Nous examinons la possibilité de créer de nouveaux composants électro-optiques à l’aide de surfaces mésogènes contrôlées par champs électromagnétiques. Ces surfaces programmées ont comme fonction d’imposer une orientation sur le volume de cristal liquide lui étant juxtaposé afin de produire les propriétés électro-optiques désirées. L’étendue et l’efficacité de ces propriétés ont un impact technologique important par exemple dans le domaine des afficheurs à cristaux liquides et des atténuateurs optiques variables. Plus spécifiquement, cette recherche analyse l’interaction de surface entre le substrat mésogène et le cristal liquide ainsi que les diverses avenues pratiques en découlant. Par exemple, l’importance de l’interdiffusion entre ces deux milieux sera détaillée et liée à la création de réseaux autoorganisés en surface. Ce phénomène précurseur permet la création d’un système composite novateur de cristaux liquides stabilisés par surfaces mésogéniques avec comme application les atténuateurs électro-optiques. / We investigate the possibility of creating new electro-optical components using mesogenic surfaces controlled by electromagnetic fields. These programmed surfaces have the function of imposing an alignment on the juxtaposed volume of liquid crystal to produce the desired electro-optical properties. The extent and effectiveness of these properties have a great technological impact such as in the field of liquid crystal displays and variable optical attenuators. More specifically, this research addresses the surface interaction between the mesogen substrate and the liquid crystal and various practical avenues resulting therefrom. For example, the importance of interdiffusion between those two materials will be detailed and linked to the creation of surface self-organizing networks. This original phenomenon allows the creation of a surface - polymer stabilized liquid crystal composite which is applied to electro-optical attenuators.

En raison de la nature dynamique et volumétrique de l'écosystème marin pélagique, sa modélisation spatiale constitue un défi important. La représentation conventionnelle des phénomènes de ce milieu s’effectue par des coupes statiques verticales ou horizontales dans un environnement bidimensionnel (2D). Cependant, comme le démontre ce mémoire, l'étude de l'écosystème marin peut être grandement améliorée grâce à la modélisation spatiale tridimensionnelle (3D). L’apport principal de cette étude est d’avoir démontré le potentiel et la pertinence de la modélisation spatiale 3D pour l’environnement pélagique marin. Cette étude confirme que les outils émergents de visualisation scientifique dans le domaine de la modélisation géologique peuvent servir à améliorer l’étude de cet écosystème. Elle permet également de combler une lacune importante identifiée dans la littérature scientifique en examinant la performance des méthodes d’interpolation spatiale 3D. L’interpolation spatiale est une étape essentielle de la modélisation spatiale 3D des phénomènes continus (p.ex. salinité, température, etc.), mais aucune étude n’avait encore évalué son efficacité pour l’environnement pélagique marin. Il s’agit donc d’un pas important vers le développement d’un système d’information géographique (SIG) marin 3D complet. Les avantages de migrer vers une modélisation spatiale 3D sont discutés dans le contexte de la campagne océanographique ArcticNet-Malina, réalisée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien) en 2009. Des représentations spatiales 3D basées sur une stratégie d’interpolation 3D robuste et optimale de cinq variables pélagiques marines (température, concentration en chlorophylle a, coefficient d’atténuation particulaire, distribution des eaux de l'halocline supérieure et flux vertical de carbone organique particulaire) sont présentées et leurs valeurs écologiques sont discutées. / Spatial modeling of the marine pelagic ecosystem is challenging due to its dynamic and volumetric nature. Consequently, conventional oceanographic spatial analysis of this environment is in a 2D environment, limited to static cutting planes in horizontal and vertical sections to present various phenomena. However, the study of the marine pelagic ecosystem can benefit from 3D spatial modeling. The main contribution of this study is to show that recent advances in 3D spatial modeling tools developed primarily for geological modeling can be exploited to extend the usual interpretation of marine pelagic phenomena from a 2D to a 3D environment. This study also fills a major gap identified in the literature by examining the performance of 3D spatial interpolation methods. Such interpolation is an essential step in 3D spatial modeling of continuous phenomena (eg, salinity, temperature, etc.), but no study has yet evaluated its performance for the marine pelagic environment. Accordingly, this study constitutes an important step towards the development of a complete 3D marine GIS. The benefits of migrating to a 3D spatial modeling of the marine environment are discussed in the context of the oceanographic campaign ArcticNet-Malina, conducted in the Beaufort Sea (Canadian Arctic) in 2009. 3D spatial representations based on a robust and optimal 3D interpolation strategy for five pelagic variables (temperature, chlorophyll a, particulate attenuation coefficient, distribution of upper halocline water mass and vertical flux of particulate organic carbon) of the ArcticNet-Malina campaign are presented and their ecological values are discussed.

