Projet de recherche doctoral numero :2791

Description

Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Modélisation, Visualisation et Interaction par Maillages avec les Volumes 3D
Directrice de thèse: Isabelle BLOCH (LIP6)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini

Resumé: I. Contexte Les tâches de déformation nécessaires à l'exploration de différentes postures d'un objet articulé et déformable induisent l'utilisation de méthodes interactives permettant de définir progressivement de nouveaux positionnements des sousparties et de propager cette contrainte à l'ensemble de la structure avoisinante. Cette observation générale se vérifie en pratique dans les domaines de l'imagerie médicale et de la modélisation pour les effets spéciaux réalistes. Ce problème est lié à une thématique émergente dans le domaine de la modélisation géométrique, où la recherche d'une déformation vérifiant un certain nombre de contraintes doit pouvoir s'effectuer suffisamment rapidement [1]. La prise en compte des matériaux [2] (tissus des organes ou nature des plastiques par exemples) et de la structure globale [3] de l'objet à déformer demandent d'adapter les modèles variationnels de déformation, en passant à des méthodes non linéaires [4] inspirés de modèles physiques réels. La notion de 'structure' dans la déformation peut être formalisée en définissant un complexe dominant subissant en premier lieu les déformations, et duquel sont propagées des déformations aux surfaces et volumes attachés, en utilisant par exemple une collection de méthodes linéaires [6] à cette étape. L'état de l'art des systèmes de déformation interactive de surfaces considère essentiellement des contraintes définies globalement sur des propriétés locales (e.g., minimiser le défaut de courbure) ou globales (e.g., autointersection). Un des défis actuels est de définir une structure de contraintes particulières, liées aux caractéristiques des structures internes des objets et ayant priorité sur les contraintes purement géométriques, habituellement appréciées pour leur préservation des caractéristiques 'de surface' de l'objet. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR nommé KidPocket, traitant de l'analyse de l'exposition aux ondes électromagnétiques des personnes et des enfants en particuliers dans le cadre des nouveaux usages et réseaux du futur. Les avancées méthodologiques dans le domaine de l'informatique graphique liées à cette thèse seront appliquée aux données médicales du projet. II. Contenu scientifique Le travail de cette thèse s'appuie sur deux catégories d'outils : • les algorithmes de reconstruction surfaciques [6,7,8] et volumétriques [7], permettant d'obtenir des maillages 2et 3variétés à partir de grilles 3D et vérifiant certaines propriétés de courbure et de résolution. Dans le contexte de cette thèse, on étudiera plus particulièrement les méthodes de maillage variationnelle s'appuyant sur le diagramme de Voronoï 3D et sa structure duale, la triangulation de Delaunay 3D (aussi appelée tétraédrisation 3D), ainsi que sur les algorithmes de relaxation de Lloyd et de diffusion anisotropique qui permettent de l'implémenter. • les méthodes variationelles de déformation interactive, qui se découpent en deux catégories : les méthodes linéaires et les méthodes nonlinéaires. On évaluera l'adéquation de ces méthodes au problème de la déformation sous contraintes. Ces travaux s'appuient pour certains sur plusieurs familles d'équations aux dérivées partielles permettant de modéliser les contraintes et de les résoudre à l'aide de méthodes numériques classiques (solution au sens des moindres carrés, factorisation de Cholesky pour favoriser l'interaction durant une tâche, implémentation parallèle). III. Travail à effectuer L'objectif général de cette thèse est de développer des nouveaux outils de traitement et visualisation de données3D volumétriques à l'aide de maillages. Ces outils seront notamment appliqués au domaine de l'imagerie médicale. Dans un premier temps, il s'agira de développer des méthodes de maillage de données 3D volumétriques en exploitant les résultats récents sur les triangulations variationnelles. Après un bref état de l'art sur les méthodes de maillages 3D, une méthode offrant un bon compromis tempsqualité sera développé en s'appuyant éventuellement sur l'architecture des processeurs graphiques récents. On s'intéressera ensuite à la notion de déformation structurée à partir de ces maillages, en définissant une structure globale de contraintes pour les déformations. La méthode de déformation interactive développée devra pouvoir tenir compte de propriétés physiques spécifiques, définies de manière automatique ou supervisée, et pourra éventuellement exploiter la plateforme SOFA. De manière annexe, au lieu des triangulations 3D, d'autre type de structures , telles que les maillages hexaédriques, seront étudiées dans le cadre de la modélisation par couche. Enfin, en fonction de l'avancement des travaux, des outils de synthèse d'images exploitant ces structures géométriques 3D pourront être conçus.

Doctorant.e: Faraj Noura