Les simulations numériques génèrent une quantité de résultats disproportionnée par rapport aux moyens d'exploitation, sans espoir d'atténuation à terme. Les maillages supportant ces simulations, sont composés de plusieurs dizaines de millions de cellules volumiques avec, plus spécifiquement, des sous-structures imbriquées de différentes dimensions (surfaciques et linéiques) et des couches minces de matériaux. En phase de post-traitement, un utilisateur devrait être capable de visualiser et de manipuler ces données, à temps interactif, sur sa propre machine d'exploitation. Cependant, les outils existants en visualisation scientifique ne permettent pas ou que partiellement d'atteindre les objectifs souhaités avec ce type de données (grand nombre de mailles, sous-structures, couches minces, . . .).<br /><br />Dans cette thèse, une approche par hiérarchisation des données est proposée afin de construire une représentation multirésolution autorisant la visualisation interactive d'une grande quantité d'information. L'étape de hiérarchisation est basée sur un algorithme de simplification de maillages, par contractions itératives d'arêtes, préservant à la fois la topologie du maillage et celle de toutes les sous-structures imbriquées. Les critères topologiques robustes introduits dans ces travaux, s'appuient sur des notions théoriques en topologie algébrique. L'étape de visualisation utilise la représentation multirésolution pour accélérer l'affichage des résultats. De façon progressive, inversible et locale, l'utilisateur modifie dynamiquement la résolution selon ses besoins et les ressources matérielles dont il dispose.<br /><br />Cette thèse illustre la mise en oeuvre de ces techniques de hiérarchisation et de visualisation dans de nombreux domaines d'applications notamment dans le cadre d'exploitation de résultats issus de simulations en électromagnétisme<br />du CEA/CESTA.

L'objet de ce mémoire est l'analyse des schémas de subdivision, outil de modélisation de surface lisse multi-résolution. Nos travaux se sont tout d'abord consacrés à l'étude du comportement géométrique de ces surfaces au voisinage des sommets extraordinaires du maillage de contrôle. La géométrie d'une surface de subdivision présente un comportement complexe au voisinage de ces sommets, et ces effets parfois néfastes sont pour certains encore mal connus. Nous avons proposé un cadre d'évaluation du comportement géométrique d'une surface de subdivision à travers une mesure de qualité adaptée : le gradient de courbure absolue. Nous avons ensuite proposé un espace de visualisation adapté à l'analyse du voisinage d'un sommet extraordinaire.Celui-ci étant indépendant du schéma de subdivision utilisé, ce cadre d'analyse nous permet de les comparer. Nos travaux se sont alors portés sur une analyse fréquentielle polaire des comportements géométriques, en tenant compte de leurs caractéristiques radiales et angulaires par rapport à la topologie du voisinage d'un sommet extraordinaire. Notre analyse étend les études existantes pour l'évaluation des comportements géométriques de cet outil de modélisation. De plus, nous avons proposé un systàme de description de la phase de subdivision topologique d'un schéma de subdivision. Notre systàme prend la forme d'un codage compact et flexible, il généralise les descriptions existantes. Ce codage permet la description des phases topologiques de tous les schémas de subdivision connus, ainsi que de nombreuses autres.

L'émergence des périphériques de capture numériques ont permis le dé- veloppement de l'acquisition 3D pour numériser les propriétés d'un objet réel : sa forme et son apparence. Ce processus fournit une représentation dense et précise d'objets réels et permet de s'abstraire d'un processus de simulation physique coûteux pour modéliser un objet. Ainsi, les problématiques ont évolué et portent non plus uniquement sur la modélisation des caractéristiques d'un objet réel mais sur les traitements de données issues de l'acquisition pour intégrer une copie de la réalité dans un processus de synthèse d'images. Dans ces travaux de thèse, nous proposons de nouvelles représentations pour des fonctions d'apparence issues de l'acquisition dont le but est de dénir un ensemble de modèles multi-échelles, de faible complexité en taille, capable d'être visualisé en temps réel sur le matériel graphique actuel.

