Journées GDR ISIS - Thème D - Action 3D "De l'acquisition à la compression des objets 3D - Edition 2011" 26&27 Avril 2011

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.

Edition précédente : 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 :

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

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.

Plus d'informations sur cette réunion sur le site du GDR ICI.

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

Responsables de l'action 3D : Frédéric PAYAN (I3S), Olivier AUBRETON (Le2i), Mohamed DAOUDI (TELECOM Lille1/LIFL), Florent DUPONT (LIRIS).

Programme

Le PDF du programme détaillé est disponible ICI.

Session 1 : Acquisition - Mardi 26 Avril 2011 - Matin

TUTORIAL 1

Imagerie 3D et applications en modélisation d’environnements et en Chirurgie Assistée par OrdinateurRésumé : Qu’ont en commun les techniques de modélisation d’environnements de grande taille et celles d’assistance robotisée au geste chirurgical ? Ces domaines applicatifs, en apparence éloignés, peuvent se rejoindre sur plusieurs points scientifiques et techniques. Différents travaux réalisés sur ces deux domaines depuis quelques années dans une approche volontairement multi-disciplinaire illustrent ce point de vue. Au cours de cette présentation, je montrerai quelques résultats obtenus en numérisation et modélisation 3D d’environnements industriels, urbains et routiers ; en implantologie dentaire assistée par ordinateur et en simulation virtuelle de chirurgie. Les travaux récents portent sur la numérisation d’environnements extérieurs par Système Mobile de Cartographie (Mobile Mapping Systems) ; des résultats obtenus en combinant scanner laser et caméra pour la création de modèles 3D photo-réalistes seront détaillés. Dans le domaine médical, une présentation sera faite des principes de la méthode HEML, une méthode innovante mise au point pour la déformation virtuelle réaliste de corps mous. par François Goulette (ParisTech / Mines).

Exposé 1

Vers une plateforme de numérisation pour la synthèse d'images et l'héritage culturelRésumé : De nombreuses technologies de numérisation existent à ce jour (scanners 3D), presque toutes basées sur le principe d’obtention d’une image télémétrique. Mais ces technologies se focalisent sur la capture de la géométrie, i.e. la forme de l’objet. La mesure d’un objet complet avec son information d’apparence nécessite à l'heure actuelle des manipulations manuelles, nombreuses et généralement fastidieuses, de la part d’un expert. Ceci implique, par acte de numérisation, des coûts importants et empêche également un passage à une échelle plus grande (la numérisation d’un nombre important d’objets en peu de temps). Des structures robotisées, par exemple basées sur des bras articulés, peuvent limiter les déplacements manuels, mais celles-ci restent très onéreuses et peu flexibles, et ne pallient qu’une partie des interventions manuelles de l’expert. Depuis quelques années déjà nous cherchons à développer des procédés de numérisation d'objets d'art de petite taille (centimétrique) qui permettent de limiter les interventions manuelles. Nous décrivons dans cet exposé la plateforme de numérisation et la chaîne de traitement que nous avons mise en oeuvre. Le principe consiste à utiliser un procédé de numérisation télémétrique basé sur la projection de franges, utilisant une technique de recalage automatisée. La chaîne de traitement inclut également le débruitage / filtrage, la reconstruction et la simplification de l'information géométrique et photométrique (champs de lumière surfacique) pour permettre une restitution fidèle sur écran de l'objet. par Jean-Michel Dischler (LSIIT).

Exposé 2

Numérisation 3D automatique et progressiveRésumé : Je présenterai deux méthodes pour la numérisation 3D d'objets sans connaissance a priori de leurs formes. La première méthode, nommée Bounding Box, est basée sur la détermination des points de vues à partir de la boîte englobante de l'objet déterminée à chaque étape du processus d'acquisition. La deuxième méthode, nommée OAC, est une combinaison de deux concepts: le Mass Vector Chains (MVC) pour définir l'orientation de la partie déjà acquise et la Matrice de Mesurabilité afin de déterminer le taux de couverture pour chaque point de vue. par Souhaiel Khalfaoui (Le2i).

