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AC3D'13
De l'acquisition à la compression des objets 3D - Edition 2013

Journées GDR ISIS - Thème D - Action 3D
22 au 24 Mai 2013


Logos

Objectifs

Ces journées sont organisées dans le cadre de l’Action 3D du thème D (Télécommunications : compression, transmission, protection) du GDR ISIS, en partenariat avec le GDR IG.

Autres Editions : Edition 2015 - Edition 2014 - Edition 2011 - Edition 2010.

L’objectif est de présenter des travaux en cours sur toutes les techniques qui composent la chaîne «classique» de numérisation d’objets 3D, et également de faire émerger de futurs axes de recherche. Le programme scientifique couvrira 4 grandes thématiques : Cette réunion se déroulera 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.

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Programme final

Tutoriaux

Passez la souris sur le tire pour voir le résumé.

TUTORIAL 1 Concept et mise en œuvre de la réalité augmentée en cœliochirurgie gynécologiqueRésumé : La réalité augmentée consiste à ajouter un contenu virtuel à des images réelles. Ce concept s’adapte très naturellement à la chirurgie endoscopique, dont un des principes fondamentaux est que le chirurgien observe l’intérieur du corps du patient grâce à une fibre optique connectée à une caméra. Je présenterai ici certaines limites actuelles de la cœliochirurgie gynécologique, et des solutions conceptuelles envisagées grâce à la réalité augmentée. Je décrirai ensuite des techniques de vision par ordinateur –recalage d’image et reconstruction 3D déformable– qui pourraient permettre de mettre en œuvre ces solutions.
par Adrien Bartoli (ISIT, PU, Clermont-Ferrand) .
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TUTORIAL 2 Localisation et cartographie visuelle dense en temps-réelRésumé : Cet exposé vise à introduire les notions fondamentales de localisation et cartographie par vision en temps réel (SLAM visuel). Après avoir introduit le domaine scientifique et les applications potentielles, je présenterai un modèle générique pour la localisation et la cartographie visuelles en temps réel, puis je montrerai comment modéliser l'acquisition des images pour reconstruire une représentation dense de l’environnement 3D. Nous étudierons aussi les nouveaux capteurs RGB-D (multi-caméras, hybride) et comment définir une représentation générique qui contenant des informations denses, locales/globales, métriques, photo-métriques, typologiques et sémantiques. Dans un deuxième temps, je présenterai certaines techniques existantes pour assurer une représentation compacte et accessible en temps constant ou réel. Pour réaliser la localisation et cartographie en temps-réel, je présenterai une technique d'estimation non-linéaire robuste par méthode directe et dense, et je montrerai comment ces modèles 3D peuvent être utilisés pour estimer une odométrie visuelle dans des environnements dynamiques. Ensuite, je montrerai tout particulièrement comment il est possible de prend en compte des variations d'éclairage et d'objets en mouvement pour améliorer la localisation/cartographie. Pour finir, une démonstration de navigation autonomes de systèmes robotisés dans des environnements à grande échelle (complexes, évolutifs, totalement ou partiellement inconnus) exploitant ces cartographies 3D sera effectué.
par Andrew Comport (I3S, CR CNRS, Nice).
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TUTORIAL 3 Facteurs perceptuels et métriques de qualité pour les maillages statiques et dynamiques et applications à la compressionRésumé : Quel que soit le domaine d'application, les objets 3D sont généralement soumis à toute une gamme de traitements géométriques tels que simplification, remaillage ou encore compression qui introduisent des distorsions pouvant altérer la qualité visuelle du contenu 3D. Or, cette qualité visuelle est bien souvent essentielle puisque le consommateur final des données est dans la plupart du temps un observateur humain. Malheureusement, la plupart des ces algorithmes de traitement sont pilotés et évalués par des mesures géométriques simples telles que la distance de Hausdorff ou l'erreur quadratique moyenne (RMS), qui ne sont pas corrélées avec la vision humaine. Ainsi des métriques de qualité perceptuelle ont été introduites, qui ont pour objectif de mieux prédire la distorsion visuelle perçue. Dans ce tutoriel, je présenterais les métriques de qualité existantes pour les maillages statiques et dynamiques. J'effectuerais ensuite une comparaison objective de leurs performances, c'est à dire leur corrélation avec le jugement humain, sur la base de plusieurs expérimentations subjectives. Je décrirais également les principaux concepts de la perception à prendre en compte lors du design de telles métriques. Enfin, je montrerais comment ces facteurs perceptuels et métriques de qualité peuvent être mis en œuvre au sein d'algorithmes de compression.
par Guillaume Lavoué (LIRIS, MCF, Lyon).
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TUTORIAL 4 Chaine d'acquisition 3D en paléo-anthropologieRésumé : La paléontologie humaine ou paléo-anthropologie est la science qui a pour but d'étudier l'évolution de l'espèce humaine à travers l'étude des fossiles. Il s'agit d'une science au carrefour de nombreuses disciplines (géologie, anatomie, biochimie, physique, botanique, ethnologie, etc.) et qui nécessite de synthétiser les données provenant des fossiles et du site de fouilles. En comparant toutes ces données avec celles obtenues lors d'autres découvertes, il devient possible de replacer le fossile dans le schéma de l'Evolution humaine et d'en étudier les mécanismes. Cependant, le traitement et la synthèse des données restent actuellement incomplets car beaucoup d'entre elles ne sont pas numérisées et les traitements ne s'effectuent la plupart du temps qu'en 2D. Il existe donc un grand besoin de modélisation 3D. En particulier, nous pouvons citer :
  • acquisition et modélisation 3D du site de fouilles
  • acquisition et modélisation 3D des fossiles : comment obtenir une reconstruction précise du fossile à partir d'une image 3D ; comment segmenter des régions d'intérêt ; comment extraire automatiquement des repères anatomiques ; comment trouver les relations de correspondance entre des fossiles différents ; comment les représenter dans l'espace et les analyser ?
  • intégration des modélisations 3D du site de fouilles et du fossile : comment les visualiser ensemble : comment étudier leurs interactions ?