Le peuplement de BDRM-3D (Bases de Données à Représentation Multiple 3D) est de plus en plus requis pour supporter des applications avancées de cartographie sur demande et d’analyse décisionnelle géospatiale. Cette thèse présente une nouvelle approche de saisie photogrammétrique en représentation multiple visant à peupler une BDRM-3D de bâtiments. L’approche proposée est nommée approche SAISIE car elle est Semi-Automatique, Initialisée et Supportée par l’Intervention humainE. Elle traite simultanément l’extraction des Géométries Détaillées (GD) et des Géométries Simplifiées (GS). Elle s’appuie notamment sur les nouveaux concepts de Patron d’Acquisition en Représentation Multiple et d’« Instance Driven SASS » (Sélection et Gestion des Algorithmes, des Sources et des Réglages gérée au niveau de l’instance) afin d’améliorer la performance des traitements automatiques mis en œuvre. Ces deux concepts ont été introduits lors de cette recherche. Le concept de PARM résulte du rapprochement des concepts de patron géométrique (introduit pour supporter la généralisation) et de modèle paramétrique (introduit pour supporter la saisie photogrammétrique). Deux nouveaux algorithmes de reconnaissance de forme, l’un traitant de la détermination automatique des paramètres d’implantation de patrons géométriques 3D et l’autre de l’extraction automatique des emprises au sol de bâtiments, ont par ailleurs été introduits lors de la réalisation de cette thèse. L’approche SAISIE ainsi que les concepts et algorithmes proposés pour la supporter ont été mis en œuvre et expérimentés sur quatre sites de tests couvrant plus de trois cent bâtiments. Les résultats obtenus et l’expérience acquise lors des développements des prototypes nous ont permis d’établir une analyse de l’approche SAISIE ainsi que des recommandations pour les recherches futures. / 3D MRDB (Multi Representation Data Base) population is more and more required to support advanced cartographical applications and advanced geospatial decisional analysis. This dissertation presents a new photogrammetric approach dedicated to multiple representation acquisition process to populate the buildings of a 3D MRDB. The proposed approach is named SAISIE (this French acronym matches with a semi-automatic acquisition process, initialized and supported by human intervention). The SAISIE approach tackles simultaneously the Detailed Geometries (DG) extraction and the Simplified Geometries (GS) extraction. This uses both the Multi-Representation Acquisition Pattern concept and the Instance Driven SASS concept (SASS : Selection of the Algorithms, Sources and Setting) to improve the process performance. These two new concepts have been introduced during this research. The MRAP concept stems from bridging together the geometric pattern concept (used to support generalisation process) and the parametric model (used to support the photogrammetric building extraction). Two new algorithms have also been introduced. The first one deals with the automatic implantation of 3D geometric pattern and the second one with the automatic extraction of building footprints. The SAISIE approach, the new concepts and the two new algorithms, have been implemented and tested with four test sites. These test sites cover more than three hundred buildings. Results analysis and several recommendations, based on our experimentation and experience, are proposed to conclude this dissertation.

