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Journée d’animation scientifique du LSIIT

Lieu : Pôle API (site du campus d’Illkirch), Amphi A301

Date : mardi 8 mars 2011, 14h

L'acquisition et la numérisation 3D, notamment par procédés optiques télémétriques (lumière structurée, laser, etc.), est un domaine très vaste, ayant d'innombrables applications pour un grand nombre de domaines scientifiques, artistiques et technologiques (héritage culturel en muséographie et archéologie, métrologie pour le contrôle de qualité, étude de systèmes dynamiques et bio-mécaniques, planification et aide à la prise de décision en environnement, climatologie, géographie, urbanisme, etc.).

Plusieurs équipes du laboratoire LSIIT de l’Université de Strasbourg développent des activités autour de l'acquisition, de la numérisation et du traitement informatique de modèles 3D issus de procédés de numérisation (reconstruction, débruitage, segmentation, intégration, etc.). L’objectif de cette journée d’animation scientifique consiste à présenter les compétences du laboratoire dans ces domaines.

Note: un exposé invité concernant plus spécifiquement une application de la numérisation dans le domaine de l'environnement aura lieu à 16h30.

Planning

14h Introduction

14h10 Jean-Michel DISCHLER, Digitization with appearance information for digital image synthesis: from point clouds to renderable 3D models

Algorithms for digital image synthesis and visualization have numerous applications, for example in cultural heritage, special effects for movies, virtual prototyping, archeology, etc. A common theme for all these applications is that they require more and more realistic images, with more realistic 3D models. But these realistic models carry a high complexity, as they are usually defined by a polygonal mesh with a very large number of polygons. In addition to the geometric model complexity, the reflectance field of the object also needs to be precisely represented if the goal is to have a realistic visualization of the object. But problems raised by digitization of real objects and materials are numerous. A digital copy should make it possible to retrieve with high fidelity the appearance of an object or of its material whatever are the new lighting and viewing conditions (be these conditions virtual or real). In order to guarantee a high degree of freedom in visualization, it is necessary to capture a good approximation of the shape, further used as underlying geometric support for applying the data relative to the appearance. In this presentation, we show the current state of the digitization pipeline that we developped: from the acquisition using a structured light scanning device to the real-time visualization of the reconstructed data. We present the different stages of this pipeline: registration, integration, reconstruction, simplification and appearance compression using textures.

14h40 Pierre GRUSSENMEYER, modélisation tridimensionnelle d’objets topographiques et architecturaux

De nombreux systèmes d’acquisition 3D existent aujourd’hui sur le marché. Basée sur des principes variés, on peut considérer que la technologie a atteint une certaine maturité. Néanmoins, la réalisation d’un projet 3D, malgré les apparences, demeure complexe et nécessite des compétences étendues. Ainsi, le concept de recherche dans le domaine reste d’actualité. Les activités du groupe PAGE/TRIO dans cet axe sont fortement dirigées par la pratique du projet de numérisation du patrimoine, souvent dans le contexte de la donnée spatiale géoréférencée. Elles consistent dans un premier temps en l’étude et la caractérisation des systèmes, de leurs principes, leurs performances, précisions et limites. L’expertise qui en résulte est fondamentale pour prescrire, dans le cadre d’un projet concret, les systèmes adéquats voire des combinaisons originales de systèmes, les modes opératoires, bonnes pratiques pour obtenir les meilleures données possibles. L’équipe a réalisé de nombreux travaux d’acquisition qui font l’objet de présentations dans des colloques et congrès scientifiques et qui mettent en évidence comment tirer le meilleur profit des systèmes de numérisation 3D. Il s’agit généralement de traitements (algorithmes, méthodes numériques) visant à améliorer et à évaluer la qualité des données et des modèles 3D. Le groupe a orienté ses travaux dans le contexte de la donnée patrimoniale géoréférencée. Les spécificités des communautés qui utilisent ces données (archéologues, architectes, historiens) et des usages qui en résultent réclament une bonne connaissance et compréhension de ses partenaires et de ses pratiques. Ainsi, l’équipe mène actuellement des travaux qui portent sur des systèmes d’acquisition 3D à faibles coûts qui peuvent être opérés par des non spécialistes. A cette fin, la collaboration avec des acteurs des sciences humaines (archéologues) est étroite.