par Gérard Subsol (LIRMM, CR CNRS Montpellier).
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Liste des exposés/démos

Passez la souris sur le tire pour voir le résumé.

Exposé n°1 Photometric stereo surface reconstruction without prior information about lighting conditionsRésumé : A venir.
Par Khrystyna Kyrgyzov (CEA, Gif-sur-Yvette).
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Exposé n°2 Approche Panoramique 4D pour la Fusion Image-Laser en Modélisation 3D d’Environnements ComplexesRésumé : La numérisation exhaustive et photo-réaliste d’environnements complexes représente aujourd’hui un grand défi d’une part du besoin d’automatisation des processus d’acquisition et de traitement qui sont encore quasiment manuels et d’autre part en raison de la difficulté de vérifier insitu la complétude du modèle obtenu. Les travaux de recherche s’intéressent à l’automatisation du processus de modélisation 3D des environnements complexes, en particulier non-structurés qui sont plus difficiles à traiter avec les outils existant dans la littérature. Dans cette présentation nous proposons à la fois des méthodologies d’acquisition automatique des données et des d’algorithmes dédiés aux traitements des données in-situ afin d’assurer la bonne numérisation du site. Comme contexte applicatif, nous nous intéressons aux grottes ornées préhistoriques qui sont des environnements particulièrement difficiles. Nous proposons un système de numérisation par vision photogrammétrique et lasergrammétrique basé sur l'acquisition d'un réseau de panoramiques 4D (RGB-profondeur). Dans cette présentation nous passons en revue le système de modélisation mis en oeuvre avec les parties intégrantes (recalage image, recalage laser et recalage image-laser) en mettant l’accent sur la génération des panoramiques 4D et leur maillage. Les mosaiques 4D offrent une représentation compacte des données et servent au guidage in-situ de l’acquisition.
Par Daniela Craciun (CAOR, Paris).
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Exposé n°3 Reconstruction et localisation dense temps-réel avec un capteur RGB-D Résumé : Cette démonstration présentera un algorithme de localisation et reconstruction 3D dense sur GPU. Un capteur de type Kinect est utilisé pour reconstruire un graphe d'images RGB-D en temps-réel. Ce graphe permet de synthétiser une image de référence virtuelle, avec laquelle il est possible d'aligner l'image courante du capteur et ainsi obtenir une pose précise de la caméra. Le méthode d'alignement utilisée minimise simultanément une erreur photométrique et une erreur géométrique entre les deux images, permettant une localisation très robuste du capteur. Finalement le modèle reconstruit pourra être utilisé pour une application de réalité augmentée photo-réaliste.
Par Maxime Meilland (I3S, Sophia Antipolis).

