Ce mémoire d'habilitation présente des travaux qui développent une approche matricielle de la théorie de l'élimination et l'illustrent au travers d'applications à la modélisation géométrique. Cette approche matricielle, qui correspond essentiellement à un changement de représentation, permet de livrer des problèmes géométriques à la puissance des algorithmes d'algèbre linéaire numérique. Le premier chapitre traite de la représentation matricielle implicite d'une hypersurface rationnelle dans un espace projectif et propose une nouvelle méthode pour traiter le problème d'intersection entre une courbe et une surface rationnelles dans l'espace projectif de dimension trois. Le deuxième chapitre propose une représentation matricielle implicite d'une courbe rationnelle dans un espace projectif de dimension arbitraire, représentation qui est illustrée par un algorithme répondant au problème d'intersection entre deux courbes rationnelles. Le dernier chapitre est dédié à une approche matricielle du test d'irréductibilité de Ruppert qui conduit au raffinement du dénombrement des fibres réductibles dans un pinceau d'hypersurfaces algébriques génériquement irréductible.

Cette thèse porte sur un des problèmes majeurs issus du domaine de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO) à savoir celui de l'intersection. On aborde cette problèmatique avec une approche novatrice passant par une nouvelle forme de représentation des surfaces dites \og procédurales \fg{}. Cette dernière se base sur des approximants plus fins que les triangles habituellement utilisés, il s'agit de carreaux de surfaces paramétrées polynomiales de bas degré. L'approximation ainsi obtenue possède des caractères intéressants en termes de qualité et de représentation. Cependant, la mise en oeuvre d'une telle stratégie nécessite l'élaboration d'outils adaptés. En particulier, pour le problème d'intersection, il faut savoir intersecter efficacement les approximants. Pour cela, une méthode algorithmique permet de se focaliser uniquement sur des configurations d'intersection \og pertinentes \fg{}. Plusieurs méthodes sur l'intersection des surfaces paramétrées polynomiales sont ensuite exposées de manière effective. Enfin, les aspects d'implémentation sont également abordés à travers l'intégration des algorithmes développés dans un modeleur algébrique géométrique.

Le LETI développe des micro-capteurs (tels que des micro-accéléromètres ou des micro-magnétomètres) capables de se géoréférencer et de donner alors leur propre orientation dans l'espace. Ainsi, si nous posons un ensemble de capteurs sur une forme, ils nous fourniront les données tangentielles de la surface aux positions des capteurs. Le travail développé ici consiste à reconstruire la forme d'objets à partir de ces données tangentielles et de la connaissance de la répartition de ces capteurs. Nous étudierons plusieurs cas de reconstruction, en commençant par la reconstruction de courbes planes, puis de courbes gauches et enfin de surfaces. Puis nous proposerons des méthodes de capture de mouvement de formes en déformation, c'est-à-dire que nous allons équiper une courbe ou une surface de capteurs, nous allons lui appliquer des déformations, et nous devrons reconstruire la forme virtuelle associée en temps réel à partir des données fournies par les capteurs. De nombreuses applications sont envisagées (domaines de la santé, de l'aéronautique, du multimédia, ...), et nous élaborons en parallèle des prototypes de capture de forme afin de tester et valider nos méthodes.

Le cadre général de ce travail est l'étude de la représentation et la reconstruction de surfaces tridimensionnelles d'objets non polyédriques, lorsqu'ils sont observes avec des systèmes de vision passifs. Cette thèse est plus spécialement consacrée a la reconstruction de surfaces tridimensionnelles en utilisant des surfaces b-splines, a partir de l'observation du mouvement des contours occultant, dans une séquence d'images calibrées. Nous présentons plusieurs résultats auxquels nous avons abouti : premièrement, nous introduisons un algorithme pyramidal de suivi de contours courbes et la correction des anomalies de contours dans une sequence d'images. Deuxièmement, une methode originale de reconstruction de surfaces b-splines tridimensionnelles est développée a partir d'une séquence d'images calibrées. Finalement, nous proposons une approche de raccordement de différentes surfaces b-splines reconstruites en utilisant le maillage triangulaire et l'interpolation de surfaces. Des résultats sur des données synthétiques et des données réelles sont présentés. Les applications potentielles de ce travail sont très nombreuses dans le cadre des problèmes de modélisation d'objets non polyédriques dans une séquence d'images calibrées

L'ensemble des thématiques abordées s'inscrivent dans le contexte de la modélisation et du calcul géométrique.

