Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’anthropométrie est le domaine scientifique qui étudie les dimensions du corps humain. La complexité de la morphologie du corps nécessite une analyse 3D, aujourd’hui permise par les progrès des scanners 3D. L’objectif de cette étude est de comparer les populations et utiliser les résultats pour mieux adapter les produits sportifs à la morphologie des utilisateurs. Des campagnes de mensuration 3D ont été réalisées et des algorithmes de traitement automatique ont été créés pour analyser les nuages de points des sujets scannés. Basés sur les méthodes d’images et de géométrie, ces algorithmes repèrent des points anatomiques, calculent des mesures 1D, alignent les sujets scannés et créent des modèles anthropométriques 3D représentatifs des populations. Pour analyser les caractéristiques anthropométriques, des statistiques de premier ordre et factorielles ont été adaptées pour être utilisées dans l’espace 3D. Les méthodes ont été appliquées à trois parties : le pied, la tête et la poitrine. Les différences morphologiques entre les populations, mais également au sein d’une population donnée, ont été révélées. Par exemple, la différence à chaque point de la tête entre des têtes a été calculée. Les statistiques en trois dimensions ont aussi permis de mettre en évidence l’asymétrie de la tête. La méthode de création de modèles anthropométriques est plus adaptée à nos applications que les méthodes dans la littérature. L’analyse en trois dimensions permet d’obtenir des résultats qui ne sont pas visibles par les analyses 1D. Les connaissances acquises par cette étude sont utilisées pour la conception de différents produits vendus dans les magasins DECATHLON à travers le monde. / Anthropometry is the scientific field that studies human body dimensions (from the greek άνθρωπος (human) + μέτρον (measure)). Anthropometrical analysis is based actually on 1D measurements (head circumference, length, etc). However, the body’s morphological complexity requires 3D analysis. This is possible due to recent progress of 3D scanners. The objective of this study is to compare population’s anthropometry and use results to adapt sporting goods to user’s morphology. For this purpose, 3D worldwide measurement campaigns were realized and automated treatment algorithms were created in order to analyze the subjects’ point cloud. Based on image processing methods and on shape geometry, these algorithms detect anatomical landmarks, calculate 1D measurements, align subjects and create representative anthropometrical 3D models. In order to analyze morphological characteristics, different statistical methods including components’ analysis, were adapted for use in 3D space. The methods were applied in three body parts: the foot, the head and the bust. The morphological differences between and inside the populations were studied. For example, the difference in each point of the head, between Chinese and European head, was calculated. The statistics in three dimensions, permitted also to show the asymmetry of the head. The method to create anthropometrical models is more adapted to our applications than the methods used in the literature. The analysis in three dimensions, can give results that they are not visible from 1D analyses. The knowledge of this thesis is used for the conception of different products that they are sold in DECATHLON stores around the world.

L'étude des mobilités du rachis lombal est le plus souvent envisagée en considérant l'action isolée des éléments anatomiques de la région. La complexité et la diversité de cette anatomie imposent une approche par modélisation qui concerne les éléments osseux, musculaires et conjonctifs de cette région. Cette modélisation est réalisée sur la base d’une coupe transversale schématisée et transposée dans les logiciels de C.A.O. CATIA, de maillage SAMCEFIELD et de collage des composants SAMCEF. Ce dernier permettant par ailleurs d’affecter des propriétés mécaniques spécifiques à chacun des composants. Les déformations du modèle élaboré de la région lombale sous l’effet de contraintes sont ensuite comparées à celles observées en IRM dynamique. Cette modélisation débouche sur une appréciation d’actes rééducatifs des affections lombales et sur une généralisation et un affinement du principe de modélisation d’une gamme plus étendue des composants du rachis. / Abstract

