Par l'exploitation de nos capacités visuelles, la visualisation scienti que entend proposer aux ingénieurs et aux chercheurs un outil visant à les assister dans l'acquisition de connaissance à partir de phénomènes complexes. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette lignée, à ceci près qu'il s'intéresse plutôt à l'utilisation des technologies de la Réalité Virtuelle dans le but d'amener un utilisateur expert au coeur du processus d'exploration et d'analyse des données, ce que nous appelons Exploration de données scienti fiques. Dans le but d'arriver à des processus d'exploration efficaces, notre recherche s'est portée sur la mise en place de techniques d'interactions intuitives, susceptibles d'exploiter au mieux les capacités sensorimotrices de l'être humain. Pour atteindre cet objectif, deux conditions nous paraissent être essentielles. D'une part, il faut que les informations transmises via différents canaux sensorimoteurs aient une certaine cohérence à être délivrées ensemble : il est primordial que l'exploitation d'un canal pour véhiculer une information ne soit pas en concurrence avec ce qui est fait sur un autre canal. D'autre part, il est souhaitable que le potentiel de chaque canal soit utilisé au meilleur de sa capacité. Dans ce contexte, ce travail a débuté par une analyse de l'utilisation de l'haptique dans l'Exploration de données scientifi ques. Pour ce type d'usage, il a été identifié quatre tâches fondamentales (Sélectionner, Localiser, Relier et Arranger) pour lesquelles l'haptique semble présenter un réel avantage par rapport aux autres canaux sensoriels. Pour chacune de ces tâches, nous avons montré, au travers d'une large étude bibliographique, comment l'interaction haptique pouvait être exploitée afi n d'off rir des méthodes d'exploration efficaces. Sur la base de cette analyse organisée autour de ces quatre catégories, nous avons ensuite mis en évidence les problématiques liées aux tâches identifiées. Ainsi, nous avons souligné, d'une part que l'haptique pouvait faciliter la sélection de données scienti fiques dans des contextes où celles-ci sont massives, et d'autre part nous avons montré le besoin de mettre en place de nouvelles méthodes de suivi de structures d'intérêts (iso-surfaces, lignes de courant etc.). Notre problématique ayant ainsi été posée, nous avons d'une part étudié l'utilisation de retour multimodaux non visuels pour la recherche et la sélection de cibles dans un environnent virtuel 3d. Les situations impliquant une ou plusieurs cibles furent analysées, et plusieurs paradigmes d'interaction ont été proposés. Dans cet ordre d'idées, nous sommes arrivés à défi nir et valider un principe directeur pour l'usage de retours haptico-sonores pour la recherche et la sélection d'une cible donn ée située dans une scène 3d pouvant en contenir plusieurs autres. Nous avons en eff et montré que, pour une telle tâche, il était préférable d'exploiter la spatialisation sonore a n de localiser la cible désirée dans l'espace, tandis que le retour haptique permettait une sélection précise de la cible. D'autre part, nous nous sommes attaqués aux problèmes liés au rendu haptique d'ensembles de données pouvant présenter de fortes variations. A cet eff et, suite à un rappel de l'apport de l'haptique pour le rendu de surfaces dans le domaine médical, nous avons analysé certains besoins pouvant être comblés par l'ajout de ce canal sensorimoteur dans l'analyse d'iso-surfaces issues de simulation de Mécanique des Fluides Numérique (MFN). Par la suite nous avons proposé et évalué, par l'intermédiaire d'expériences de perception et de mesures de performance, de nouvelles méthodes de rendu haptique d'iso-surfaces dont l'une des originalités est de pouvoir se passer d'une représentation polygonale intermédiaire. En fin, nous avons appliquécette nouvelle approche d'exploration de données scientifi ques à l'analyse des résultats d'une simulation d'un écoulement dans une cavité ouverte. Ainsi, nous avons proposé deux méthodes d'analyse multi-sensorielle, dédiées à l'exploration d'un ensemble de données issu d'une simulation de MFN, en exploitant les approches génériques développées précédemment. La première méthode concerne une analyse interactive de la géométrie de l'écoulement, alors que la seconde se rapporte à une analyse multi-sensorielle de la topologie de l'écoulement. Les premières évaluations menées ont indiqué que les méthodes proposées tendaient à favoriser une meilleure compréhension du phénomène analysé et qu'elles pouvaient diminuer la charge cognitive habituellement requise par une telle tâche. A titre de conclusion, soulignons que cette thèse de doctorat ouvre la voie à un certain nombre de perspectives de recherches. A court terme, il s'agit de compléter les travaux relatifs à l'analyse de l'aspect dynamique de la simulation d'un écoulement dans une cavité ouverte. Ces travaux consisteront à proposer et valider différentes interactions multimodales visant à examiner les échanges/recirculations pouvant exister entre/dans les parties de la dite cavité. Mais au-delà des travaux relatifs à la MFN, l'expérience acquise à travers ces travaux pluridisciplinaires (informatique, mécanique des fluides, ergonomie cognitive) me permettra à moyen terme d'élargir mes travaux de recherche à l'exploration de données médicales, météorologiques, ou géologiques.