Cette thèse s’inscrit dans le thème de la réalité augmentée spatiale (RAS). La RAS permet d’améliorer ou de modifier la perception de la réalité, au travers d’informations virtuelles affichées directement dans l’environnement réel, à l’aide d’un vidéoprojecteur. Bien des domaines peuvent en profiter, tels que le tourisme, le divertissement, l’éducation, la médecine, l’industrie ou le patrimoine culturel. Les techniques informatiques actuelles permettent d’acquérir, d’analyser et de visualiser la géométrie de la surface d’objets réels, comme par exemple pour des artefacts archéologiques. Nous proposons une technique d’interaction et de visualisation en RAS qui combine les avantages de l’étude d’artefacts archéologiques réels et de l’étude d’artefacts archéologiques 3D. Pour cela, nous superposons sur l’objet une visualisation expressive en RAS basée sur les courbures, permettant par exemple de montrer le détail des gravures. Nous simulons ensuite l’utilisation d’une lampe torche grâce à un interacteur à 6 degrés de liberté. L’utilisateur peut ainsi spécifie la zone de l’objet à augmenter et ajuster les nombreux paramètres nécessaires au rendu expressif. L’une des principales caractéristiques de la réalité augmentée spatiale est de permettre à plusieurs utilisateurs de participer simultanément à la même expérience. Cependant, en fonction de l’application souhaitée, cela peut être vu comme un inconvénient. Nous proposons un nouveau dispositif d’affichage permettant de créer des expériences en RAS qui soient multi-utilisateurs et personnalisées, en prenant en compte le point de vue de l’utilisateur. Nous utilisons pour cela un support de projection rétroréfléchissant semi-transparent que l’on positionne en face de l’objet à augmenter. Nous proposons deux implémentations différentes de ce nouveau dispositif, ainsi que deux scénarios d’application. Lorsque l’on veut augmenter des objets déformables, la plupart des techniques de tracking actuelles et la connaissance préalable de la géométrie de l’objet ne suffisent plus. En vue d’être par la suite utilisée pour augmenter un objet, nous proposons une technique de reconstruction de surfaces développables par approximation de cylindres paraboliques, basée sur les MLS. Ce type de surface peut représenter par exemple des vêtements ou des tissus. Nous proposons une solution pour supprimer les problèmes d’approximation dans les zones à forte ambiguïté. / This thesis extends the field of spatial augmented reality (SAR). Spatial augmented reality allows to improve or modify the perception of the reality with virtual information displayed directly in the real world, using video-projection. Many fields such as tourism, entertainment, education, medicine, industry or cultural heritage may benefit from it. Recent computer science techniques allow to measure, analyse and visualise the geometry of the surface of real objects, as for instance archeological artefacts. We propose a SAR interaction and visualisation technique that combines the advantages of the study of both real and 3D archeological artefacts. Thus, we superimpose on the object an expressive rendering based on curvatures with SAR, allowing for example to show details of engravings. Next, we simulate the use of a flashlight with the help of a 6-degree-of-freedom controller. The user can then specify the area on the object to be augmented and adjust the various necessary parameters of the expressive rendering. One of the main caracteristics of SAR is to enable multiple users to simultaneously participate to the same experience. However, depending on the target application, this can be seen as a drawback. We propose a new display device that allows to create experiences in SAR that are both multi-user and personalised by taking into account the user point of view. In order to do so, the projection display, set in front of the object to augment, is made from a material that is both retro-reflective and semi-transparent. We suggest two different uses of this new device, as well as two scenarios of application. Most of recent tracking solutions, even with the knowledge of the geometry of the object beforehand, fail when applied to the augmentation of deformable objects. In order to adress this issue, we propose a reconstruction technique for developable surfaces using parabolic-cylinders based on MLS. This kind of surface may represent cloth or fabric for instance. We show a solution addressing approximation issues in areas where the problem becomes ambiguous.

