La perception visuelle est un élément déterminant pour interagir avec notre environnement. Lors des activités physiques et sportives, la prise d'informations visuelles permet notamment à un athlète d'extraire et de sélectionner les indices visuels nécessaires pour anticiper le mouvement adverse. L'analyse de cette prise d'informations visuelles a fait l'objet de nombreuses recherches dans le domaine sportif, cependant toutes les méthodes employées semblent limitées sur le plan fonctionnel ou matériel. Ce travail a pour objectif l'évaluation et la mise en oeuvre d'une nouvelle méthodologie d'analyse de la prise d'informations visuelles fondée sur l'utilisation des environnements virtuels. Cette méthodologie est appliquée à l'activité du gardien de but de handball en situation de duel. Dans un premier temps, nous comparons les performances des gardiens de but face à notre méthodologie avec ceux obtenus face à une séquence filmée afin de démontrer l'intérêt des environnements virtuels dans ce domaine. Puis, nous abordons la mise en place de notre méthodologie en nous focalisant sur l'influence du niveau de détail et de la représentation graphique de l'action de tir sur la performance du gardien de but de handball. Enfin, nous utilisons notre méthodologie pour étudier la prise d'informations visuelles du gardien de but de handball. Plus précisément, nous estimons l'importance relative des informations visuelles issues de la trajectoire du ballon et du mouvement de tir

Dans cette thèse, nous proposons des solutions pour le chargement progressif et le rendu adaptatif de vastes terrains. Cela peut servir notamment à visualiser la Terre en 3D sur un ordinateur en chargeant les données depuis une immense base de données via un réseau. Dans la première partie de cette thèse, nous introduisons une solution générique pour manipuler des cartes d'échantillons de taille quelconque depuis un serveur jusqu'à un système de rendu client. Nos méthodes s'adaptent aux performances du réseau et du rendu et évitent de traiter des données redondantes. Dans une deuxième partie, nous utilisons cette solution pour permettre le rendu 3D temps réel de vastes terrains texturés. De plus, nous supportons des terrains planétaires et réduisons les incohérences visuelles dues à la projection cartographique et à la précision du rendu. Enfin, nous proposons des algorithmes permettant de créer des bases de données serveur à partir d'immenses cartes d'échantillons.

Simulation en temps réel de scènes audio-visuelles complexes reste difficile en raison du processus de rendu techniquement indépendant mais perceptivement lié à chaque modalité. En raison de la dépendance cross-modale potentiel de la perception auditive et visuelle, l'optimisation de graphiques et de rendu sonore, tels que le niveau de détail (LOD), doit être considéré de manière combinée, mais pas comme des questions distinctes. Par exemple, dans l'audition et de la vision, les gens ont des limites perceptives sur la qualité de l'observation. Techniques de LOD conduit par la perception pour les graphismes ont été grandement progressé depuis des décennies. Cependant, le concept de LOD est rarement pris en compte dans l'évaluation et le rendu crossmodal. Cette thèse porte sur l'évaluation de la perception crossmodale sur le rendu LOD audiovisuel par des méthodes psychophysiques, sur lequel on peut appliquer une méthode fonctionnelle et générale, à terme, d'optimiser le rendu. La première partie de la thèse est une étude des problématiques. Dans cette partie, nous passons en revue les différentes approches LOD et discutons les issues, en particulier du point de vue au niveau de la perception crossmodale. Nous discutons également les résultats principaux sur le design, le rendu et les applications interactives des scènes audio et graphiques dans le cadre du projet ANR Topophonie dont la thèse a eu lieu. Une étude des méthodes psychophysiques pour l'évaluation de la perception audio-visuelle est également présentée afin de fournir une solide connaissance du design expérimentale. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l'étude de la perception des artefacts d'image dans le rendu LOD audio-visuel. Une série d'expériences a été conçue pour étudier comment la modalité audio supplémentaire peut influer sur la détection visuelle des artefacts produits par la méthode LOD d’imposteur. La troisième partie de la thèse est axée sur le X3D étendu que nous avons conçu pour la modélisation de LOD audio-visuel. Dans la dernière partie, nous présentons le design et l'évaluation du système original par le rendu LOD crossmodal. L'évaluation de la perception audio-visuelle sur le système LOD crossmodal a été atteinte grâce à une série d'expériences psychophysiques. Notre contribution principale est que nous offrons une compréhension originale de LOD crossmodal avec de nouvelles observations, et l'explorer par des expériences et des analyses perceptives. Les résultats de notre travail peuvent être, éventuellement, les preuves empiriques et des lignes directrices pour un système de rendu LOD crossmodale conduit par la perception. / Real-time simulation of complex audio-visual scenes remains challenging due to the technically independent but perceptually related rendering process in each modality. Because of the potential crossmodal dependency of auditory and visual perception, the optimization of graphics and sound rendering, such as Level of Details (LOD), should be considered in a combined manner but not as separate issues. For instance, in audition and vision, people have perceptual limits on observation quality. Techniques of perceptually driven LOD for graphics have been greatly advanced for decades. However, the concept of LOD is rarely considered in crossmodal evaluation and rendering. This thesis is concentrated on the crossmodal evaluation of perception on audiovisual LOD rendering by psychophysical methods, based on that one may apply a functional and general method to eventually optimize the rendering. The first part of the thesis is an overview of our research. In this part, we review various LOD approaches and discuss concerned issues, especially from a crossmodal perceptual perspective. We also discuss the main results on the design, rendering and applications of highly detailed interactive audio and graphical scenes of the ANR Topophonie project, in which the thesis took place. A study of psychophysical methods for the evaluation on audio-visual perception is also presented to provide a solid knowledge of experimental design. In the second part, we focus on studying the perception of image artifacts in audio-visual LOD rendering. A series of experiments was designed to investigate how the additional audio modality can impact the visual detection of artifacts produced by impostor-based LOD. The third part of the thesis is focused on the novel extended-X3D that we designed for audio-visual LOD modeling. In the fourth part, we present a design and evaluation of the refined crossmodal LOD system. The evaluation of the audio-visual perception on crossmodal LOD system was achieved through a series of psychophysical experiments. Our main contribution is that we provide a further understanding of crossmodal LOD with some new observations, and explore it through perceptual experiments and analysis. The results of our work can eventually be used as the empirical evidences and guideline for a perceptually driven crossmodal LOD system.