Les environnements CAO fournissent des outils puissants pour la programmation graphique et la manipulation d'entités géométriques complexes. Dans cette thèse, nous proposons d'exploiter ce potentiel dans le domaine de la conception de robots parallèles. Ces robots sont considérés comme une alternative intéressante vis-à-vis de leurs homologues sériels dans différentes applications comme le " pick and place " et l'usinage. Cependant, leur utilisation industrielle est encore restreinte en raison d'un espace de travail limité, de modèles géométriques difficiles à résoudre et l'existence de configurations singulières délimitant leur domaine d'exploitation. L'analyse et la caractérisation de l'espace de travail jouent alors un rôle fondamental dans la phase de conception de robots manipulateurs parallèles. Dans ce travail de thèse, nous proposons des approches géométriques originales donnant lieu à un ensemble de méthodes et techniques basées CAO pour l'analyse et la caractérisation de l'espace de travail de robots parallèles plans et spatiaux. L'espace de travail est généré comme un solide dans l'environnement CAO à partir d'un paramétrage géométrique, d'esquisses et d'opérations élémentaires telles que le balayage hélicoïdal et l'intersection. Nous avons montré que ces méthodes constituent des outils pertinents et efficaces d'aide à la conception des mécanismes parallèles. Ils permettent également la résolution du problème géométrique direct et la génération de trajectoires libres de singularités. Plusieurs types de manipulateurs ont été considérés dans ce travail pour mettre en avant et illustrer les techniques CAO / Géométriques proposées : robots parallèles plans à 3 degrés de mobilité de type 3-RPR, 3-RRR, 3-PPR et 3-PRR, robots parallèles spatiaux à 6 degrés de mobilité de type ou 3-CRS ou 3-PRRS.

Aujourd’hui, sur le marché, on peut trouver une vaste gamme de produits différents ou des formes variées d’un même produit et ce grand assortiment fatigue les clients. Il est clair que la décision des clients d’acheter un produit dépend de l'aspect esthétique de la forme du produit et de l’affection émotionnelle. Par conséquent, il est très important de comprendre les propriétés esthétiques et de les adopter dans la conception du produit, dès le début. L'objectif de cette thèse est de proposer un cadre générique pour la cartographie des propriétés esthétiques des formes gauches en 3D en façon d'être en mesure d’extraire des règles de classification esthétiques et des propriétés géométriques associées. L'élément clé du cadre proposé est l'application des méthodologies de l’Exploration des données (Data Mining) et des Techniques d’apprentissage automatiques (Machine Learning Techniques) dans la cartographie des propriétés esthétiques des formes. L'application du cadre est d'étudier s’il y a une opinion commune pour la planéité perçu de la part des concepteurs non-professionnels. Le but de ce cadre n'est pas seulement d’établir une structure pour repérer des propriétés esthétiques des formes gauches, mais aussi pour être utilisé comme un chemin guidé pour l’identification d’une cartographie entre les sémantiques et les formes gauches différentes. L'objectif à long terme de ce travail est de définir une méthodologie pour intégrer efficacement le concept de l’Ingénierie affective (c.à.d. Affective Engineering) dans le design industriel. / Today on the market we can find a large variety of different products and differentshapes of the same product and this great choice overwhelms the customers. It is evident that the aesthetic appearance of the product shape and its emotional affection will lead the customers to the decision for buying the product. Therefore, it is very important to understand the aesthetic proper-ties and to adopt them in the early product design phases. The objective of this thesis is to propose a generic framework for mapping aesthetic properties to 3D freeform shapes, so as to be able to extract aesthetic classification rules and associated geometric properties. The key element of the proposed framework is the application of the Data Mining (DM) methodology and Machine Learning Techniques (MLTs) in the mapping of aesthetic properties to the shapes. The application of the framework is to investigate whether there is a common judgment for the flatness perceived from non-professional designers. The aim of the framework is not only to establish a structure for mapping aesthetic properties to free-form shapes, but also to be used as a guided path for identifying a mapping between different semantics and free-form shapes. The long-term objective of this work is to define a methodology to efficiently integrate the concept of Affective Engineering in the Industrial Designing.

