La mise en registre automatique des surfaces acquises à partir d’objets déformables

La mise en registre 3D (opération parfois appelée alignement) est un processus de transformation d’ensembles de données 3D dans un même système de coordonnées afin d’en aligner les éléments communs. Deux ensembles de données alignés ensemble peuvent être les scans partiels des deux vues différentes d’un même objet. Ils peuvent aussi être deux modèles complets, générés à des moments différents, d’un même objet ou de deux objets distincts. En fonction des ensembles de données à traiter, les méthodes d’alignement sont classées en mise en registre rigide ou non-rigide. Dans le cas de la mise en registre rigide, les données sont généralement acquises à partir d’objets rigides. Le processus de mise en registre peut être accompli en trouvant une seule transformation rigide globale (rotation, translation) pour aligner l’ensemble de données source avec l’ensemble de données cible. Toutefois, dans le cas non-rigide, où les données sont acquises à partir d’objets déformables, le processus de mise en registre est plus difficile parce qu’il est important de trouver à la fois une transformation globale et des déformations locales. Dans cette thèse, trois méthodes sont proposées pour résoudre le problème de mise en registre non-rigide entre deux ensembles de données (représentées par des maillages triangulaires) acquises à partir d’objets déformables. La première méthode permet de mettre en registre deux surfaces se chevauchant partiellement. La méthode surmonte les limitations des méthodes antérieures pour trouver une grande déformation globale entre deux surfaces. Cependant, cette méthode est limitée aux petites déformations locales sur la surface afin de valider le descripteur utilisé. La seconde méthode est s’appuie sur le cadre de la première et est appliquée à des données pour lesquelles la déformation entre les deux surfaces est composée à la fois d’une grande déformation globale et de petites déformations locales. La troisième méthode, qui se base sur les deux autres méthodes, est proposée pour la mise en registre d’ensembles de données qui sont plus complexes. Bien que la qualité que elle fournit n’est pas aussi bonne que la seconde méthode, son temps de calcul est accéléré d’environ quatre fois parce que le nombre de paramètres optimisés est réduit de moitié. L’efficacité des trois méthodes repose sur des stratégies via lesquelles les correspondances sont déterminées correctement et le modèle de déformation est exploité judicieusement. Ces méthodes sont mises en oeuvre et comparées avec d’autres méthodes sur diverses données afin d’évaluer leur robustesse pour résoudre le problème de mise en registre non-rigide. Les méthodes proposées sont des solutions prometteuses qui peuvent être appliquées dans des applications telles que la mise en registre non-rigide de vues multiples, la reconstruction 3D dynamique, l’animation 3D ou la recherche de modèles 3D dans des banques de données.Three-dimensional registration (sometimes referred to as alignment or matching) is the process of transforming many 3D data sets into the same coordinate system so as to align overlapping components of these data sets. Two data sets aligned together can be two partial scans from two different views of the same object. They can also be two complete models of an object generated at different times or even from two distinct objects. Depending on the generated data sets, the registration methods are classified into rigid registration or non-rigid registration. In the case of rigid registration, the data is usually acquired from rigid objects. The registration process can be accomplished by finding a single global rigid transformation (rotation, translation) to align the source data set with the target data set. However, in the non-rigid case, in which data is acquired from deformable objects, the registration process is more challenging since it is important to solve for both the global transformation and local deformations. In this thesis, three methods are proposed to solve the non-rigid registration problem between two data sets (presented in triangle meshes) acquired from deformable objects. The first method registers two partially overlapping surfaces. This method overcomes some limitations of previous methods to solve large global deformations between two surfaces. However, the method is restricted to small local deformations on the surface in order to validate the descriptor used. The second method is developed from the framework of the first method and is applied to data for which the deformation between the two surfaces consists of both large global deformation and small local deformations. The third method, which exploits both the first and second method, is proposed to solve more challenging data sets. Although the quality of alignment that is achieved is not as good as the second method, its computation time is accelerated approximately four times since the number of optimized parameters is reduced by half. The efficiency of the three methods is the result of the strategies in which correspondences are correctly determined and the deformation model is adequately exploited. These proposed methods are implemented and compared with other methods on various types of data to evaluate their robustness in handling the non-rigid registration problem. The proposed methods are also promising solutions that can be applied in applications such as non-rigid registration of multiple views, 3D dynamic reconstruction, 3D animation or 3D model retrieval