Aujourd'hui, l'intelligence artificielle (IA) est une composante essentielle d'un jeu vidéo et de plus en plus d'efforts sont portés sur cet aspect afin de rendre les jeux plus ludiques et plus immersifs. Cette amélioration va cependant de pair avec une augmentation sans cesse croissante des ressources informatiques nécessaires au fonctionnement de l'IA. De fait, il arrive que ces besoins soient si importants qu'ils dégradent le taux de rafraîchissement (TR) du jeu et ainsi la qualité d'expérience (QoE) du joueur. Dans ce contexte, notre objectif est de de maintenir le TR au dessus d'un certain seuil en modulant la quantité de ressources requises par l'IA. Pour ce faire, nous proposons de donner la possibilité au programmeur de définir plusieurs niveaux de détails pour l'IA (Level Of Details LOD), à l'instar de ce qui se fait pour afficher une scène graphique.Les travaux utilisant ce type d'approches proposent généralement d'utiliser des critères de distance à la caméra et de visibilité. Cependant, élaborés dans le contexte du rendu graphique, ces critères sont finalement assez peu adaptés au contexte IA car ils ne permettent pas toujours de rendre compte de l'importance réelle d'un personnage pour le joueur. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser des concepts organisationnels tels que le groupe et le rôle pour définir l'importance d'un personnage pour l'IA. De cette façon, un jeu vidéo est considéré comme une société d'agents (les personnages du jeu) dont l'importance individuelle ou collective est déterminée en fonction de leurs positions dans l'organisation, ce qui permet de déterminer une distribution des ressources de calcul disponibles adaptée : les entités les plus importantes dans l'histoire du jeu sont privilégiées.Notre approche a été implémentée et intégrée au moteur de jeu AGDE (Moteur Agent de développement du jeu). L'évaluation expérimentale a été réalisée à l'aide d'un système de mesures répétées pour évaluer la différence entre les QoE d'un jeu avec et sans notre approche. / In recent years there have been many efforts to develop original video games by improving both their aesthetic and mechanics. The more the mechanics is rich and realistic, the more advanced models of programming are required. However, using advanced models of programming such as agent-oriented programming often comes with an overhead in terms of computational resources. Furthermore, this overhead on computational resources may degrade the frame rate and subsequently quality of experience (QoE) for the players.In this context, our aim is to propose the QoE support means for ensuring that, in any case, the frame rate does not fall below a given lower bound. We suggest adapting the amount of time allocated for agents depending upon the importance of their organization roles. In this regard, we use a level of detail (LoD) approach to compute the dynamics of the game.LoD in game AI is based on the idea to use the most of the computational effort on the game characters that are the most important to the player(s). One critical issue in LoD for game AI is to determine the criterion for defining the importance of game characters. Existing work propose to use the criteria of camera distance and visibility. However such criteria have been developed from the perspective of graphics. In this thesis, we have used the roles played by the game characters (in the context of a video game) as the criterion for determining their importance. In this way, a video game has been considered as an agent society, where the game characters get priority and relatively higher share in distribution of the computational resources based on their relative importance in the game story.Our approach has been implemented and integrated to the AGDE (Agent Game Development Engine) game engine. The experimental evaluation has been carried out using a repeated measure scheme to assess the difference in QoE metrics between a game implemented our approach and a control game. The null hypothesizes have been rejected using t-paired test: the players have found significant positive difference in the QoE.