15h10 Pause

15h30 E. HIRSCH, A. LALLEMENT, J. ZALLAT, Reconstruction 3D d’objets manufacturés complexes : acquisition, numérisation et reconstruction / modélisation 3D

Les applications de la vision par ordinateur nécessitent de plus en plus souvent une reconstruction 3D précise des objets, souvent complexes, à manipuler, à évaluer, etc. Avec pour objectif le développement d'approches cognitives pour la vision, la reconstruction est grandement simplifiée si l’on fait appel à un outil de planification utilisant, dans notre cas, des graphes de situation. Ces graphes de situation implémentent une stratégie définissant une séquence de reconstruction et des règles permettant d'appliquer de manière optimale les méthodes développées. L’utilisation de ces graphes autorise aussi une replanification des traitements en cours d’exécution en fonction des résultats obtenus (auto-apprentissage). Une chaîne de traitement s'appuyant sur ce principe a été développée et testée. Le but de nos travaux est de concevoir et mettre en place, sur une station de réalité virtuelle, un outil interactif de planification permettant de définir des plans génériques d’acquisition et de traitement d’images, en vue d’une reconstruction complète d’objets « quelconques », par fusion d’images multimodales. Les objectifs du projet en résultent :

• intégrer des méthodes d’analyse d’images codées en polarisation aux techniques d’acquisition classiques pour caractériser la nature du matériau de la cible, son état de surface et sa géométrie.
• intégrer l’ensemble des outils nécessaires à la construction de l’empreinte numérique d’un objet manufacturé, en combinant une mesure et une quantification de la géométrie de la pièce, son état de surface et sa (ses) couleur(s),
• développer des techniques de planification interactive d’applications de la vision par ordinateur (reconstruction, métrologie, contrôle qualité, etc.), sur une plate-forme de réalité virtuelle.

Notre approche est ambitieuse et tout à fait novatrice qui vise à enrichir les techniques classiques par une approche cognitive multi-modalités permettant sur une seule plate-forme d’entreprendre une étude dimensionnelle et physique des objets en s’affranchissant de toute limitation liée à la nature de l’objet, sa texture, son matériau ou encore des conditions d’acquisition. Le projet vise à construire automatiquement l’empreinte numérique d’un objet manufacturé, pour qualifier la qualité de sa fabrication, en combinant une quantification de la géométrie de la pièce avec son état de surface et sa couleur. À la suite d’acquisitions multivariées, après recalage, fusion et reconstruction, l’empreinte numérique est définie comme une description de l’objet analysé (géométrie complexe associée aux caractéristiques physiques) dans un référentiel unique. L’objectif est de développer des approches innovantes pour le traitement des images multicomposantes, multimodale (e. g. polarimétriques), en disposant de la maîtrise complète de l’instrumentation réalisant la formation de ces images. L’accent est mis sur l’automatisation de la chaîne complète de traitement et sur la capacité d’auto-apprentissage des algorithmes. Le système de contrôle réalise les opérations d’acquisition et de reconstruction planifiées. Il est aussi capable de s’adapter dynamiquement aux conditions réelles de prise de vue et donc de modifier automatiquement les conditions effectives d’acquisition et de traitement des données. La finalité du système est la reconstruction 3D d’objets quasi-polyédriques présentant des surfaces gauches et la métrologie dimensionnelle, en développant des systèmes d’acquisition innovants et complémentaires : Lumière structurée pour l’analyse de surfaces 3D, tête de mesure stéréoscopique, imagerie spectro-polarimétrique visible et infrarouge pour la reconstruction 3D d’objets métalliques, transparents ou semi transparents. La fusion et l’utilisation conjointe des informations issues de ces modalités d’imagerie nécessitent des méthodes adaptées de traitement (modélisation physique, maîtrise des dispositifs imageurs, fusion de données hétérogènes multicapteurs). Les caractéristiques physiques de l’objet étudié sont inférées par l’empreinte que laisse l’interaction de la surface avec la lumière incidente. L’imagerie polarimétrique couplée à l’information spectrale est l’instrument idéal pour étudier de façon distribuée ces caractéristiques. Les apports de l’imagerie polarimétrique (dispositifs imageurs, traitement des données associées) sont particulièrement étudiés, l’information spectrale venant enrichir l’information de polarisation pour le traitement des surfaces à transparence dans le visible. Les applications privilégiées portent sur la Métrologie et analyseront plus particulièrement l’intérêt de la polarimétrie pour l’évaluation précise d’objets incluant des surfaces gauches et/ou transparents ou semi-transparents (reconstruction 3D en complément de la lumière structurée, stéréovision polarimétrique, analyse de l’état de surface, élaboration de signatures/empreintes numériques quantitatives) avec une précision visée de quelques dizaines de micromètres.

