Le contrôle de caméra virtuelle est aujourd'hui un composant essentiel dans beaucoup d'applications d'infographie. Malgré cette importance, les approches actuelles restent limitées en terme d'expressivité, d'interactivité et de performances. Typiquement, les éléments de style ou de genre cinématographique sont difficiles à modéliser et à simuler dû à l'incapacité des systèmes actuels de calculer simultanément des points de vues, des trajectoires et d'effectuer le montage. Deuxièmement, elles n'explorent pas assez le potentiel créatif offert par le couplage potentiel d'un humain et d'un système intelligent pour assister les utilisateurs dans une tâche complexe de construction de séquences cinématographiques. Enfin, la plupart des approches existantes se basent sur des techniques d'optimisation dans un espace de recherche 6D, qui s'avèrent coûteuses et donc inadaptées à un contexte interactif. Dans cette thèse, nous proposons tout d'abord un cadre unique intégrant les quatre aspects clés de la cinématographie (le calcul de point de vue, la planification de trajectoires, le montage et la visibilité). Ce cadre expressif permet de simuler certaines dimensions de style cinématographique. Nous proposons ensuite une méthodologie permettant de combiner les capacités d'un système automatique avec une interaction utilisateur. Enfin, nous présentons un modèle de contrôle de caméra efficace qui réduit l'espace de recherche de 6D à 3D. Ce modèle a le potentiel pour remplacer un certain nombre de formulations existantes. / Virtual camera control is nowadays an essential component in many computer graphics applications. Despite its importance, current approaches remain limited in their expressiveness, interactive nature and performances. Typically, elements of directorial style and genre cannot be easily modeled nor simulated due to the lack of simultaneous control in viewpoint computation, camera path planning and editing. Second, there is a lack in exploring the creative potential behind the coupling of a human with an intelligent system to assist users in the complex task of designing cinematographic sequences. Finally, most techniques are based on computationally expensive optimization techniques performed in a 6D search space, which prevents their application to real-time contexts. In this thesis, we first propose a unifying approach which handles four key aspects of cinematography (viewpoint computation, camera path planning, editing and visibility computation) in an expressive model which accounts for some elements of directorial style. We then propose a workflow allowing to combine automated intelligence with user interaction. We finally present a novel and efficient approach to virtual camera control which reduces the search space from 6D to 3D and has the potential to replace a number of existing formulations.

Le contrôle de caméra virtuelle est aujourd'hui un composant essentiel dans beaucoup d'applications d'infographie. Malgré cette importance, les approches actuelles restent limitées en terme d'expressivité, d'interactivité et de performances. Typiquement, les éléments de style ou de genre cinématographique sont difficiles à modéliser et à simuler dû à l'incapacité des systèmes actuels de calculer simultanément des points de vues, des trajectoires et d'effectuer le montage. Deuxièmement, elles n'explorent pas assez le potentiel créatif offert par le couplage potentiel d'un humain et d'un système intelligent pour assister les utilisateurs dans une tâche complexe de construction de séquences cinématographiques. Enfin, la plupart des approches existantes se basent sur des techniques d'optimisation dans un espace de recherche 6D, qui s'avèrent coûteuses et donc inadaptées à un contexte interactif. Dans cette thèse, nous proposons tout d'abord un cadre unique intégrant les quatre aspects clés de la cinématographie (le calcul de point de vue, la planification de trajectoires, le montage et la visibilité). Ce cadre expressif permet de simuler certaines dimensions de style cinématographique. Nous proposons ensuite une méthodologie permettant de combiner les capacités d'un système automatique avec une interaction utilisateur. Enfin, nous présentons un modèle de contrôle de caméra efficace qui réduit l'espace de recherche de 6D à 3D. Ce modèle a le potentiel pour remplacer un certain nombre de formulations existantes.

Dans la première partie de la thèse, nous présentons un nouveau système permettant de produire des mouvements de caméra réalistes pour l'animation stopmotion. Le système permettra d'enrichir les logiciels d'animation 3D classiques (comme par exemple Maya et 3D Studio Max) afin de leur faire contrôler des mouvements de caméra pour la stop motion, grâce à l'utilisation d'une interface haptique. Nous décrivons le fonctionnement global du système. La première étapeconsiste à récupérer et enregistrer les données envoyées par le périphérique haptique de motion capture. Dans la seconde étape, nous réélaborons ces données par un procédé mathématique, puis les exportons vers un logiciel de 3D pour prévisualiser les mouvements de la caméra. Finalement la séquence est exécutée avec un robot de contrôle de mouvement et un appareil photo. Le système est évalué par un groupe d'étudiants du Master "Art plastiques et Création numérique" de l'Université de Valenciennes. Dans la deuxième partie, nous définissons une nouvelle classe de courbes à partir des courbes polynomiales paramétriques à hodographe pythagorien (PH) construite sur un espace algébrique-trigonométrique. Nous montrons leurs propriétés fondamentaleset leurs avantages importants par rapport à leur équivalent polynomial, grâce à l'utilisation d'un paramètre de forme. Nous introduisons une formulation complexe et nous résolvons le problème d'interpolation de Hermite.

Dans la première partie de la thèse, nous présentons un nouveau système permettant de produire des mouvements de caméra réalistes pour l’animation stopmotion. Le système permettra d’enrichir les logiciels d’animation 3D classiques (comme par exemple Maya et 3D Studio Max) afin de leur faire contrôler des mouvements de caméra pour la stop motion, grâce à l’utilisation d’une interface haptique. Nous décrivons le fonctionnement global du système. La première étapeconsiste à récupérer et enregistrer les données envoyées par le périphérique haptique de motion capture. Dans la seconde étape, nous réélaborons ces données par un procédé mathématique, puis les exportons vers un logiciel de 3D pour prévisualiser les mouvements de la caméra. Finalement la séquence est exécutée avec un robot de contrôle de mouvement et un appareil photo. Le système est évalué par un groupe d’étudiants du Master "Art plastiques et Création numérique" de l’Université de Valenciennes. Dans la deuxième partie, nous définissons une nouvelle classe de courbes à partir des courbes polynomiales paramétriques à hodographe pythagorien (PH) construite sur un espace algébrique-trigonométrique. Nous montrons leurs propriétés fondamentaleset leurs avantages importants par rapport à leur équivalent polynomial, grâce à l’utilisation d’un paramètre de forme. Nous introduisons une formulation complexe et nous résolvons le problème d’interpolation de Hermite. / In the first part, we present a new system that allows to create realistic cameramovements for a stop motion animation. The system improves traditional 3D software animation programs (for example Maya and 3D Studio Max) for creatingstop motion camera movements by using an haptic interface. After describing thewhole system, we explain in detail the mathematical processing to obtain differentcamera movements by using an haptic interface for motion capture. The recordedhaptic positions, once elaborated, are exported, frame by frame, to the motioncontrol software, which allows to calibrate the motion control robot, to control thecamera settings and, finally, to execute the sequences. A class of students of the"Art plastiques et Création numérique" Master of the University of Valenciennesevaluated the system. In the second part, we define a new class of Pythagorean Hodograph curves built upon a five dimensional mixed algebraic trigonometric space, and show their fundamental properties and important advantages over their well known polynomial counterpart. A complex representation for these curves is introduced and constructive approaches are provided to solve the first order Hermite interpolation problem.