L’anthropométrie est le domaine scientifique qui étudie les dimensions du corps humain. La complexité de la morphologie du corps nécessite une analyse 3D, aujourd’hui permise par les progrès des scanners 3D. L’objectif de cette étude est de comparer les populations et utiliser les résultats pour mieux adapter les produits sportifs à la morphologie des utilisateurs. Des campagnes de mensuration 3D ont été réalisées et des algorithmes de traitement automatique ont été créés pour analyser les nuages de points des sujets scannés. Basés sur les méthodes d’images et de géométrie, ces algorithmes repèrent des points anatomiques, calculent des mesures 1D, alignent les sujets scannés et créent des modèles anthropométriques 3D représentatifs des populations. Pour analyser les caractéristiques anthropométriques, des statistiques de premier ordre et factorielles ont été adaptées pour être utilisées dans l’espace 3D. Les méthodes ont été appliquées à trois parties : le pied, la tête et la poitrine. Les différences morphologiques entre les populations, mais également au sein d’une population donnée, ont été révélées. Par exemple, la différence à chaque point de la tête entre des têtes a été calculée. Les statistiques en trois dimensions ont aussi permis de mettre en évidence l’asymétrie de la tête. La méthode de création de modèles anthropométriques est plus adaptée à nos applications que les méthodes dans la littérature. L’analyse en trois dimensions permet d’obtenir des résultats qui ne sont pas visibles par les analyses 1D. Les connaissances acquises par cette étude sont utilisées pour la conception de différents produits vendus dans les magasins DECATHLON à travers le monde. / Anthropometry is the scientific field that studies human body dimensions (from the greek άνθρωπος (human) + μέτρον (measure)). Anthropometrical analysis is based actually on 1D measurements (head circumference, length, etc). However, the body’s morphological complexity requires 3D analysis. This is possible due to recent progress of 3D scanners. The objective of this study is to compare population’s anthropometry and use results to adapt sporting goods to user’s morphology. For this purpose, 3D worldwide measurement campaigns were realized and automated treatment algorithms were created in order to analyze the subjects’ point cloud. Based on image processing methods and on shape geometry, these algorithms detect anatomical landmarks, calculate 1D measurements, align subjects and create representative anthropometrical 3D models. In order to analyze morphological characteristics, different statistical methods including components’ analysis, were adapted for use in 3D space. The methods were applied in three body parts: the foot, the head and the bust. The morphological differences between and inside the populations were studied. For example, the difference in each point of the head, between Chinese and European head, was calculated. The statistics in three dimensions, permitted also to show the asymmetry of the head. The method to create anthropometrical models is more adapted to our applications than the methods used in the literature. The analysis in three dimensions, can give results that they are not visible from 1D analyses. The knowledge of this thesis is used for the conception of different products that they are sold in DECATHLON stores around the world.

L’anthropométrie est le domaine scientifique qui étudie les dimensions du corps humain. La complexité de la morphologie du corps nécessite une analyse 3D, aujourd’hui permise par les progrès des scanners 3D. L’objectif de cette étude est de comparer les populations et utiliser les résultats pour mieux adapter les produits sportifs à la morphologie des utilisateurs. Des campagnes de mensuration 3D ont été réalisées et des algorithmes de traitement automatique ont été créés pour analyser les nuages de points des sujets scannés. Basés sur les méthodes d’images et de géométrie, ces algorithmes repèrent des points anatomiques, calculent des mesures 1D, alignent les sujets scannés et créent des modèles anthropométriques 3D représentatifs des populations. Pour analyser les caractéristiques anthropométriques, des statistiques de premier ordre et factorielles ont été adaptées pour être utilisées dans l’espace 3D. Les méthodes ont été appliquées à trois parties : le pied, la tête et la poitrine. Les différences morphologiques entre les populations, mais également au sein d’une population donnée, ont été révélées. Par exemple, la différence à chaque point de la tête entre des têtes a été calculée. Les statistiques en trois dimensions ont aussi permis de mettre en évidence l’asymétrie de la tête. La méthode de création de modèles anthropométriques est plus adaptée à nos applications que les méthodes dans la littérature. L’analyse en trois dimensions permet d’obtenir des résultats