Exposé n°4 Échantillonnage de maillages surfaciques basé sur la distribution en disques de Poisson et préservant les caractéristiques géométriquesRésumé : Nous proposons une méthode originale d'échantillonnage pour maillages surfaciques triangulaires, basée sur la distribution en disques de Poisson. Notre méthode s'appuie sur la technique de lancer de fléchettes (ou dart throwing en anglais). Contrairement à d'autres méthodes, notre algorithme exploite les distances géodésiques et réalise l'échantillonnage directement sur la surface des maillages. Afin de réduire la complexité naturelle de ce type d'approches, nous avons implémenté un calcul des géodésiques basé sur l'algorithme de Dijkstra. De plus, visant principalement le traitement de maillages issus de la CAO, notre méthode intègre une étape de segmentation qui permet de détecter les arêtes saillantes, afin de les préserver durant l'échantillonnage. Notre algorithme est simple à implémenter, et les résultats expérimentaux montrent que notre méthode produit des nuages de points qui satisfont les caractéristiques de bruit bleu, permettant d'éviter le repliement spectral, tout en préservant efficacement les caractéristiques géométriques des maillages d'entrée.
Par Jean-Luc Peyrot (I3S, Sophia Antipolis).
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Exposé n°5 Construction d'un chemin hamiltonien unique et robuste descripteur d'un maillageRésumé : La protection de modèles 3D est essentiellement effectuée par tatouage, cette méthode a l'avantage d'être indissociable de l'objet en lui même. Par ailleurs, la protection des modèles 3D par tatouage demande une méthode fiable, rapide et robuste de synchronisation des données cachées. Nous avons développé une méthode de synchronisation respectant ces qualités, à partir du principe de décimation par clustering. Notre méthode de clustering utilise le découpage du volume englobant du modèle 3D dans le but d'avoir des clusters identiques et uniformément distribués. De cette façon, des clusters semblables apparaîtront sur un modèle 3D attaqué. Après cette phase, notre approche se base sur une construction itérative d'un chemin hamiltonien sur les centroïds des clusters. A chaque étape, pour éviter toute ambiguïté dans le choix du point suivant, notre algorithme peut effectuer un changement d'échelle au niveau des clusters, en fusionnant certains et en divisant d'autres. Cette construction permet de créer rapidement un chemin hamiltonien robuste qui décrit un modèle 3D de façon unique. Nous décrirons aussi nos protocoles de tests et nous montrerons nos résultats sur des exemples.
Par Vincent Itier (LIRMM, Montpellier).
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Exposé n°6 Ajustement robuste de champs de lumière surfaciques depuis un échantillonnage photographique de faible qualité Résumé : L'utilisation de fonctions paramétriques pour représenter des couleurs est courante dans le domaine de la visualisation et du ré-éclairage basé image. Elles permettent de représenter la couleur d'un point en fonction d'un paramètre directionnel~: la direction de vue ou celle de l'éclairage. La création de telles fonctions à partir de données numérisées est un problème complexe sachant qu'une campagne intensive d'acquisition résultant en un échantillonnage dense et uniforme n'est pas toujours possible. À contrario, une acquisition simple résultera en un échantillonnage non dense, éparpillé et bruité. L'ajustement de fonctions se fait alors difficilement sans introduire d'artefacts visuels. Dans ce contexte, nous proposons deux contributions. Tout d'abord, nous présentons une méthode basée sur les moindres carrés et qui permet d'ajuster de façon robuste des fonctions paramétriques 2D représentant des couleurs sur des données non denses et éparpillés. Cette méthode fonctionne pour toute quantité et pour tout type de distribution des échantillons. Toute fonction paramétrique composé d'une combinaison linéaire de fonctions de base peut être considérée. Nous avons testé cette méthode sur des applications de visualisation (données de champs de lumière) et de ré-éclairage en utilisant des polynômes et des harmoniques sphériques. La seconde contribution est une analyse statistique permettant de mesurer la robustesse de toute méthode d'ajustement de fonctions. Cette mesure met en avant un compromis entre précision de l'ajustement et stabilité par rapport aux conditions d'échantillonnage. Cette analyse ainsi que les résultats visuels confirment que notre méthode d'ajustement est robuste et réduit les artefacts de reconstruction lorsqu'un échantillonnage de faible qualité est considéré, tout en réduisant peu la précision pour les échantillonnages denses et uniformes.
Par Kenneth Vanhoey (Icube, Strasbourg).