Exposé 3

Une Approche Innovatrice dans les Systèmes de la lumière structuréeRésumé : Nous présentons un système intégré de numérisation 3D des visages en utilisant la technique de lumière structurée. Nous illuminons un visage par un motif original constitué de lignes horizontales colorées dont l’agencement des couleurs utilise la séquence De_Bruijn. La précision du modèle 3D dépend de la détermination exacte des centres des lignes projetées, nous proposons une technique innovante pour déterminer ces centres en utilisant un filtre de lissage Gaussien à large noyau appliqué à la composante V dans l'espace de couleur HSV. Un algorithme de connexion classique permet de relier les points isolés dans les lignes détectées. La seconde partie concerne l'attribution de la couleur aux lignes détectées, la détermination de la couleur des lignes est effectuée en deux étapes. Nous utilisons la composante H de l'espace colorimétrique HSV pour déterminer la couleur des ensembles faciles de pixels. Ensuite, nous appliquons un algorithme de croissance de région pour attribuer les couleurs pour les pixels restants. Chaque partie liée et colorée de la ligne est traitée individuellement et mis en correspondant à une ligne dans le motif projeté. Enfin, chaque point détecté est triangulé avec son correspondant dans le motif projeté pour générer le modèle en 3D. Une deuxième photo de la scène sans éclairage est obtenue et utilisée pour ajouter de la texture au modèle 3D reconstruite. Les résultats des expériences montrent une excellente résolution 3D avec cette technique. par Hussam Yousef (CReSTIC).

Exposé 4

Modélisation 3D d’objets par un capteur visuel déplacé par un opérateurRésumé : La société Noomeo est une jeune start-up innovante qui développe des systèmes de numérisation 3D. Basé sur une technologie sans contact de reconstruction 3D par Vision, le système OptiNum mis au point par la société à la particularité d'être déplacé à la main et ne demande pas d'équipement de la pièce ou de son environnement. Dans cette présentation, nous aborderons les problématiques de la reconstruction 3D par un capteur en mouvement, déplacé par un opérateur. Une démonstration du fonctionnement du système sera également présentée. par Ludovic Brèthes (Noomeo).

Session 2 : Modélisation & maillage - Mardi 26 Avril 2011 - Après-midi

TUTORIAL 2

Reconstruction, Simplification et Subdivision de SurfacesRésumé : Durant cette présentation, je rappellerai les principes de la reconstruction de surfaces 3D à partir d'ensembles de points non organisés, typiquement obtenus en sortie d'un processus d'acquisition 3D. Après avoir décrit plusieurs algorithmes de reconstruction de maillages surfaciques, je discuterai divers méthodes permettant d'en régler la précision, soit en les sous échantillonnant à l'aide d'algorithmes de simplification de maillage, soit en les sur échantillonnant à l'aide des opérateurs de raffinement des surfaces de subdivision. Je conclurai en abordant certains de mes travaux récents sur les méthodes rapides pour la reconstruction, la simplification et la subdivision de surfaces. par Tamy Boubekeur (ParisTech).

Exposé 1

Dense Global Matching of Non-Rigid 3D ShapesRésumé : Dense matching between non-rigid shapes is, in the general case, a two-step process where sparse correspondences are established and used for an initial global alignment, followed by a refinement step, commonly known as local registration. Among the several algorithms that have been proposed, most of them are based on detecting and matching low level geometric features. In this talk, we capitalize on the fact that part correspondences and dense registration are two closely related tasks that can be greatly improved when solved jointly by feeding information from one task to the other. We introduce a new method that uses analogies between semantically meaningful shape parts to solve the global dense matching problem. The proposed framework builds on the top of recent results in 3D shape segmentation and shape matching. It exploits the part-wise correspondences to constrain the search space for dense surface registration. This allows us to formulate the problem as a part-wise non-rigid local registration which can be easily solved with standard graph matching and non-rigid Iterative Closest Point methods. We then demonstrate that this framework can be used to improve the segmentation of non-rigid shapes through segmentation transfer. Our method is validated through a series of experiments demonstrating its accuracy and efficiency, particularly in challenging scenarios of large non-rigid deformations. par Hamid Laga (TELECOM Lille1/LIFL).

Exposé 2

Optimisation du schéma lifting basé Butterfly pour maillages semi-réguliersRésumé : nous proposons une optimisation du schéma lifting basé Butterfly pour les maillages semi-réguliers. Cette optimisation consiste à adapter les étapes de prédiction et de mise à jour à chaque niveau de résolution pour un maillage semi-régulier donné. Notre objectif est l'amélioration de l'analyse multirésolution en vue d'accroître les performances de compression des codeurs géométriques. Nous optimisons le schéma de prédiction P afin de minimiser la norme L1 des sous-bandes de coefficients d'ondelettes pour chaque résolution de façon indépendante. Nous modifions ensuite le schéma de mise à jour U afin de préserver la moyenne des sommets (moment d'ordre 0) d'une résolution à l'autre. Les résultats expérimentaux montrent que notre technique permet de réduire globalement l'entropie des sous-bandes de coefficients d'ondelettes, et par conséquent améliore les performances de compression du codeur progressif PGC. par Aymen Kammoun (I3S).