qui ne sont pas visibles par les analyses 1D. Les connaissances acquises par cette étude sont utilisées pour la conception de différents produits vendus dans les magasins DECATHLON à travers le monde. / Anthropometry is the scientific field that studies human body dimensions (from the greek άνθρωπος (human) + μέτρον (measure)). Anthropometrical analysis is based actually on 1D measurements (head circumference, length, etc). However, the body’s morphological complexity requires 3D analysis. This is possible due to recent progress of 3D scanners. The objective of this study is to compare population’s anthropometry and use results to adapt sporting goods to user’s morphology. For this purpose, 3D worldwide measurement campaigns were realized and automated treatment algorithms were created in order to analyze the subjects’ point cloud. Based on image processing methods and on shape geometry, these algorithms detect anatomical landmarks, calculate 1D measurements, align subjects and create representative anthropometrical 3D models. In order to analyze morphological characteristics, different statistical methods including components’ analysis, were adapted for use in 3D space. The methods were applied in three body parts: the foot, the head and the bust. The morphological differences between and inside the populations were studied. For example, the difference in each point of the head, between Chinese and European head, was calculated. The statistics in three dimensions, permitted also to show the asymmetry of the head. The method to create anthropometrical models is more adapted to our applications than the methods used in the literature. The analysis in three dimensions, can give results that they are not visible from 1D analyses. The knowledge of this thesis is used for the conception of different products that they are sold in DECATHLON stores around the world.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les travaux décrits dans ce manuscrit ont pour thème général le recalage de séquences d'images multimodales : Image par Résonance Magnétique (IRM), Tomographie par Émission de Positons (TEP) et images de scanner X (CT) synchronisées à l'électrocardiogramme (ECG). Ces modalités présentent un intérêt pour l'évaluation de la fonction cardiaque permettant un diagnostic et un suivi des pathologies cardio-vasculaires. La TEP permet d'évaluer la fonction ventriculaire et l'IRM est une méthode de référence pour l'étude de la fonction ventriculaire gauche. L'intérêt de ce recalage est de pouvoir fusionner des images fonctionnelles, apportées par la TEP étudiant la viabilité myocardique et des images anatomiques plus précises apportées par l'IRM. Le recalage de ces séquences d'images, nécessite la mise en place de méthodes adaptées aux modalités mises en jeu et se décompose en deux étapes distinctes : (i) un recalage global 3D rigide, entre les données IRM et CT, fondé sur une approche modèle et (ii) un recalage local 2D utilisant l'information mutuelle et une Free Form Deformation (FFD). Concernant la première étape, nous proposons l'utilisation de modèles cardiaques 3D définis sur les données IRM et CT et recalés par ICP. Le recalage local 2D fait l'objet de deux contributions. Afin de rendre l'information mutuelle sensible aux informations des données TEP et CT, nous proposons la création d'une image composite qui permet de rendre compte des contours du myocarde (visibles sur les images TEP) et de l'enveloppe totale du coeur (visible sur les images CT). Pour optimiser notre processus dans l'étude de la séquence complète des images, nous proposons une initialisation originale aux transformations utilisées en utilisant le champ de déplacement temporel issu des données IRM. L'ensemble des résultats obtenus a été évalué par un expert

Ce travail a consisté à restaurer deux chaînes d'avant-pays arquées imbriquées situées dans la partie frontale des Alpes franco-suisses: les Chaînes Subalpines Septentrionales (CSS) et le Jura à leur front. Le Jura a été rétrodéformé à l'aide d'un logiciel de restauration en 3D UNFOLD et les CSS sur la base de coupes sériées. La restauration 3D du Jura indique champ de déplacement vers le front de l'arc. Nous montrons que le décollement du Jura doit s'enraciner dans des chevauchements crustaux supposés ou dans le décollement des CSS. Les données sur la chronologie des déformations ne permettant pas de distinguer les deux hypothèses, nous utilisons les résultats de la restauration des CSS pour proposer un nouveau modèle pour la propagation des déformations dans les Alpes Externes franco-suisses entre l'Oligocène et le Pliocène.