<p><p><strong>ABSTRACT</strong></p><p>Syftet med mitt examensarbete är att forska i om bilder genererade ur 3D-modeller är en effektiv illustreringsmetod vid artbestämning. Arbetet består av två delar, en praktisk och en teoretisk. Den praktiska delen av arbetet ska resultera i renderade bilder av en mångfoting sedd utifrån olika vinklar och avstånd. Detaljrikedom och manér ska vara fotorealistiska. Den teoretiska delen ska ta upp fördelar och nackdelar med 3D som bildteknik vid artbestämning. Jag ska även redogöra för de vanligaste bildteknikerna, som används vid naturvetenskaplig illustration samt kortfattat berätta om nya tekniker.</p><p>En av de största fördelarna med att använda sig av 3D-visualisering vid artbestämning är om man arbetar med snarlika arter. Att generera bilder ur 3D-modeller kan vara en effektiv metod därför att man kan utgå ifrån en och samma grundmodell när man modellerar olika arter och endast göra förändringar där det behövs. Andra fördelar är att det går att vrida och böja på en grundmodell samt att man kan få ut renderingar av ett objekt i många olika vinklar och från olika avstånd. På så vis går det att använda sig av en och samma grundmodell när man jobbar med snarlika arter och ändå få ut varierade bilder i slutändan.</p></p>

Créer une séquence d´images qui résume une animation est une tache effectuée dans de nombreux domaines, allant de la bande-dessinée à la conception de schémas d´assemblage. Une telle représentation repose sur la projection de données 3D plus temps vers un support 2D, et induit inévitablement une perte d´informations. Compenser cette perte relève encore aujourd´hui du traitement au cas par cas, et est très généralement fait de manière manuelle. L´objectif de cette thèse est de développer des algorithmes automatisant cette tache et restant les plus généraux possible. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la visualisation en images d´animations de particules, en essayant d´identifier puis d'illustrer leurs mouvements généraux. Une animation se déroulant généralement dans un décor géométrique spécifique, nous avons proposé une méthode pour afficher ce décor en tenant compte du résumé de l'animation. Enfin, afin d´enrichir nos images d´informations textuelles ou contextuelles, nous avons étudié le problème de l´annotation dynamique d´une scène 3D et les difficultés de cohérence temporelle soulevées.

La visualisation de données tridimensionnelles est en train de devenir une étape obligée dans les processus de conception et de validation numérique. L'un des obstacles à sa diffusion est la complexité des phénomènes mis en jeu, qui s'oppose au besoin évident d'interactivité. Ce mémoire fait le point sur les recherches récentes, en particulier celles menées par l'auteur, en vue de prendre en compte cette complexité sous toutes ses formes. Il s'agit par exemple de la complexité géométrique (nombre d'objets, formes variées), dont on peut s'accommoder grâce à des techniques de calcul hiérarchique. La méthode de radiosité utilisant le regroupement d'objets permet ainsi de simuler l'éclairage de scènes complexes à différents niveaux de détail. La complexité peut aussi provenir des propriétés radiométriques des objets (sources de lumière, réflecteurs...), et des algorithmes de manipulation de données directionnelles sont proposés. Enfin, le contrôle de la qualité des simulations et du degré d'approximation acceptable fait l'objet d'une discussion.