Exposé 3

Compression de flux multi-vuesRésumé : Cet exposé présente une alternative au standard de compression multivue actuel : H264/MVC. Notre méthode de compression, basée sur l'approche LDV (Layered-Depth Video), propose un nouveau procédé d'exploitation des redondances spatiales au sein d'une frame multivue qui tire partie de la géométrie de capture spécifique à l'auto-stéréoscopie. Notre approche est constituée de trois blocs de traitement distincts : tout d'abord, la phase d'estimation des disparités qui va calculer les n cartes de disparité à partir des n vues en entrée. Cette étape nous permet de réaliser une mise en correspondance globale des pixels, ainsi nous sommes capable durant la seconde phase, l'extraction des layers, d'extraire uniquement l'information non-redondante au sein de chaque vue (chromatique et de disparité). Enfin, les n layers RGB sont compressés à l'aide d'un algorithme basé DCT conventionnel tandis les layers de disparité (8 bits) sont compressés sans perte avec un algorithme de type PNG. Nous discuterons aussi des différentes déformations du signal engendrées par notre approche et des possibles solutions. par Benjamin Battin (CReSTIC).

Session 3 : Compression - Mercredi 27 Avril 2011 - Matin

TUTORIAL 3

Travaux émergents en compressionRésumé : La compression d'images n’est pas un domaine de recherche nouveau. Il existe déjà de nombreuses normes de compression telles que JPEG et JPEG-2000, et de vidéos telles que les familles MPEG-1,2 et H264. Cet état de fait présente un danger : penser que le problème de la compression est résolu et cesser toute activité dans ce domaine. Ce mouvement de pensée était déjà présent à la fin des années 80 et au début des années 90. Et pourtant depuis, nous avons vu apparaître les standards MPEG-1 et MPEG-2 puis H264, avec les succès commerciaux que nous leurs connaissons aujourd’hui. A présent, la plupart des applications exige une qualité d’image exemplaire. Mais une image de qualité est une image qui est lourde à stocker, et sachant que par exemple des données vidéo Ultra HD (de résolution 16 fois plus grande que la HDTV) comptent 60 images par seconde, que les maillages tridimensionnels peuvent être échantillonnés dans un intervalle compris entre quelques milliers de points à plus d’un milliard de points, on réalise rapidement le problème : d’une part le stockage va être coûteux et d’autre part le temps de transmission sera excessif. Une telle quantité de données constitue un réel défi à la fois technologique et scientifique et plusieurs verrous doivent encore être levés. Ainsi, le secteur de la haute définition, avec l'émergence de l'Ultra HD et de la 3-D au sein à la fois du cinéma numérique et dans le cadre de nos foyers n'est sans doute pas prêt de rencontrer ses limites. Dans cet exposé nous présenterons un bref état de l'art des techniques de compression dans le domaine des maillages surfaciques 3D. Nous nous intéresserons aux verrous scientifiques à lever et présenterons quelques solutions émergentes pour la 3D. De plus, dans le contexte général de la compression nous présenterons un nouveau paradigme de codage, dit bio-inspiré, en rupture avec l'existant. par Marc Antonini (I3S).

Exposé 1

Compression progressive avec accès aléatoire de maillages triangulaires et colorésRésumé : cet exposé vise à présenter un nouvel encodeur progressif de maillages supportant l'accès aléatoire. Notre approche a pour but de permettre la visualisation interactive de maillages volumineux en ne décompressant et en ne chargeant en mémoire que les données d'intérêt. La méthode d'accès aléatoire utilisée étend une précédente approche basée sur la segmentation du maillage initial en parties compactes de normales approximativement homogènes. Ces parties sont ensuite compressées de manière indépendante avec un encodeur progressif. Les frontières entre les parties sont traitées d'une manière indépendante afin de ne pas dupliquer les informations de géométrie des sommets concernés. La décompression peut se faire en fonction du point de vue choisi par l'utilisateur. Une opération postérieure permet de faire disparaître les fissures dans le maillage gênantes pour la visualisation. Les taux de compression présentés ainsi qu'une démonstration en direct permettront de juger des avantages et des inconvénients de l'approche proposée. par Adrien Maglo (ECP).