L’utilisation de scanners 3D permet d’obtenir, en fin de chaîne de traitement, des modèles tridimensionnels de haute résolution d’objets ou de sites. Ces modèles combinent une représentation formée d’un très grand nombre de points, couplée avec des textures photographiques pour simuler au mieux la réalité. Ils peuvent servir de base à de futures recherches, au calcul de diverses informations, à des propositions de restitutions, comme illustration, ou encore à l’archivage.Pour pouvoir être manipulées et exploitées, il est nécessaire de corriger ces données. Différents traitements doivent ainsi être appliqués :la suppression des défauts dus au processus de digitalisation ou à l’environnement de numérisation, la mise en correspondance de balayages partiels, l’élimination des objets parasites ou encore l’homogénéisation de l’aspect des surfaces. Les méthodes actuelles ne permettent pas d’effectuer aisément ces traitements de manière rapide et performante. Elles requièrent de nombreuses interventions manuelles, souvent lourdes et fastidieuses.Cette thèse vise à définir une méthodologie et à fournir les algorithmes et les outils nécessaires au post-traitement de ces acquisitions tridimensionnelles de grande taille, de manière automatisée tout en tenant compte des volumes de données à manipuler. Une structure de données adaptée au problème est proposée ainsi qu’une base d’outils destinée au traitement de volumes importants de points, en considérant la mémoire nécessaire et le temps de calcul requis. Nous proposons sur cette base une chaîne de traitement pour gérer les erreurs géométriques, liées au processus de numérisation, ainsi que les problèmes de colorisation, liés à l’acquisition de photographies dans des conditions variables (éclairage non contrôlé). Nous pouvons identifier quatre types d’erreurs géométriques qui vont ainsi être traitées :le bruit de mesure, la présence de valeurs aberrantes, les trainées de points et les inconsistances dans le modèle. La colorisation se base sur l’utilisation de l’ensemble des photographies effectuées sur le terrain en tenant compte de la variabilité des conditions d’acquisition (éclairage naturel, présence d’ombres, risque de surexposition, ). La solution proposée est compatible avec un calcul en temps réel comparativement à la durée d’acquisition sur le terrain, permettant d’obtenir des informations pertinentes pour guider le travail de terrain. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse est centrée sur l'affichage et la manipulation en temps interactif au sein d'un navigateur Internet de modèles 3D issus de Systèmes d'Informations Géographiques (SIG). Ses principales contributions sont la visualisation de terrains 3D haute résolution, la simplification de maillages irréguliers sur GPU, et la création d'une nouvelle API navigateur permettant de réaliser des traitements lourds et efficaces (parallélisme GP/GPU) sans compromettre la sécurité. La première approche proposée pour la visualisation de modèles de terrain s'appuie sur les récents efforts des navigateurs pour devenir une plateforme versatile. Grâce aux nouvelles API 3D sans plugin, nous avons pu créer un client de visualisation de terrains "streamés" à travers HTTP. Celui-ci s'intègre parfaitement dans les écosystèmes Web-SIG actuels (desktop et mobile) par l'utilisation des protocoles standards du domaine (fournis par l'OGC, Open Geospatial Consortium). Ce prototype s'inscrit dans le cadre des partenariats industriels entre ATOS Worldline et ses clients SIG, et notamment l'IGN (institut national de l'information géographique et forestière) avec le Géoportail (http://www.geoportail.gouv.fr) et ses API cartographiques. La 3D dans les navigateurs possède ses propres défis, qui sont différents de ce que l'on connaît des applications lourdes : aux problèmes de transfert de données s'ajoutent les restrictions et contraintes du JavaScript. Ces contraintes, détaillées dans le paragraphe suivant, nous ont poussé à repenser les algorithmes de référence de visualisation de terrain afin de prendre en compte les spécificités dues aux navigateurs. Ainsi, nous avons su profiter de la latence du réseau pour gérer dynamiquement les liaisons entre les parties du maillage sans impacter significativement la vitesse du rendu. Au-delà de la visualisation 3D, et bien que le langage JavaScript autorise le parallélisme de tâches, le parallélisme de données reste quasi inexistant au sein des navigateurs Web. Ce constat, couplé à la faiblesse de traitement du JavaScript, constituait un frein majeur dans notre objectif de définir une plateforme SIG complète et performante intégrée au navigateur. C'est pour cette raison que nous avons conçu et développé, à travers les WebCLWorkers, une API Web de calcul GP/GPU haute performance répondant aux critères de simplicité et de sécurité inhérents au Web. Contrairement à l'existant, qui se base sur des