Le cadre de cette étude est une variété fermée de dimension au moins six qui est munie d'une classe de cohomologie de De Rham non-nulle. L'objectif de la thèse est de créer des outils pour répondre au problème de savoir si deux 1-formes fermées non-singulières (sans zéro) dans la classe fixée sont toujours isotopes. La réponse générale à la question est non, et une obstruction de type K-théorique est attendue. Il est toujours possible de relier deux 1-formes fermées non singulières par un chemin qui reste dans la classe de cohomologie ; l'isotopie des extrêmes du chemin équivaut à déformer le chemin par une homotopie relative en un autre constitué de 1-formes non-singulières. On introduit deux sortes de pseudo-gradients pour chaque nombre L positif : ceux avec une liaison L-élémentaire et ceux que nous appelons L-transverses. Ils forment une classe de champs de vecteurs adaptés aux 1-formes qui permettent de faire une lecture algébrique associée au chemin. Cette lecture est analogue à celle qui est faite dans la théorie de Hatcher-Wagoner qui traitait le problème d'isotopie pour les fonctions à valeurs réelles sans point critique. On réussit à trouver un nombre L assez grand pour déformer un chemin de 1-formes à deux indices critiques en un autre chemin muni d'un équipement L-transverse qui est sous forme normale. Les zéros d'un tel chemin de 1-formes qui sont nés ensemble, s'éliminent ensemble et de plus le graphique de Cerf-Novikov associé se ferme : la lecture algébrique citée appartient à un certain K_2, ce qui est au point de départ de la définition d'une obstruction à l'isotopie des 1-formes fermées non-singulières.

Les sciences et la technologie font partie des moteurs de l'innovation et se situent donc au coeur du développement économique des sociétés contemporaines. Elles sont appelées à devenir des éléments de plus en plus déterminants du bagage de formation de tout citoyen. Afin de s'adapter à l'évolution de la société, aux nouvelles connaissances scientifiques et technologiques, un nouveau programme de formation québécois pour le primaire à été rédigé. L'école doit désormais favoriser le développement des habiletés intellectuelles complexes (ex: analyser et résoudre des problèmes) requises dans une société du savoir en mouvance. Au sein de ce programme, une place importante est faite à l'utilisation pédagogique des technologies de l'information et de la communication (TIC). C'est en considérant ces aspects et les avantages liés à l'expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) que nous avons développé l'idée d'un environnement d'apprentissage supporté par l'ExAO pour le primaire. Ceci pour réponde au fait qu'il existe très peu d'environnement technologique pour l'enseignement de la science et de la technologie au primaire. Les objectifs de cette recherche sont de concevoir et développer un environnement d'ExAO pour l'enseignement de la science et de la technologie au troisième cycle primaire, d'évaluer l'appropriation que font les élèves de l'environnement et d'évaluer l'impact de l'utilisation de celui-ci sur l'apprentissage du langage de codage graphique. Cet environnement comprend des capteurs, une interface d'acquisition de données et un logiciel qui traite et affiche les données en temps réel sous forme de graphiques. L'environnement d'apprentissage supporté par l'ExAO permet de voir en contiguïté le graphique comme une représentation d'un phénomène réel et ainsi de sortir des détails techniques (axes, tableau de donné, titre) de celui-ci. L'environnement adapté que nous avons conçu pour le primaire utilise l'interface et les capteurs de d'µLabExAO. Pour répondre au besoin du primaire, nous avons développé un nouveau logiciel qui traite et affiche les données à l'écran. De plus, nous avons planifié 3 séances d'activités qui, dans un premier temps, permettent aux élèves de se familiariser avec le matériel et, par la suite, de développer des compétences sur le langage de codage graphique. Suite à cela, nous avons mis à l'essai notre environnement. Tout d'abord, une mise à l'essai fonctionnelle qui a pour but de vérifier le fonctionnement du prototype. Puis une mise à l'essai empirique avec des élèves du troisième cycle du primaire. Lors de celle-ci, nous avons observé que les élèves se montrent très intéressés à ce type d'environnement. En effet, ils apprécient le fait d'être actif dans leurs apprentissages. La prise en main de l'environnement d'ExAO par les élèves s'est faite très rapidement. Ils utilisent les différents modes de travail qu'offre le logiciel pour résoudre les problèmes proposés. Ces problèmes mettaient en jeu des variables qui peuvent être appréhendées par les sens (température, lumière et profondeur) de façon à soutenir les élèves dans le passage du concret vers le symbolique. De plus, nous avons observé que les élèves qui avaient participé à l'expérimentation obtenaient des résultats significativement plus élevé lors du post-test aux questions concernant la compréhension globale des graphiques. Aux questions relatives au repérage de points et à l'inter/extrapolation, les élèves obtiennent des résultats similaires au groupe témoin. Nous pensons que cela est dû au fait que les activités que nous avons développées ne travaillent pas ces aspects du langage graphique. Nous concluons donc qu'un environnement d'apprentissage supporté par l'ExAO est fort pertinent pour le troisième cycle du primaire. Il permet de rendre les élèves actifs dans leurs apprentissages en les amenant à se questionner, à expérimenter, à observer, à induire puis à mettre à l'épreuve leur conclusion dans de nouvelles expérimentations. Il s'agit là d'une approche innovante pour aborder les aspects globaux du langage graphiques au primaire. Suite aux résultats obtenus lors de cette recherche, nous croyons qu'il serait intéressant de poursuivre le développement de l'environnement d'apprentissage supporté par l'ExAO afin de le rendre encore plus polyvalent. Dans cette optique, il faudrait adapter le logiciel pour qu'il soit utilisable avec une plus grande variété de capteurs et de nouvelles activités pourraient être créées afin de développer les autres aspects de la compréhension des graphiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : ExAO, Science, Technologie, Expérimentation assistée par ordinateur, Primaire, Recherche développement, Graphique, TIC.

