Compression, tatouage et reconnaissance d'objets 3D, Apports de la perception

Technological advances in the fields of telecommunication, computer graphics and hardware design during the two last decades have contributed to the emergence of three-dimensional (3D) data in many industrial domains (scientific visualization, digital entertainment, mechanical engineering, cultural heritage). At the same time the range of terminals capable of visualizing 3D data is now expanding to mobile devices such as tablets and smartphones; besides, the visualization of 3D content through the Web is now possible. This heterogeneity of uses and terminals induces a need for effective tools to ensure easy access to 3D databases, as well as visualization and secure transmission of this 3D content. This Habilitation, which covers the period of my professional activity since September 2006, summarizes the research I have conducted regarding this scenario of acces, visualization and secure transmission of 3D meshes. Our contributions concern three distinct topics of research: compression (reduction of the size of data especially by considering multi-resolution methods), watermarking (protection of the intellectual property of 3D content by inserting a hidden mark) and indexing (proposition of 3D shape descriptors and efficient retrieval algorithms). Our work on these three topics have been conducted by considering two strong transverse aspects: (1) an upstream analysis step, including contributions to 3D segmentation and above (2) a continuous link with the notions of quality evaluation and visual perception. We have studied the perceptual mechanisms involved in computer graphics through multiple subjective experiments and we have introduced metrics to predict the visual quality.This Habilitation concludes with a description of my research project that focuses on the interactive remote visualization of 3D data on two emerging multimedia environments: Web platforms and mobile devicesLes progrès technologiques dans les domaines de la télécommunication, de l'infographie et de la conception du matériel informatique au cours des deux dernières décennies ont contribué à l'émergence des données numériques tridimensionnelles (3D) dans de nombreux secteurs industriels (visualisation scientifique, loisirs numériques, conception assistée par ordinateur ou encore héritage culturel). La gamme des terminaux capables de visualiser des données 3D s'élargit maintenant jusqu'à des périphériques nomades tels que les tablettes tactiles et les smartphones. Par ailleurs, la visualisation de contenus 3D sur le Web est désormais possible. Cette hétérogénéité des usages et des terminaux de visualisation entraîne un besoin en outils efficaces pour assurer l'accès rapide aux bases de données 3D, ainsi que la visualisation et la transmission sécurisé de ce contenu.Ce mémoire, qui couvre la période de mon activité professionnelle depuis septembre 2006, résume les travaux que j'ai menés et auxquels j'ai participé autour de ces problématiques d'accès, de visualisation et de transmission sécurisée de maillages surfaciques 3D. Ces travaux concernent trois domaines de recherche distincts : la compression (réduction de la taille des données, notamment dans le cadre de méthodes multi-résolution), le tatouage (protection de la propriété intellectuelle du contenu 3D, par insertion d'une marque cachée) et l'indexation (mise en oeuvre des descripteurs de forme 3D et d'algorithmes de reconnaissance associés). Nos travaux dans ces trois domaines de recherche ont été réalisés en considérant deux aspects transverses forts : (1) une étape amont d'analyse des données 3D, avec notamment des contributions en segmentation, et surtout (2) un lien continu avec les notions de qualité et de perception visuelle. Nous avons notamment étudié les mécanismes perceptuels mis en jeu lors de la visualisation d'une géométrie 3D au travers de multiples expériences subjectives et introduit des métriques capables de prédire cette qualité visuelle.Ce mémoire s'achève par la description de mon projet de recherche qui s'articule autour de la visualisation distante et interactive de données 3D sur deux types de supports multimédia émergents : le Web et les périphériques mobile