codes déjà précompilés ou met de côté les performances, nous avons tenté de trouver le bon compromis pour avoir un langage proche du script mais sécurisé et performant, en utilisant les API OpenCL comme moteur d'exécution. Notre proposition d'API a intéressé la fondation Mozilla qui nous a ensuite demandé de participer à l'élaboration du standard WebCL dans la cadre du groupe Khronos, (aux côtés de Mozilla mais aussi de Samsung, Nokia, Google, AMD, etc.). Grâce aux nouvelles ressources de calcul ainsi obtenues, nous avons alors proposé un algorithme de simplification parallèle de maillages irréguliers. Alors que l'état de l'art repose essentiellement sur des grilles régulières pour le parallélisme (hors Web) ou sur la simplification via clusterisation et kd-tree, aucune solution ne permettait d'avoir à la fois une simplification parallèle et des modèles intermédiaires utilisables pour la visualisation progressive en utilisant des grilles irrégulières. Notre solution repose sur un algorithme en trois étapes utilisant des priorités implicites et des minima locaux afin de réaliser la simplification, et dont le degré de parallélisme est linéairement lié au nombre de points et de triangles du maillage à traiter [etc...]GP/GPU / This thesis focuses on displaying and manipulating 3D models from Geographic Information Systems (GIS) in interactive time directly in a web browser. Its main contributions are the visualization of high resolution 3D terrains, the simplification of irregular meshes on the GPU, and the creation of a new API for performing heavy and effective computing in the browser (parallelism GP/GPU) without compromising safety. The first approach proposed for the visualization of terrain models is built on recent browsers efforts to become a versatile platform. With the new 3D pluginless APIs, we have created a visualization client for terrain models “streamed” through HTTP. It fits perfectly into the current Web-GIS ecosystem (desktop and mobile) by the use of the standard protocols provided by OGC Open Geospatial Consortium. This prototype is part of an industrial partnership between ATOS Wordline and its GIS customer, and particularly the IGN (French National Geographic Institute) with the Geoportail application (http://www.geoportail.gouv.fr) and its mapping APIs. The 3D embedded in browsers brings its own challenges which are different from what we know in heavy applications: restrictions and constraints from JavaScript but also problems of data transfer. These constraints, detailed in the next paragraph, led us to rethink the standard algorithms for 3D visualization to take into account the browser specificities. Thus, we have taken advantage of network latency to dynamically manage the connections between the different parts of the mesh without significantly impacting the rendering speed. Beyond 3D visualization, and even if the JavaScript language allows task parallelism, data parallelism remains absent from Web browsers. This observation, added to the slowness of JavaScript processing, constituted a major obstacle in our goal to define a complete and powerful GIS platform integrated in the browser. That is why we have designed and developed the WebCLWorkers, a GP/GPU Web API for high performance computing that meets the criteria of simplicity and security inherent to the Web. We tried to find a trade-off for a language close to the script but secure and efficient, based on the OpenCL API at runtime. This approach is opposite to the existing ones, which are either based on precompiled code or disregard performances. Our API proposal interested the Mozilla Foundation which asked us to participate in the development of the WebCL standard by integrating the Khronos Group (Mozilla, Samsung, Nokia, Google, AMD, and so on). Exploiting these new computing resources, we then suggested an algorithm for parallel simplification of irregular meshes. While the state of the art was mainly based on regular grids for parallelism (and did not take into account Web browsers restrictions) or on simplification and kd-tree clustering, no solution could allow both parallel simplification and progressive visualization using irregular grids. Our solution is based on a three-step algorithm using implicit priorities and local minima to achieve simplification, and its degree of parallelism is linearly related to the number of points and triangles in the mesh to process. We have proposed in the thesis an innovative approach for 3D WebGIS pluglinless visualization, offering tools that bring to the browser a comfortable GP/GPU computing power, and designing a method for irregular meshes parallel simplification allowing to visualize level of details directly in Web browsers. Based on these initial results, it becomes possible to carry all the rich functionalities of desktop GIS clients to Web browsers, on PC as well as mobile phones and tablets