Le soudage par friction malaxage FSW est un procédé de soudage à l'état solide, sans fusion du matériau. La soudure est réalisée par l'action d'un outil composé d'un épaulement et d'un pion positionné à l'interface des deux pièces à souder. L'outil a deux rôles : échauffement de la matière par frottement de l'épaulement, malaxage de la matière par l'intermédiaire du pion. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un partenariat entre Arts et Métiers ParisTech et l'Institut de Soudure. Son objectif est de développer un modèle de simulation du FSW afin de réduire le nombre d'essais expérimentaux nécessaire à l'optimisation du procédé. Ainsi, plusieurs points ont été abordés dans ce manuscrit. Une analyse expérimentale des cycles thermiques et des mouvements de matière dans le cas où les pions sont non filetés a été menée. Cette situation permet (1) de faciliter la comparaison avec la simulation numérique et (2) de se placer dans les conditions de pions usés. L'analyse des formulations (lagrangienne, eulérienne et ALE) en vue de choisir celle la plus appropriée pour représenter les écoulements de matière a permis de retenir une formulation eulérienne (mise en œuvre dans le logiciel FLUENT) pour estimer les champs thermiques et de vitesses à l'état stationnaire. La mise en place d'un modèle numérique dans le logiciel FLUENT est présentée. Nous avons en particulier étudier l'influence des paramètres numériques sur les résultats et mis en place une stratégie d'identification de certains paramètres non accessibles expérimentalement. Une comparaison fine entre nos résultats expérimentaux et ceux issus des simulations a été effectuée avec succès. L'étude de l'impact des paramètres process (vitesse d'avance, vitesse de rotation) et de la géométrie du pion sur les champs thermiques et de vitesses a permis de mettre en évidence le lien entre les champs de vitesse et la présence de défauts de type tunnel.

To cope with the complexity of large object-oriented software systems, developers organize classes into subsystems using the concepts of module or package. Such modular structure helps software systems to evolve when facing new requirements. The organization of classes into packages and/or subsystems represents the software modularization. the software modularization usually follows interrelationships between classes. Ideally, packages should to be loosely coupled and cohesive to a certain extent. However, Studies show that as software evolves to meet requirements and environment changes, the software modularization gradually drifts and looses quality. As a consequence, the software modularization must be maintained. It is thus important to understand, to assess and to optimize the organization of packages and their relationships. Our claim is that the maintenance of large and complex software modularizations needs approaches that help in: (1) understanding package shapes and relationships; (2) assessing the quality of a modularization, as well as the quality of a single package within a given modularization; (3) optimizing the quality of an existing modulariza- tion. In this thesis, we concentrate on three research fields: software visualizations, metrics and algorithms. At first, we define two visualizations that help maintainers: (1) to understand packages structure, usage and relationships; (2) to spot patterns; and (3) to identify misplaced classes and structural anomalies. In addition to visual- izations, we define a suite of metrics that help in assessing the package design quality (i.e., package cohesion and coupling). We also define metrics that assess the quality of a collection of inter-dependent packages from different view points, such as the degree of package coupling and cycles. Finally, we define a search-based algorithm that automatically reduces package coupling and cycles only by moving classes over existing packages. Our optimization approach takes explicitly into account the origi- nal class organization and package structure. It also allows maintainers to control the optimization process by specifying: (1) the maximal number of classes that may change their packages; (2) the classes that are candidate for moving and the classes that should not; (3) the packages that are candidate for restructuring and the packages that should not; and (4) the maximal number of classes that a given package can entail. The approaches presented in this thesis have been applied to real large object- oriented software systems. The results we obtained demonstrate the usefulness of our visualizations and metrics; and the effectiveness of our optimization algorithm.

