. L’objectif de ce travail est double : 1) essayer de capturer précisément le comportement de ces métriques afin d’aider les chercheurs en perception à en proposer de meilleures et 2) fournir une comparaison exhaustive afin d’assister le chercheur en informatique graphique à choisir la métrique la mieux adaptée à son problème. par Guillaume LAVOUE (LIRIS).

Exposé 2

Indexation de modèles 3D par courbes et fonctions de croyanceRésumé : Les objets tridimensionnels sont de plus en plus présents dans les œuvres multimédia (jeux vidéo, visites virtuels, etc.) et l'Internet. Les collections de modèles 3D étant de plus en plus importantes, le besoin d'indexer ces modèles pour les retrouver facilement devient essentiel. Cette présentation portera donc sur l'indexation de modèles 3D en utilisant, d'une part, une description des modèles par parties significatives et des courbes, et, d'autre part, un modèle on-line s'appuyant sur des fonctions de croyances. Il sera montré que notre méthode est très adaptée à l'indexation de modèles 3D indépendamment de leurs poses. Des résultats expérimentaux ont été menés sur les bases SHREC'2007 et TOSCA et montrent ainsi la pertinence et les performances de notre approche. par Hedi TABIA (LAGIS/LIFL).

Exposé 3

Conditions sur le lien topologique pour la simplification de maillages avec sous-structures Résumé : Les applications de visualisation interactive bénéficient des techniques de simplification qui génèrent de maillages de petite taille à partir de maillages haute-résolution du domaine des données. Ces maillages contiennent souvent des sous-structures, imbriquées dans le maillage, et il est souhaitable lors de la simplification de préserver la topologie de ces sous-structures en plus de la topologie du domaine. Nous présenterons des conditions basées sur le lien topologique, qui permettent d'assurer qu'une contraction d'arête destinée à simplifier un maillage, ne modifiera pas la topologie du maillage et des sous-structures au sein de ce maillage. Une application répétée de la contraction d'arêtes à partir d'un complexe simplicial étendu permet de simplifier le maillage du domaine ainsi que les sous-structures. Une extension de la mesure d'erreur quadratique permet d'assurer une bonne approximation et une bonne qualité du maillage simplifié, ainsi que des sous-structures simplifiées. par G-P. BONNEAU (INRIA Rhône Alpes).

SESSION 4 : REPRESENTATION & MAILLAGE - Vendredi 28 mai 2010 - Après-midi

TUTORIAL 4

Reconstruction & Maillage Résumé : Dans la première partie de cet exposé je parlerai de reconstruction de surfaces en passant en revue des travaux récents sur les méthodes robustes à différents défauts de mesure comme l'échantillonnage non-uniforme, les données manquantes, le bruit, les données aberrantes. Je distinguerai notamment le cas où on dispose d'information additionnelle provenant des conditions d'acquisition (normales, position du capteur), du cas où les mesures sont brutes. Je mettrai en évidence la limite des méthodes qui requièrent d'orienter les données comme les normales avant de calculer une fonction implicite, puis je parlerai d'une alternative toute récente. Enfin, je mentionnerai la difficulté de traiter le cas des surfaces lisses par morceaux. Dans la seconde partie de l'exposé je parlerai de génération de maillages (surface, 3D) avec les paradigmes de raffinement, filtrage et optimisation de Delaunay. J'expliquerai comment le mailleur s'interface avec les données de manière abstraite via un oracle d'intersection ou d'évaluation d'une fonction implicite. Cette méthodologie générique permet d'envisager un oracle qui incorpore un opérateur local de reconstruction de variétés stratifiées. par Pierre ALLIEZ (INRIA Méditerranée).

Exposé 1

Remaillage semi-régulier adaptatif basé Voronoï Résumé : un nouvel algorithme de remaillage adaptatif sera présenté, permettant de transformer un maillage surfacique triangulaire irrégulier en semi-régulier. L’algorithme proposé est basé sur deux étapes, simplification puis raffinement, toutes les deux exploitant une partition de Voronoï. L’étape de simplification utilise une partition de Voronoï pour créer un maillage grossier ; l’étape de raffinement consiste à ajouter des cellules de Voronoï (par subdivision régulière) dans les régions de plus haute densité, puis d’utiliser l’algorithme de relaxation de Lloyd pour converger. Au-delà du schéma général de la méthode proposée, nous présenterons quelques résultats préliminaires dans le domaine de la compression, afin de mettre en évidence l’intérêt de notre méthode. par Aymen KAMMOUN (I3S).

Exposé 2

Régularisation de maillages triangulaires : une approche combinatoire utilisant le graph cut Résumé : Dans la communauté de la vision par ordinateur, les techniques graph cuts sont largement utilisées. Elles permettent de résoudre efficacement (temps + proche de l'optimum) des problèmes discrets d'optimisation énergétique qui peuvent s'exprimer comme une instance du problème du flux maximal/coupe minimale dans un graphe. Le remaillage ou la simplification de maillage peuvent être exprimés sous la forme d'une fonction objectif continue à minimiser. Récemment, des techniques d'optimisation continue-discrète ont été développées (e.g. fusionflow). Elles permettent de combiner itérativement des candidats discrets bien choisis de manière globale et les résultats obtenus sont très encourageants. Nous nous servons des techniques graph cuts pour l'optimisation de la position des sommets et aussi pour la détection des arêtes vives afin de les préserver pendant le processus de remaillage. Les résultats sont intéressants en termes de compromis erreur géométrique/qualité des éléments et se comparent favorablement à l'état de l'art. Comme applications directes de notre travail, il y a la régularisation de maillage (qui généralement s'opère après l'étape de remaillage) ou le remaillage avec un fort contrôle local des modifications. par Vincent VIDAL (LIRIS).

Lieu de la réunion