Dans le domaine de l’informatique graphique, les données tridimensionnelles, généralement représentées par des maillages triangulaires, sont employées dans une grande variété d’applications (par exemple, le lissage, la compression, le remaillage, la simplification, le rendu, etc.). Cependant, ces procédés introduisent inévitablement des artefacts qui altèrent la qualité visuelle des données 3D rendues. Ainsi, afin de guider perceptuellement les algorithmes de traitement, il y a un besoin croissant d'évaluations subjectives et objectives de la qualité visuelle à la fois performantes et adaptées, pour évaluer et prédire les artefacts visuels. Dans cette thèse, nous présentons d'abord une étude exhaustive sur les différentes sources d'artefacts associés aux données numériques graphiques, ainsi que l’évaluation objective et subjective de la qualité visuelle des artefacts. Ensuite, nous introduisons une nouvelle étude sur la qualité subjective conçue sur la base de l’évaluations de la visibilité locale des artefacts géométriques, dans laquelle il a été demandé à des observateurs de marquer les zones de maillages 3D qui contiennent des distorsions visibles. Les cartes de distorsion visuelle collectées sont utilisées pour illustrer plusieurs fonctionnalités perceptuelles du système visuel humain (HVS), et servent de vérité-terrain pour évaluer les performances des attributs et des mesures géométriques bien connus pour prédire la visibilité locale des distorsions. Notre deuxième étude vise à évaluer la qualité visuelle de modèles 3D texturés, subjectivement et objectivement. Pour atteindre ces objectifs, nous avons introduit 136 modèles traités avec à la fois des distorsions géométriques et de texture, mené une expérience subjective de comparaison par paires, et invité 101 sujets pour évaluer les qualités visuelles des modèles à travers deux protocoles de rendu. Motivés par les opinions subjectives collectées, nous proposons deux mesures de qualité visuelle objective pour les maillages texturés, en se fondant sur les combinaisons optimales des mesures de qualité issues de la géométrie et de la texture. Ces mesures de perception proposées surpassent leurs homologues en termes de corrélation avec le jugement humain. / In computer graphics realm, three-dimensional graphical data, generally represented by triangular meshes, have become commonplace, and are deployed in a variety of application processes (e.g., smoothing, compression, remeshing, simplification, rendering, etc.). However, these processes inevitably introduce artifacts, altering the visual quality of the rendered 3D data. Thus, in order to perceptually drive the processing algorithms, there is an increasing need for efficient and effective subjective and objective visual quality assessments to evaluate and predict the visual artifacts. In this thesis, we first present a comprehensive survey on different sources of artifacts in digital graphics, and current objective and subjective visual quality assessments of the artifacts. Then, we introduce a newly designed subjective quality study based on evaluations of the local visibility of geometric artifacts, in which observers were asked to mark areas of 3D meshes that contain noticeable distortions. The collected perceived distortion maps are used to illustrate several perceptual functionalities of the human visual system (HVS), and serve as ground-truth to evaluate the performances of well-known geometric attributes and metrics for predicting the local visibility of distortions. Our second study aims to evaluate the visual quality of texture mapped 3D model subjectively and objectively. To achieve these goals, we introduced 136 processed models with both geometric and texture distortions, conducted a paired-comparison subjective experiment, and invited 101 subjects to evaluate the visual qualities of the models under two rendering protocols. Driven by the collected subjective opinions, we propose two objective visual quality metrics for textured meshes, relying on the optimal combinations of geometry and texture quality measures. These proposed perceptual metrics outperform their counterparts in term of the correlation with the human judgment.

Depuis plusieurs années, les modèles 3D deviennent de plus en plus détaillés. Cela augmente considérablement le volume de données les décrivant. Cependant, dans un même temps, un nombre croissant d’applications sont contraintes en mémoire et/ou en vitesse (visualisation sur périphériques mobiles, jeux vidéos, etc.). Dans un contexte Web, ces difficultés sont encore plus présentes. Cette situation peut entraîner des incompatibilités, des latences de transmission ou d’affichage qui sont souvent problématiques. La compression progressive de ces modèles est une des solutions envisageables. Le but étant de compresser les informations (géométrie, connectivité et attributs associés) de façon à pouvoir reconstruire progressivement le maillage. À la différence d’une compression dite single-rate, la compression progressive propose très rapidement un aperçu fidèle du modèle 3D pour ensuite le raffiner jusqu’à retrouver le maillage complet. Ceci permet un meilleur confort pour l’utilisateur et une adaptation de la quantité d’éléments à visualiser ou à traiter en fonction des capacités du périphérique de réception. Généralement, les approches existantes pour la compression progressive se focalisent sur le traitement de maillages 2-variétés triangulaires. Très peu de méthodes sont capables de compresser progressivement des maillages surfaciques non-variétés et, à notre connaissance, aucune ne permet de compresser génériquement un maillage surfacique quel que soit son type (i.e. non-variété et polygonal). Pour supprimer ces limitations, nous présentons une méthode de compression progressive générique permettant de traiter l’ensemble des maillages surfaciques (non-variétés et polygonaux). De plus, notre approche tient compte de l’attribut de texture potentiellement associé à ces maillages, en gérant correctement les coutures éventuelles. Pour ce faire, nous décimons progressivement le maillage à l’aide d’un nouvel opérateur générique de simplification. Cette décimation est guidée par une métrique locale qui a pour but de préserver la géométrie et la paramétrisation de la texture. Durant cette simplification, nous encodons progressivement les informations nécessaires à la reconstruction. Afin d’améliorer le taux de compression, nous mettons en oeuvre certains procédés de réduction de l’entropie, ainsi que des dispositifs de prédiction basés sur la géométrie pour l’encodage de la connectivité et des coordonnées de texture. Pour finir, l’image de texture est compressée progressivement puis multiplexée avec les données relatives au maillage. Ce multiplexage est réalisé à l’aide d’une métrique perceptuelle afin d’obtenir le meilleur rapport débit-distorsion possible lors de la décompression. / Since several years, 3D models become more and more detailed. This increases substantially the amount of data needed to describe them. However, in the same time, a rising number of applications are constrained in memory and/or in speed (mobile device visualization, video games, etc.). These difficulties are even more visible within a Web context. This situation can lead to incompatibilities, latency in transmission or rendering, which is generally an issue. The progressive compression of these models is a possible solution. The goal is to compress the information (geometry, connectivity and associated attributes) in order to allow a progressive reconstruction of the mesh. Contrary to a single-rate compression, progressive compression quickly proposes a faithful draft of the 3D model and, then, refines it until the complete mesh is recovered. This allows a better comfort for the user and a real adaptation of the rendered element number in adequacy with the terminal device properties. The existing approaches for progressive compression mainly focus on triangular 2- manifold meshes. Very few methods are able to compress progressively non-manifold surface meshes and, to our knowledge, none can deal with every surface meshes (i.e. nomanifold and polygonal), in a generic way. So as to suppress these limitations, we present a new generic progressive method allowing the compression of polygonal non-manifold surface meshes. Moreover, our approach takes care of the texture attribute, possibly associated to these meshes, by handling properly potential texture seams. For that purpose, we progressively decimate the mesh using a new generic simplification operator. This decimation is driven by a local metric which aims to preserve both the geometry and the texture parametrisation. During the simplification, we progressively encode the necessary information for the reconstruction. In order to improve the compression rate, we propose several entropy reduction mechanisms, as well as geometry based prediction strategies for the connectivity and UV coordinates encoding. Finally, the texture map is progressively compressed then multiplexed with mesh data. This multiplexing is achieved using a perceptual metric to provide the best rate-distortion ratio as possible during the decompression.