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Exposé n°7 Indexation et recherche d'actions humaines 3D basées sur l'analyse des courbes surfaciques. Résumé : Les développements technologiques récents des outils d'acquisition ou de reconstruction de vidéo 3D du corps humain en mouvement rendent possible la création et le stockage de modèles tridimensionnels dynamique à grande échelle. Avec l'augmentation de ces bases de vidéo 3D, il existe peu de méthodes capables d'organiser, de classer, et d'indexer ces séquences. Dans ce travail, le problème de l'indexation et de la recherche par le contenu de mouvement similaires dans des bases de vidéos 3D est traité. On représente une action humaine par une séquence temporelle de poses chacune caractérisée par un descripteur extrait sur la surface du corps humain associée. L'extraction de ce descripteur, nommé EHC (Extremal Human Curves), nécessite deux étapes. Tout d'abord, cinq extrémités sont détectées sur le corps. Ensuite, les courbes reliant ces extrémités sont extraites en suivant la géodésique sur la surface du corps pour former une collection de courbes ouvertes représentant la pose du corps à un instant donné. La forme de chacune de ces courbes est considérée comme un point de l'espace des formes de courbes ouvertes et, par conséquent, chaque action est caractérisée et modélisée comme une trajectoire sur cet espace. Enfin, pour comparer deux séquences représentées par leurs trajectoires nous utilisons la déformation temporelle dynamique (DTW) afin de les aligner en utilisant la métrique élastique sur l'espace des formes. Pour évaluer l'approche proposée, le pouvoir discriminant du descripteur et de la métrique utilisée sont évalués dans un premier temps. Ensuite, des résultats expérimentaux sont exposés sur la base i3dPost qui contient différentes actions réalisées par différents acteurs.
Par Rim Slama (LIFL, Lille).
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Exposé n°8 Identification automatisée des espèces d'arbres à partir des données laser terrestre TLS. Résumé : Depuis quelques années l'ONF s'intéresse à l'automatisation de l'inventaire forestier à partir des données TLiDAR et développe dans ce cadre un logiciel appelé "Computree". Un des paramètres de l'inventaire forestier souhaités dans Computree est l'identification automatique ou semi-automatique de l'espèce d'arbres à partir des données TLiDAR. Cette problématique a été très peu traitée dans la littérature et nous essayons dans le cadre de cette thèse d'apporter une première réponse qui nous l'espérons susciteront d'autres travaux de recherche dans ce domaine. Une première étude nous a montré que la structure de l'écorce des arbres est porteuse d'information sur l'espèce d'un arbre. Nous nous sommes donc focalisés sur l'analyse de la structure 3D ou texture 3D de l'écorce afin d'extraire les paramètres caractéristiques permettant d'identifier l'espèce d'un arbre. Dans la mesure où il y a relativement peu d'algorithmes de traitements de textures applicables à des nuages de points 3D et qu'il y ait beaucoup de travaux dans le domaine de l'analyse de texture 2D, nous avons décidé dans un premier temps de profiter des résultats du 2D et de l'appliquer à la 3D. Pour cela, nous devons transformer notre nuage de points 3D de l'écorce en une image 2D dont l'intensité représente l'information 3D appelée image de profondeur. Nous proposons donc une approche constituée de principalement quatre étapes: prétraitement du nuage de points (filtrage, triangulation et subdivision pour augmenter la résolution), transformation du nuage de points en une image de profondeur, application des algorithmes d'analyse de texture 2D afin d'extraire des caractéristiques pertinentes pour l'étape suivante qui est la classification en utilisant le technique de forêts aléatoires ("random forest"). Nous présenterons en détails les différentes étapes de notre approche lors de ces journées.
Par Ahlem Othmani (Le2i/Le Creusot).
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Exposé n°9 POMAR: un algorithme de compression progressive de maillages avec accès aléatoire Résumé : POMAR est un nouveau codec de compression progressive de maillages sans perte supportant l'accès aléatoire. Il permet de décompresser différentes régions du maillage initial à différents niveaux de détails. Sa particularité est qu'il génère une transition lisse, sans artefact ni triangle anisotrope, entre les régions décompressées à des niveaux de détails inégaux. De plus, il fournit des taux de compression compétitifs comparés aux autres méthodes de compression progressive sans perte qui permettent l'accès aléatoire.
par Adrien Maglo (ECP, Paris).
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Exposé n°10 Visualisation 3D de données SIG Résumé : L'utilisation de données géo-référencées est devenue de nos jours incontournable. On les retrouve dans des outils métiers par exemple dédiés à la gestion et prévention des risques, ou l'aide à la décision. Elles sont aussi présentes dans des applications grand-publics comme les globes virtuels ou les outils d'aides à la conduite. La donnée est devenue 3D et l'aspect temporel doit être pris en considération. Devant ce flux de données croissant, il devient alors important de favoriser les échanges entre les applications qui utilisent ce type de données, en particulier vers les applications de visualisation distantes. Cette présentation a pour objectif de donner un aperçu des travaux que nous menons dans le cadre de l'échange des données 3D dans le cas particulier de la visualisation de données SIG.
par Gilles Gesquière (LIRIS, Lyon).
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Lieu de la réunion

Itinéraire conseillé

  1. Train (TGV -> Toulon, puis RER -> Hyères les Palmiers) : http://www.voyages-sncf.com
  2. Bus depuis la gare d'Hyères les Palmiers, jusqu'à la Presqu'île de Giens (Arrêt Tour fondue) : http://reseaumistral.com/
  3. Bateau navette jusqu'à l'île : http://www.tlv-tvm.com/

Carte

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Comité d'organisation

Les Responsables de l'action 3D :