Depuis quelques années, les déformations sont utilisées en synthèse d'images pour la modélisation des solides. La déformation libre est une méthode de transformation qui déforme des objets en déplaçant un maillage de points de contrôle définis dans un repère local et en utilisant une interpolation volumique. Deux extensions ont été développées. La première utilise l'interpolation de type b-spline, au lieu de l'interpolation de type bezier. La deuxième utilise un repère local cylindrique ou sphérique, au lieu d'un repère local cartésien. Pour visualiser des objets déformés un algorithme de facettisation adaptative est proposé. Pour déplacer des points de contrôle dans l'espace 3d avec un localiseur 2d, un curseur 3d est utilisé.

L'extension de l'utilisation des consoles graphiques est freinée par le prix élevé du matériel existant. Ce coût peut être abaissé par l'utilisation d'un téléviseur. Pour permettre le rafraîchissement d'un tel écran à balayage de trame, il est nécessaire de disposer d'une mémoire d'image où tous les points sont codés sur un bit en Noir et Blanc (ce qui correspond à 256 K bits pour 512 x 512 points), et davantage en couleur. Une telle capacité devient raisonnable vu l'augmentation de densité des mémoires intégrées, à condition que l'électronique de gestion de la mémoire d'image soit simple. L'intégration de celle-ci en un circuit LSI, comprenant en outre un générateur de vecteurs et de caractères câblé, prévu pour un couplage par bus microprocesseur, est l'objet de ce travail.<br />Le circuit permet une grande vitesse d'écriture (1,3 microseconde par point), et une grande versatilité, tant dans le format d'affichage (64 x 64 jusqu'à 512 x 512 points avec un nombre quelconque de niveaux de gris ou de couleurs) que dans le couplage microprocesseur (bus 8 bits bidirectionnel de données, bus d'adresse de 4 bits, signaux de lecture-écriture et requête d'interruption).<br />Dans le but de simplifier l'implantation topologique d'un tel circuit (équivalent à 2000 portes) très peu répétitif, la structure logique et géométrique d'un ensemble de fonctions de base ("briques") est proposée. La structure fonctionnelle de chacune des parties du circuit est ensuite étudiée, suivie de son implantation topologique, utilisant au mieux les briques précédemment définies.