16h Heywon SEO, Measurement and analysis of human skin deformation – Extracting dynamic skin tension lines

We are measuring and developing a computational method for analyzing human skin deformation. As a first step, we have focused on the problem of automatic, touchless extraction of the DSTL (dynamic skin tension line), which could be defined as the maximum tension lines formed when the muscles are in action. We use densely sampled point markers placed on the skin, which are either laser-scanned or optically tracked while the subject changes his/her poses. Then, from the change of distances among neighboring markers, we derive the maximum and minimum directions and magnitudes of skin tensions. DSTL is obtained by smoothly connecting the maximum tension line segments on the skin. Our method is general enough to be applied to arbitrary postures and individuals, less invasive compared to previous methods. Based on this work, we expect to develop further towards a novel geometric algorithm and an application-oriented approach, in the framework of an ANR project and an international collaboration, respectively.

16h30 Présentation invitée par Julien Travelletti (1), Jean-Philippe Malet (1) et Christophe Delacourt (2): Corrélation multi-dates de données de scanner laser terrestre pour la caractérisation de la cinématique de glissements de terrain

(1) Institut de Physique du Globe de Strasbourg, Université de Strasbourg (EOST), 5 rue René Descartes, 67084 Strasbourg Cedex, France (2) Université Européenne de Bretagne, Institut Universitaire de la Mer, CNRS UMR 6538, Université de Brest, Brest, France

La caractérisation du champ de déplacement est un élément indispensable à la compréhension de la cinématique et des mécanismes de rupture des glissements de terrain. Durant cette dernière décennie, le potentiel du scanner laser terrestre (TLS) appliqué au suivi de glissements de terrain a été largement démontré. Toutefois, l’information géométrique contenue dans les nuages de points est rarement exploitée de manière exhaustive et le champ de déplacement 3D est souvent déterminé à partir d’appariement d’objets sélectionnés manuellement dans des acquisitions TLS consécutives (nuages de points).Ce travail présente une nouvelle approche pour dériver un champ de déplacement 3D en exploitant l’ensemble de l’information contenue dans les nuages de points. La performance de cette approche est testée sur le pied du glissement de Super-Sauze (Alpes française du Sud, région de Barcelonnette). Dix acquisitions TLS ont été acquises entre Octobre 2007 et Mai 2010 à partir de la même station de base à une distance moyenne de 100 m du pied. Le principe de la méthode repose sur une réduction du problème 3D d’appariement d’objets à un problème 2D rendant possible l’utilisation d’une fonction 2D de corrélation croisée normalisée. Les déplacements obtenus sont comparés à ceux dérivés de la méthode ICP standard (point itératif le plus proche), la plus souvent appliquée dans le domaine de l’appariement 3D de nuages de points. Une comparaison avec les déplacements obtenus par GPS différentiel est également réalisée permettant de calculer une erreur moyenne de ±0.03 m.

17h Discussion

Réunion scientifique du GDR ISIS

Thème: De l'acquisition à la compression des objets 3D - Edition 2011

Date : du 2011-04-25 au 2011-04-27

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