Les environnements CAO fournissent des outils puissants pour la programmation graphique et la manipulation d’entités géométriques complexes. Dans cette thèse, nous proposons d’exploiter ce potentiel dans le domaine de la conception de robots parallèles. Ces robots sont considérés comme une alternative intéressante vis-à-vis de leurs homologues sériels dans différentes applications comme le « pick and place » et l’usinage. Cependant, leur utilisation industrielle est encore restreinte en raison d’un espace de travail limité, de modèles géométriques difficiles à résoudre et l’existence de configurations singulières délimitant leur domaine d’exploitation. L’analyse et la caractérisation de l’espace de travail jouent alors un rôle fondamental dans la phase de conception de robots manipulateurs parallèles. Dans ce travail de thèse, nous proposons des approches géométriques originales donnant lieu à un ensemble de méthodes et techniques basées CAO pour l’analyse et la caractérisation de l’espace de travail de robots parallèles plans et spatiaux. L’espace de travail est généré comme un solide dans l’environnement CAO à partir d’un paramétrage géométrique, d’esquisses et d’opérations élémentaires telles que le balayage hélicoïdal et l’intersection. Nous avons montré que ces méthodes constituent des outils pertinents et efficaces d’aide à la conception des mécanismes parallèles. Ils permettent également la résolution du problème géométrique direct et la génération de trajectoires libres de singularités. Plusieurs types de manipulateurs ont été considérés dans ce travail pour mettre en avant et illustrer les techniques CAO / Géométriques proposées : robots parallèles plans à 3 degrés de mobilité de type 3-RPR, 3-RRR, 3-PPR et 3-PRR, robots parallèles spatiaux à 6 degrés de mobilité de type ou 3-CRS ou 3-PRRS. / CAD environments provide very powerful tools for graphical programming and manipulation of complex geometric entities. In this thesis, we propose to exploit such potential in the design of parallel robots. These robots are considered an attractive and important alternative towards their serials counterparts in various applications, like “pick and place” and machining. However, their industrial applications are restricted due to limited workspace, complexity related to resolution of the direct geometric model, and in addition the existence of the singular configurations which bound their application field. The analysis and the characterization of the workspace therefore play an essential role in the design phase of parallel robotic manipulators. In this thesis, we suggest original geometric approaches giving rise to a set of methodologies and techniques based on the use of CAD in order to analyze and characterize the workspace of planar and spatial parallel robotic manipulators. Workspace is generated as a solid in CAD environment by using a parametric geometric model, sketches, and elementary operations such as helical scanning and performing then Boolean intersection operation. We have shown in this thesis, that the proposed methodologies represent relevant and efficient tools which assist designers of parallel mechanisms. Moreover, they allow us to solve the direct geometric problem and to plan singularity-free trajectories. Several types of robotic manipulators have been considered in this work to highlight and illustrate the proposed CAD / Geometric techniques : planar parallel manipulators having three degree of freedom such as 3-RPR, 3-RRR, 3-PPR, and 3-PRR, and spatial parallel robotic manipulators having six degree of freedom 3-CRS-type.