<p>Most traffic accidents are caused by human factors. The design of the driver environment has proven essential to facilitate safe driving. With the advent of new devices such as mobile telephones, GPS-navigation and similar systems the workload on the driver has been even more complicated. There is an obvious need for tools supporting objective evaluation of such systems, in order to design more effective and simpler driver environments. </p><p>At the moment video is the most used technique for capturing the drivers visual behaviour. But the analysis of these recordings is very time consuming and only give an estimate of where the visual attention is. An automated tool for analysing visual behaviour would minimize the post processing drastically and leave more time for understanding the data. </p><p>In this thesis the development of a tool for visualising where the driver’s attention is while driving the vehicle. This includes methods for playing back data stored on a hard drive, but also methods for joining data from multiple different sources.</p>

<p>The main problem that is addressed in this thesis is how to represent complex three-dimensional objects in GIS in order to render a more realistic representation of the real world. The goal is to present an approach for representing complex 3D objects in GIS. This is achieved by using commercial GIS (ArcGIS), applied to 3D properties. In order to get a clear overview of the state-of-the-art of 3D GIS and the current 3D cadastral situation a literature study was carried out. Based on this overview it can be concluded that 3D GIS still is in its initial phase. Current 3D GIS developments are mainly in the area of visualisation and animation, and almost nothing in the area of spatial analysis and attribute handling. Furthermore, the literature study reveals that no complete solution has been introduced that solves the problems involved in 3D cadastral registration. In several countries (e.g. Sweden, Denmark, Norway, Netherlands, Israel, and Australia) 3D properties exists in a juridical framework, but technical issues such as how to represent, store, and visualize 3D properties has not yet been solved. Some countries (Sweden, Norway, and Australia) visualize the footprints of 3D property units in a base map. This approach partly solves some technical issues, but can only represent 3D objects in a 2.5D environment. Therefore, research in how to represent complex objects in GIS as ‘true’ 3D objects is of great need.</p><p>This thesis will emphasize MultiPatch as a geographic representation method to represent complex 3D objects in GIS. A case study will demonstrate that complex objects can be visualized and analysed in a commercial GIS, in this case ArcGIS. Most commercial GIS software available on the market applies a 2.5D approach to represent 3D objects. The 2.5D approach has limitations for representing complex objects. There is therefore a need of finding new approaches to represent complex objects within GIS. The result shows that MultiPatch is not an answer to all the problems within 3D GIS but a solution to some of the problems. It still requires a lot of research in the field of 3D GIS, especially in development of spatial analysis capabilities.</p> / <p>Det huvudsakliga problemet i denna uppsats är hur komplexa tre-dimensionella objekt kan representeras i GIS för att återge verkligheten mer realistiskt. Målet är att presentera ett tillvägagångssätt för att representera komplexa 3D-objekt i GIS. Detta har uppnåtts genom att använda ett kommersiellt GIS tillämpat på 3D-fastigheter. En litteraturstudie har genomförts för att erhålla en klar översikt över det senaste inom 3D-GIS och över den aktuella situationen inom 3D-fastigheter. Grundat på översikten kan slutsatsen dras att 3D-GIS bara är i sin begynnelsefas. Den aktuella utvecklingen inom 3D-GIS har huvudsakligen fokuserat på visualisering och animering och nästan ingenting inom rumsliga analysmetoder och hantering av attribut. Litteraturstudien visar också att ingen fullständig lösning för de problem som finns inom 3D-fastighetsregistrering har introducerats. I flera länder, t.ex. Sverige, Danmark, Norge, Nederländerna, Israel och Australien, existerar 3D-fastigheter idag i juridiska termer, men de tekniska problemen som t.ex. hur 3D-fastigheter ska representeras, lagras och visualiseras har inte ännu lösts. Vissa länder (Sverige, Norge och Australien) visualiserar idag en projektion av 3D-fastigheterna på en fastighetskarta. Den här metoden löser endast några av de tekniska problemen och kan endast representera 3D-objekt i en 2,5D-miljö. Därför är forskning inom hur komplexa objekt kan representeras i GIS som s.k. ”sann” 3D av betydelse.</p><p>Den här uppsatsen framhäver MultiPatch som en datatyp för att representera komplexa 3D-objekt i GIS. En fallstudie visar att komplexa objekt kan visualiseras och analyseras i ett kommersiellt GIS, i det här fallet ArcGIS. De flesta kommersiella GIS som är tillgängliga på marknaden använder 2,5D-metoden för att representera 3D-objekt. 2,5D-metoden har vissa begränsningar för att representera komplexa objekt och därför finns det ett behov att finna nya tillvägagångssätt för att representera komplexa objekt inom GIS. Resultaten kommer att visa att MultiPatch inte är någon fullständig lösning till alla problem inom 3D-GIS men en lösning på några av problemen. Det krävs fortfarande mycket forskning inom 3D-GIS, särskilt inom utveckling av rumsliga analysmetoder.</p>