Exposé 2

Compression progressive et tatouage réversible conjoints pour les maillages 3DRésumé : Cet exposé présente une méthode de tatouage réversible conjoint avec la compression progressive de maillages triangulaires. La méthode de tatouage proposé est basé sur un décalage d'histogramme, qui insère une marque dans les maillages intermédiaires pour protéger les contenu pendant la transmission. L'insertion est réversible dans le sens ou le maillage original est reconstruit après l'extraction de la marque. Les résultats montrent que la méthode de tatouage proposée est robuste aux attaques géométriques tout en conservant un taux de compression compétitif. par Cagatay Dikici (LIRIS).

Exposé 3

Visualisation en temps réel de mailles 3D à plusieurs millions de polygonesRésumé : La demande d’affichage et de manipulation de maillages surfaciques complexes avec des résolutions de plus en plus fines (plusieurs millions de polygones) augmente régulièrement, alors que les capacités des bus et des réseaux évoluent plus lentement dû en particulier aux besoins de standardisation. Dans ce contexte, le goulot d’étranglement de la performance est donc aussi un problème de transmission des données : La compression devient donc un élément clé dans cette augmentation de performance recherchée. Dans cette démonstration nous montrerons une solution de visualisation de maillages surfaciques denses qui s'appuie sur la quantification vectorielle par réseaux réguliers de points et sur l'analyse multirésolution de données géométriques. L'algorithme proposé est hautement parallèle et s'appuie sur un décodage GPU des données comprimées au niveau de la carte graphique, juste avant le rendu. Cette solution permet l'affichage et la manipulation d'objets 3D contenant plusieurs millions de triangles dans des temps extrêmement courts. par Leonardo Fonteles (I3S).

Session 4 : Analyse & Traitement - Mercredi 27 Avril 2011 - Après-midi

TUTORIAL 4

Les bases d'ondelettes sur les maillages : de la théorie aux applicationsRésumé : Les bases d'ondelettes sont un outil efficace d'analyse spatio/fréquentielle. Appliquées aux maillages 3D, elles permettent entre autres la compression, le lissage, l'édition et la visualisation par niveaux de détails. Nous aborderons des aspects théoriques et algorithmiques, afin d'expliquer le fonctionnement et l'efficacité de diverses applications. par Basile Sauvage (LSIIT).

Exposé 1

Remaillage semi-régulier pour les maillages surfaciques triangulaires : un état de l'artRésumé : Les maillages surfaciques triangulaires sont désormais couramment utilisés pour modéliser des formes tridimensionnelles. Beaucoup de ces modèles géométriques sont obtenus à partir de techniques de numérisation scanner ou de représentations implicites (iso-surfaces). Ainsi la géométrie de ces maillages est souvent très dense (sur-échantillonnage) et leur connectivité arbitraire (irrégularité du voisinage des sommets). Il est alors souvent nécessaire de les remailler afin de réduire leur complexité (simplification), améliorer la qualité des triangles produits, optimiser l'échantillonnage de la géométrie ou encore rendre la connectivité la plus régulière possible. Concernant ces deux dernières propriétés, un grand nombre de méthodes de remaillage semi-régulier ont récemment vu le jour. Elles consistent à produire une structure hiérarchique (à connectivité de subdivision), idéale pour l'analyse multirésolution, mais aussi pour la compression progressive. Dans cet article, nous passons en revue les principales méthodes de remaillage semi-régulier de l'état de l'art, basées sur une paramétrisation du modèle original vers un complexe de base. Après une définition de la notion de paramétrisation, nous présentons une classification de ces méthodes en différentes catégories. Enfin, étant donné que le remaillage semi-régulier est principalement pertinent pour la compression basée ondelettes, nous présentons quelques courbes de compression relatives aux meilleurs algorithmes actuels de la littérature. par Céline Roudet (Le2i).

Exposé 2

Détection et reconstruction de primitives simples dans un maillage 3D CAORésumé : Dans le cadre du reverse engineering, nous proposons une méthode d'extraction de primitives simples : plans, sphères, cônes et cylindres, à partir d'un maillage 3D. Cette méthode se base sur l'étude de la courbure pour segmenter le maillage, pour attribuer un type de primitive à chaque sous-maillage et pour calculer les paramètres des primitives. Dans un second temps, les primitives sont étudiées pour retrouver la topologie de l'objet, calculer les intersections entre elles, et les découper grâce à ces intersections. par Roseline Bénière (LIRMM).

Lieu de la réunion