Les apports d’un cadastre 3D ont été démontrés par plusieurs chercheurs et organisations. Malgré ces nombreux travaux, très peu d’analyses et de synthèses sont proposées quant à l’utilité ou les usages spécifiques d’une représentation volumique (3D) cadastral dans le contexte particulier d’une gestion municipale. Dans ce sens, l’objectif principal de cette étude est de mieux connaître les usages actuels et besoins des gestionnaires municipaux en matière de représentation volumique cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique où la 3e dimension géométrique est perçue comme étant intéressante). L’étude porte spécifiquement sur les cas indiqués comme étant du cadastre vertical du système du cadastre du Québec géré par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et son usage dans certaines villes et municipalités québécoises. Les résultats sont présentés sous forme d’une enquête menée auprès d’un échantillon d’usagers municipaux et par la proposition de mécanismes menant à la production la plus automatisée possible de modèles 3D réalisés à partir des plans complémentaires issus du système du cadastre du Québec. Un sondage sur les usages actuels des plans cadastraux du Québec et des plans complémentaires du cadastre vertical a été effectué auprès d’intervenants municipaux responsables de la géomatique et de la gestion territoriale dans leur municipalité. 48 répondants des 36 municipalités ont participé au sondage, soit 32 répondants de 21 différentes villes, 15 répondants de 15 Municipalité régionale de comté (MRC) et un répondant de la Communauté Métropolitaine de Montréal. Les résultats montrent que 91% des acteurs municipaux sondés utilisent les plans cadastraux et lorsque des situations de superposition verticale des propriétés existent, où le cadastre vertical est disponible, 84% des répondants exploitent effectivement les plans complémentaires dans leurs activités professionnelles. Les répondants ont confirmé un réel besoin de posséder une représentation volumique cadastrale puisque que 81% ont répondu vouloir disposer de ce genre de représentation. Les mêmes usages que ceux des plans cadastraux sont envisagés pour la 3D soit comme appui aux systèmes qui servent à la taxation, à l'émission des permis de construction, au zonage et à l'aménagement du territoire et urbanisme. En termes de contenu de la représentation volumique, les mesures officielles (i.e. la longueur des limites, la superficie et le volume), la distinction entre les lots privés et communs et la géométrie volumique des lots sont jugées nécessaires par 85% des répondants. Finalement, une procédure qui se décline en deux grandes étapes de vectorisation et de modélisation 3D est proposée pour la construction automatisée d’une représentation volumique à partir des fichiers PDF des plans complémentaires. Celle-ci a été testée sur un condominium de trois étages, et prend 17 minutes avec 64 interventions pour la compléter. / Several researches and organizations have demonstrated the role of 3D volumetric representation in cadastral systems. Nevertheless, only a few have examined the usefulness and applications of 3D cadastral representations in municipal management. Thereupon, the principal objective of this study is to better understand the current and anticipated needs for the applications of 3D cadastral representations in municipal management in case of super-imposed properties (where the 3rd geometric dimension is foreseen as appealing). The research specifically investigates the case of vertical cadaster as noted in Quebec’s cadastral system arranged by the Ministry of Natural Resources (MNR) of Quebec Province as well as its application in number of cities and municipalities across the province. This study presents the interests as well as the requirements based on an inquiry among several municipal partners. Moreover, a mechanism is proposed to automate, as much as possible, the procedure to reconstruct cadastral 3D models from the complementary plans (vertically super-imposed data) which exist in Quebec’s cadastral system. A user survey targeting the actual applications of cadastral maps of Quebec as well as the complementary plans of the vertical cadaster was carried out among the municipal authorities who are responsible for geomatics and land management across the province. Totally, 48 participants from 36 municipalities responded to the survey. This includes 21 cities (32 participants), fifteen regional county municipalities (fifteen participants), and one metropolitan community (one participant). The results show that 91% of the participating municipal actors use cadastral maps. In case of super-imposed properties, where vertical cadaster is available, 84% of the respondents effectively benefit from the complementary plans for regulating the respective professional activities. The respondents have confirmed a real need for volumetric cadastral representation as 81% of them would like to have such representation at their disposal. 3D cadastral models have been considered useful to enhance the principal usages of cadastral maps such as taxation, issuance of construction permits, and regional and urban planning. In terms of content, 85% of the respondents indicate that the capabilities to represent the official measures (i.e. length of limits and edges, area, and volume), to distinguish between private and common lots, and to provide the volumetric geometry of the lots are among the necessary requirements of volumetric cadastral representations. Finally, a two-step procedure (vector digitization followed by 3D modeling) is proposed to improve the automation of volumetric cadastral reconstruction from image-form complementary plans (stored in PDF files). This procedure has been tested on a three-story condominium and takes 64 interventions in 17 minutes to complete.

La réalité augmentée (R.A.) est un domaine de recherche qui vise la combinaison d'environnements réels et virtuels en temps réel de façon à ce que ceux-ci semblent co-exister. De façon à obtenir un rendu réaliste, les interactions entre les deux environnements doivent être modélisées et gérées. Nous nous sommes intéressés à la gestion des occultations des objets virtuels par les objets réels. Cette gestion nécessite une acquisition d'informations 3D sur la scène réelle. Le projet du castelet électronique fournit un contexte applicatif approprié à cette étude. Deux approches d'acquisition sont présentées et analysées : une approche monoscopique basée sur une pré-modélisation approximative des objets réels et une approche stéréoscopique effectuant l'acquisition d'informations 3D en temps réel selon le point de vue

Le contrôle de l'alignement des molécules de cristal liquide a une grande importance technique dans le domaine des afficheurs à cristaux liquides. Ce contrôle passe par une programmation des interactions de surface entre les cristaux liquides et le substrat. Nous proposons une étude du contrôle optique de l'alignement des cristaux liquides grâce à un substrat de mésogène réactif dopé par un colorant azobenzène et traité par un laser argon de polarisation circulaire. Nous nous intéressons également au cours de cette étude à la mouillabilité des cristaux liquides sur le substrat ayant subi le traitement optique. Nous montrons que ce mouillage peut être contrôlé par une exposition laser adéquate. Notre étude met en lumière les interactions à une interface liquide anisotrope-solide anisotrope qui sont d'un grand intérêt aussi bien théorique que pratique.