<p>In this thesis the focus is mainly on the development of segmentation techniques for human brain structures and of the visualisation of such structures. The images of the brain are both anatomical images (magnet resonance imaging (MRI) and autoradigraphy) and functional images that show blood flow (functional magnetic imaging (fMRI), positron emission tomography (PET), and single photon emission tomograpy (SPECT)). When working with anatomical images, the structures segmented are visible as different parts of the brain, e.g. the brain cortex, the hippocampus, or the amygdala. In functional images, the activity or the blood flow that be seen.</p><p>Grey-level morphology methods are used in the segmentations to make tissue types in the images more homogenous and minimise difficulties with connections to outside tissue. A method for automatic histogram thresholding is also used. Furthermore, there are binary operations such as logic operation between masks and binary morphology operations.</p><p>The visualisation of the segmented structures uses either surface rendering or volume rendering. For the visualisation of thin structures, surface rendering is the better choice since otherwise some voxels might be missed. It is possible to display activation from a functional image on the surface of a segmented cortex. </p><p>A new method for autoradiographic images has been developed, which integrates registration, background compensation, and automatic thresholding to getfaster and more realible results than the standard techniques give.</p>

Les systèmes distribués, tels que les grilles, sont utilisés aujourd'hui pour l'exécution des grandes applications parallèles. Quelques caractéristiques de ces systèmes sont l'interconnexion complexe de ressources qui pourraient être présent et de la facile passage à l'échelle. La complexité d'interconnexion vient, par exemple, d'un nombre plus grand de directives de routage pour la communication entre les processus et une latence variable dans le temps. La passage à l'échelle signifie que des ressources peuvent être ajoutées indéfiniment simplement en les reliant à l'infrastructure existante. Ces caractéristiques influencent directement la façon dont la performance des applications parallèles doit être analysée. Les techniques de visualisation traditionnelles pour cette analyse sont généralement basées sur des diagrammes de Gantt que disposent la liste des composants de l'application verticalement et metent la ligne du temps sur l'axe horizontal. Ces représentations visuelles ne sont généralement pas adaptés à l'analyse des applications exécutées en parallèle dans les grilles. La première raison est qu'elles n'ont pas été conçues pour offrir aux développeurs une analyse qui montre aussi la topologie du réseau des ressources. La deuxième raison est que les techniques de visualisation traditionnels ne s'adaptent pas bien quand des milliers d'entités doivent être analysés ensemble. Cette thèse tente de résoudre les problèmes des techniques traditionnelles dans la visualisation des applications parallèles. L'idée principale est d'exploiter le domaine de la visualisation de l'information et essayer d'appliquer ses concepts dans le cadre de l'analyse des programmes parallèles. Portant de cette idée, la thèse propose deux modèles de visualisation: les trois dimensions et le modèle d'agrégation visuelle. Le premier peut être utilisé pour analyser les programmes parallèles en tenant compte de la topologie du réseau. L'affichage lui-même se compose de trois dimensions, où deux sont utilisés pour indiquer la topologie et la troisième est utilisée pour représenter le temps. Le second modèle peut être utilisé pour analyser des applications parallèles comportant un très grand nombre de processsus. Ce deuxième modèle exploite une organisation hiérarchique des données utilisée par une technique appelée Treemap pour représenter visuellement la hiérarchie. Les implications de cette thèse sont directement liées à l'analyse et la compréhension des applications parallèles exécutés dans les systèmes distribués. Elle améliore la compréhension des modes de communication entre les processus et améliore la possibilité d'assortir les motifs avec cette topologie de réseau réel sur des grilles. Bien que nous utilisons abondamment l'exemple de la topologie du réseau, l'approche pourrait être adapté, avec presque pas de changements, à l'interconnexion fourni par un middleware d'une interconnexion logique. Avec la technique d'agrégation, les développeurs sont en mesure de rechercher des patterns et d'observer le comportement des applications à grande échelle.