Représentation géométrique multi-échelles de l'architecture des plantes

Plant geometry is a complex object, combining geometries of numerous different organs, depending of the considered scale of analysis and variable in time and from one species to another. Because of this complexity and plasticity, modeling plants geometry become a challenging multi-disciplinary research topic for eco-physiological modeling to computer graphics. This study begins with the analysis of the various existing types of representation and generative systems of plants models. We identified two categories of approaches for modeling plant geometry : the global approaches, that consider plant as a whole and represents it by an envelop, and the modular one, where a plant is represented by all the geometric models of its components. Some recent works introduce the idea to organize plants models in different levels of details to adapt the complexity of the representation or for a better understanding of plant growth. In this context, the need for formalism has lead us to define a general multiscale geometric model of plant architecture, and to show its efficiency in different contexts. This model integrates coherently several geometric representations at different levels of details. It allows thus controlling and adapting the complexity of the representation during computations and a better understanding of the complex geometry of plants. We used this model in a « bottom-up » manner to characterize global shapes emerging from the detailed structure of a plant and consequently to study at different scale the space occupied by the plant. This model is then used in a « top-down » way to develop a model of plant growth based on a new simulation paradigm which allows specifying biological knowledges at different levels of organization. A hierarchization at different scales of the information makes an interactive and intuitive manipulation of complex plant models possible.La géométrie d'une plante est un objet complexe, combinant les géométries de nombreux organes, dépendant de l'échelle d'analyse considérée et très variable dans le temps ainsi que d'une espèce à l'autre. Malgré cette complexité et cette plasticité, la géométrie d'une plante est devenue un enjeu de modélisation majeur ces dernières années aussi bien en éco-physiologie, qu'en synthèse d'images. Cette étude commence par une analyse des différents types de représentations et systèmes génératifs de plantes existants. Deux catégories d' approches pour modéliser la géométrie d' une plante sont utilisées : les approches globales, qui considèrent la plante comme un tout et la représentent par une enveloppe, et les approches modulaires, dans lesquelles la plante est représentée par l'ensemble des modèles géométriques de ses composants. Certains travaux récents introduisent l'idée d'organiser des modèles de plantes en différents niveaux de détails pour adapter la complexité de la représentation ou pour une meilleure compréhension du développement de la plante. Dans ce travail nous développons et formalisons un modèle géométrique multi-échelles général de représentation de l'architecture des plantes. Ce modèle intègre de manière cohérente différentes représentations géométriques à différents niveaux de détails. Il permet ainsi de contrôler et d'adapter la complexité de la représentation au cours des calculs et d'acquérir une compréhension plus précise de la géométrie complexe des plantes. Nous utilisons ce modèle dans une approche « montante » pour caractériser des formes globales (émergentes) de la structure détaillée d'une plante et ainsi l'espace qu'elle occupe. Il est ensuite utilisé dans une approche « descendante » pour le développement d' modèle de croissance des plantes fondé sur un nouveau paradigme de simulation, permettant une spécification des connaissances biologiques à différents niveaux d'organisation. Le principe de cette approche s'appuie sur une hiérarchisation en échelles des informations qui permet la manipulation interactive et intuitive de modèles complexes de plantes