Les dispositifs de stimulation tactile sont des systèmes destinés à fournir un retour sensoriel à leurs utilisateurs. Ils enrichissent les interfaces homme-machine dans les applications de réalité virtuelle ou augmentée. Ce mémoire traite de l’apport des microsystèmes électromécaniques (MEMS) actionnés magnétiquement à la réalisation d’interfaces de stimulation tactile facilement intégrables.Un état de l’art des solutions d’actionnement mises en œuvre dans les dispositifs existants est proposé, ainsi qu'une définition des besoins pour les applications visées. Les solutions retenues sont basées sur l’actionnement magnétostatique.Les premiers prototypes d’interfaces de stimulation tactile se présentent sous la forme d'un réseau de 4x4 actionneurs élastomériques hybrides avec un pas de 2 mm, combinant microfabrication et techniques de fabrication conventionnelles. La conception et l’élaboration de ces micro-actionneurs est présentée en détail. L'actionnement impulsionnel permet d'atteindre des amplitudes de vibration importantes (jusqu'à 200 µm) et des forces élevées (32mN par actionneur). Des tests sensoriels confirment enfin leur efficacité. Des micro-bobines ont aussi été développées afin de répondre aux besoins des micro-actionneurs magnétiques, ainsi qu'au cahier des charges des interfaces de stimulation tactile. Diverses configurations de micro-bobines adaptées à l'actionnement de puissance sont proposées et réalisées par électrodéposition. Des micro-actionneurs basés sur ces bobines intégrées ont alors été réalisés, puis caractérisés. L'utilité des bobines pour les micro-actionneurs de puissance est alors discutée face aux solutions d’actionnement hybride / Tactile display devices are systems bound to provide a tactile feedback to their users. They improve human-machine interfaces in the fields of virtual or augmented reality. This report deals with the contribution of magnetically actuated micro-electro-mechanical systems (MEMS) to the elaboration of easily integrable tactile display devices.A state of the art of actuation techniques used in existing devices is proposed, along with a requirements analysis for tactile applications. Magnetostatic actuation was considered for these needs.First tactile display device prototypes are designed as a network of 4x4 hybrid elastomeric micro-actuators with a 2 mm pitch, and combined microfabrication and conventional fabrication techniques.The conception and elaboration of these micro-actuators is detailed. High vibration amplitudes can be reached using pulse actuation (up to 200 µm), with instantaneous forces of 32 mN per actuator. Sensitive tests were also achieved in order to confirm their efficiency.Micro-coils were also developed in order to fulfill the magnetic micro-actuators needs, and meet the requirements for tactile display devices. Various micro-coil configurations suitable for power actuation are proposed and elaborated by electrodeposition. Micro-actuators based on elastomeric membranes were fabricated and characterized. The contribution of these micro-coils for micro-actuation is discussed face with hybrid approaches

Indépendance d'un logiciel graphique par rapport à son contexte d'utilisation. Conception et réalisation d'un logiciel graphique basé sur le concept de "console virtuelle". La première génération de GRIGRI. La conception du logiciel GRIGRI. La réalisation du logiciel GRIGRI. Etude des deux types d'interpréteurs. Directives pour l'insertion du logiciel dans un contexte quelconque

Les surfaces tactiles ayant connu un grand essor ces dernières années, le grand public les utilise quotidiennement pour de multiples tâches, telles que la consultation d'e-mail, la manipulation de photos, etc. En revanche, très peu d'applications 3D existent sur ces dispositifs, alors que de telles applications pourraient avoir un grand potentiel dans des domaines variés, telles que la culture, l'architecture, ou encore l'archéologie. La difficulté majeure pour ce type d'applications est d'interagir avec un espace défini en trois dimensions à partir d'une modalité d'interaction définie en deux dimensions. Les travaux effectués dans cette thèse explorent l'association entre surfaces tactiles et manipulation de contenu 3D pour le grand public. Les premières études ont été réalisées afin de comprendre comment l'utilisateur réagit pour manipuler un objet virtuel 3D avec une surface tactile sans lui imposer de techniques d'interaction particulières. De par les connaissances acquises sur les utilisateurs, les travaux suivants présentent l'élaboration de nouvelles techniques d'interaction ainsi que leur évaluation.