Les entraîneurs en sports acrobatiques disposent de peu d’outils permettant d’améliorer leur compréhension des saltos vrillés et la performance des athlètes. L’objectif de ce mémoire était de développer un environnement graphique de simulation numérique réaliste et utile des acrobaties aériennes. Un modèle composé de 17 segments et de 42 degrés de liberté a été développé et personnalisé à une athlète de plongeon. Un système optoélectronique échantillonné à 300 Hz a permis l’acquisition de huit plongeons en situation réelle d’entraînement. La cinématique articulaire reconstruite avec un filtre de Kalman étendu a été utilisée comme entrée du modèle. Des erreurs quadratiques moyennes de 20° (salto) et de 9° (vrille) entre les performances simulées et réelles ont permis de valider le modèle. Enfin, une formation basée sur le simulateur a été offerte à 14 entraîneurs en sports acrobatiques. Une augmentation moyenne de 11 % des résultats aux questionnaires post-test a permis de constater le potentiel pédagogique de l’outil pour la formation. / Coaches need tools to better understand the mechanics of twisting somersaults and improve their knowledge and their athletes’ performance. The aim of this thesis was to provide them with a computer simulation model of aerial movements. An elite diver was modelled as a 17-segment 42-degree of freedom angle-driven model. The model was personalised to the diver so that simulation outputs could be compared with her actual performance. Input data were recorded by a 17-camera motion capture system sampled at 300 Hz. The joint angle time histories were reconstructed using an extended Kalman filter. The model was successfully evaluated and shown to produce realistic movements, with overall root-mean-square error of 20° (somersault) and 9° (twist) between reconstructed body kinematics and the corresponding simulations for eight dives. Finally, a workshop based on the simulation was offered to coaches and showed potential to improve their knowledge since the mean post-test result was increased by 11 %.

Le sujet de recherche de ce mémoire est le design graphique. Nous donnons une définition de cette pratique. Observant un déficit théorique en design graphique, nous expliquons que le design graphique ne peut pleinement revendiquer le statut de discipline universitaire. La question n’était pas tant de savoir si le design graphique était une discipline ou non, elle semble en être une, de facto, grâce à son histoire. Mais il s’agit ici de montrer qu’à date, les modalités de disciplinarisation du design graphique n’ont pas encore été exposées. Par la suite, nous constatons le manque de « théories fortes » en design graphique et plus particulièrement le manque d’un cadre théorique expliquant la pratique du design graphique et le projet de communication visuelle, que nous qualifions d’objet d’étude du design graphique. Nous présentons par la suite un modèle-synthèse composé du modèles du wicked-problem de Hörst Rittel, du modèle de la réflexion-en-action de Donald Schön et du modèle herméneutique de Adrian Snodgrass et Richard Coyne ; trois modèles identifiant la nature inter-subjective de l’activité en design graphique. Nous confirmons, dans cette étude, ce modèle-synthèse par le biais d’un terrain d’étude auprès d’une agence de communication-marketing, terrain sur lequel nous avons déployé trois méthodes de collecte de données : le Protocol Analysis, des observations faites auprès de l’agence ainsi que des entretiens semi-dirigés avec la directrice de création de cette agence. La présentation des résultats permet de voir notre modèle-synthèse à l’oeuvre, dans l’action, en pleine pratique professionnelle. Nous affirmons, à la lumière de nos résultats, que notre modèle-synthèse peut être considéré comme une brique essentielle des « théories fortes » et c’est autour de cette brique que nous proposons une structure disciplinaire originale pour les « études en design graphique ». / The subject of this thesis is graphic design. We start our research project by giving a definition of graphic design as a practice. We observe that graphic design cannot be considered fully as a disciplinary field of study because of a lack of theory explaining its practice. As of now, the modalities of its disciplinarisation have not yet been exposed and discussed. One of these modalities is the identification of its research object: the visual communication project. We present afterwards a synthetical model based on the works of Hörst Rittel, Donald Schön, Adrian Snodgrass and Richard Coyne ; three theoretical models identifying the nature of graphic design activity as inter-subjective. We confirm this synthetical model by grounded research in a communication-marketing agency. We deploy three data collection methods in our research : Protocol Analysis, observations made in the agency and semi-directed interviews with the creative director of the agency. Our results allow us to observe our synthetical model as it operates in action in a real professionnal context. We then conclude that our theoretical model is an essential part of what we qualified as “strong theories” of graphic design. We propose afterwards a disciplinary structure for graphic design. / Les schémas en annexe ont été réalisés avec le logiciel Adobe Illustrator.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal