Techniques alternatives de visualisation pour la prise de connaissance de scènes tridimensionnelles

Alternative techniques of visualization for the tacking knowledge of three-dimensionel scenes

• Auteur / Autrice : Nancy El Ez Eddine El Dandachy
• Direction : Dimitri Pléménos, Bachar El Hassan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie tridimensionnelle

Analyse de scènes (informatique)

Reconnaissance des formes (informatique)

Infographie

Mots clés libres

Prise de connaissance

Lancer de rayon et raffinement sélectif

Détection de contour

Résumé

Le développement rapide du domaine de la synthèse d'image, la diffusion de son domaine dans de nombreuses applications et puis grâce au développement des matériels en vitesse et capacité en mémoire permettant ainsi la visualisation de scènes de hauts niveaux, le problème de la compréhension et de la prise des connaissances des scènes tridimensionnelles devient de plus en plus pertinent et compliqué. Depuis le milieu des années 70, pratiquement aucune technique de base nouvelle de visualisation n'a vu le jour. Tous les efforts des chercheurs se sont portés sur les possibilités d'amélioration des techniques déjà existantes soit en réduisant les temps de calcul, soit en réduisant l'encombrement de la mémoire, soit encore en inventant des modèles photométriques plus sophistiqués permettant une meilleure qualité des images obtenues. D'autres chercheurs ont concentré leurs études sur la recherche des méthodes de calcul automatiques de bons points de vue ou à faire une animation tout autour de la scène suivant un chemin qui respecte des règles heuristiques évitant les brusques changements déconcertants l'observateur. Or ces techniques ne sont pas suffisantes pour répondre à toutes les scènes qui peuvent être crées par les matériels actuels. Nous allons donc proposer dans ce mémoire des techniques alternatives basées sur la combinaison des techniques existantes de visualisation afin d'améliorer la compréhension de certaines scènes complexes. Nous allons tout d'abord étudier le cas des scènes tridimensionnelles complexes qui comportent beaucoup de lumières, des miroirs et des objets transparents, produisant ainsi des effets réalistes qui peuvent créer des illusions dues à la présence des ombres, réflexions et réfractions. La présence de ces effets réalistes peut confondre l'utilisateur et l'empêcher de distinguer entre les objets réels de la scène et tout ce qui est illusoire. Pour améliorer la compréhension de ce type des scènes, nous avons proposé une nouvelle méthode qui combine la technique de visualisation réaliste de lancer de rayon avec l'algorithme économique du raffinement sélectif et la méthode de suivi de contour par le code de direction afin de mettre en évidence les objets réels de la scène en détectant leurs contours apparents dans le but de leurs distinguer de leurs réflexions et réfractions. Un autre type de scènes sera introduit dans ce mémoire, celui des scènes qui comportent des objets englobant d'autres objets. Trois nouvelles techniques alternatives seront décrites dans ce mémoire afin d'améliorer la visualisation et la prise de connaissance de ce type de scène. La première tend à visualiser l'objet englobant en mode filiaire alors que l'objet intérieur sera visualisé en mode plein. L'élimination des parties cachées sera réglée par la combinaison de la méthode du z-buffer avec le back facing culling. La deuxième approche tend à créer un trou sur les faces de l'objet englobant faisant ainsi apparaître l'objet intérieur. Deux méthodes sont proposées afin de réaliser ce but. La première est appliquée seulement aux scènes dans lesquelles l'objet englobant en modélisé par des facettes polygonales et elle tend à éliminer les facettes de l'objet englobant qui cachent l'objet intérieur. La deuxième peut être appliquée à n'importe quelle modélisation de scène et elle tend tout d'abord à visualiser les deux objets: l'objet englobant et l'objet intérieur, puis d'assombrir les pixels proportionnels à la silhouette de l'objet intérieur et orthogonaux dirigés vers l'extérieur de l'objet intérieur.

The fast development of the image synthesis domain, the spread of this domain in lot of applications and then because of the development of PCs in speed and memory capacities, the problem of scene understanding and extracting knowledge is becoming more and more pertinent and complicated. Since the half of the seventies, practically no new basic techniques of visualization were invented. All the researchers’ efforts were focused on the possibility of the enhancement of existent techniques whether by reducing the time of computations, or by inventing photometric models more sophisticated allowing the obtaining of better image quality. Other researchers have turned their attention to search for methods that compute automatically a good point of view position or do an automatic animation around the scene following a path that respect heuristic rules in order to avoid brusque changes that might disconcert the observer. However, these techniques aren't sufficient to resolve the problem of the visualization of all type of scenes created by the PCs so developed nowadays. We are going to propose in this thesis alternative techniques which are based on the combination of existent visualization techniques in order to enhance the understanding of complex scenes. We are going first to study the case of three-dimensional complex scene that contain lot of lights, mirrors and transparent objects which produce realistic effects that might create illusions due of the presence of shadows, reflections and refractions. The presence of these realistic effects might confuse the observer and prevent him to distinguish between real objects of the scene and illusions. In order to enhance the understanding of this type of scenes, we have proposed a new method that combine between the ray tracing realistic technique of visualization with the selective refinement improvement algorithm and the followed contour technique by the code direction method, in order to underline the real objects of the scene by detecting their apparent contours so that we will be able to distinguish them from their reflexions and refractions. Another type of scenes will be introduced in this thesis, scenes which contain objects that include other objects. Three new alternative techniques will be described in order to enhance the visualization end the taking knowledge of this type of scene. The first one leads to visualize the exterior object on wireframe mode while the interior one will be visualized in fill mode. The elimination of hidden surfaces will be regulated by the combination of the z-buffer method with the back facing culling technique. The second approach leads to create a hole on the surface of the exterior object in order to show the interior one. Two methods will be proposed in order to achieve this project. The first one is applied only for scenes where exterior objects are modeled by a polygonal mesh and leads to eliminate the exterior faces which hide the interior object. The second method can be applied to any scene model and leads first to visualize both objects: the exterior and the interior one, and then make darken the pixels which are proportional and orthogonal to the silhouette of the interior object oriented to the outside of the interior object.