Les modèles géologiques numériques 2D et 3D permettent de comprendre l'organisation spatiale des roches du sous-sol. Ils sont également conçus pour réaliser des simulations numériques afin d’étudier ou de prédire le comportement physique du sous-sol. Pour résoudre les équations qui gouvernent les phénomènes physiques, les structures internes des modèles géologiques peuvent être discrétisées spatialement à l’aide de maillages. Cependant, la qualité des maillages peut être considérablement altérée à cause de l’inadéquation entre, d’une part, la géométrie et la connectivité des objets géologiques à représenter et, d’autre part, les contraintes requises sur le nombre, la forme et la taille des éléments des maillages. Dans ce cas, il est souhaitable de modifier un modèle géologique afin de pouvoir générer des maillages de bonne qualité permettant la réalisation de simulations physiques fidèles en un temps raisonnable. Dans cette thèse, j’ai développé des stratégies de réparation et de simplification de modèles géologiques 2D dans le but de faciliter la génération de maillages et la simulation de processus physiques sur ces modèles. Je propose des outils permettant de détecter les éléments des modèles qui ne respectent pas le niveau de détail et les prérequis de validité spécifiés. Je présente une méthode pour réparer et simplifier des coupes géologiques de manière locale, limitant ainsi l’extension des modifications. Cette méthode fait appel à des opérations d’édition de la géométrie et de la connectivité des entités constitutives des modèles géologiques. Deux stratégies sont ainsi explorées : modifications géométriques (élargissements locaux de l'épaisseur des couches) et modifications topologiques (suppressions de petites composantes et fusions locales de couches fines). Ces opérations d’édition produisent un modèle sur lequel il est possible de générer un maillage et de réaliser des simulations numériques plus rapidement. Cependant, la simplification des modèles géologiques conduit inévitablement à la modification des résultats des simulations numériques. Afin de comparer les avantages et les inconvénients des simplifications de modèles sur la réalisation de simulations physiques, je présente trois exemples d'application de cette méthode : (1) la simulation de la propagation d'ondes sismiques sur une coupe au sein du bassin houiller lorrain, (2) l’évaluation des effets de site liés à l'amplification des ondes sismiques dans le bassin de la basse vallée du Var, et (3) la simulation d'écoulements fluides dans un milieu poreux fracturé. Je montre ainsi (1) qu'il est possible d’utiliser les paramètres physiques des simulations, la résolution sismique par exemple, pour contraindre la magnitude des simplifications et limiter leur impact sur les simulations numériques, (2) que ma méthode de simplification de modèles permet de réduire drastiquement le temps de calcul de simulations numériques (jusqu’à un facteur 55 sur une coupe 2D dans le cas de l’étude des effets de site) tout en conservant des réponses physiques équivalentes, et (3) que les résultats de simulations numériques peuvent être modifiés en fonction de la stratégie de simplification employée (en particulier, la modification de la connectivité d’un réseau de fractures peut modifier les écoulements fluides et ainsi surestimer ou sous-estimer la quantité des ressources produites). / Numerical geological models help to understand the spatial organization of the subsurface. They are also designed to perform numerical simulations to study or predict the rocks physical behavior. The internal structures of geological models are commonly discretized using meshes to solve the physical governing equations. The quality of the meshes can be, however, considerably degraded due to the mismatch between, on the one hand, the geometry and the connectivity of the geological objects to be discretized and, on the other hand, the constraints imposed on number, shape and size of the mesh elements. As a consequence, it may be desirable to modify a geological model in order to generate good quality meshes that allow realization of reliable physical simulations in a reasonable amount of time. In this thesis, I developed strategies for repairing and simplifying 2D geological models, with the goal of easing mesh generation and simulation of physical processes on these models. I propose tools to detect model elements that do not meet the specified validity and level of detail requirements. I present a method to repair and simplify geological cross-sections locally, thus limiting the extension of modifications. This method uses operations to edit both the geometry and the connectivity of the geological model features. Two strategies are thus explored: geometric modifications (local enlargements of the layer thickness) and topological modifications (deletions of small components and local fusions of thin layers). These editing operations produce a model on which it is possible to generate a mesh and to realize numerical simulations more efficiently. But the simplifications of geological models inevitably lead to the modification of the numerical simulation results. To compare the advantages and disadvantages of model simplifications on the physical simulations, I present three applications of the method: (1) the simulation of seismic wave propagation on a cross-section within the Lorraine coal basin, (2) the site effects evaluation related to the seismic wave amplifications in the basin of the lower Var river valley, and (3) the simulation of fluid flows in a fractured porous medium. I show that (1) it is possible to use the physical simulation parameters, like the seismic resolution, to constrain the magnitude of the simplifications and to limit their impact on the numerical simulations, (2) my method of model simplification is able to drastically reduce the computation time of numerical simulations (up to a factor of 55 in the site effects case study) while preserving an equivalent physical response, and (3) the results of numerical simulations can be changed depending on the simplification strategy employed (in particular, changing the connectivity of a fracture network can lead to a modification of fluid flow paths and overestimation or underestimation of the quantity of produced resources).

La perception visuelle est un élément déterminant pour interagir avec notre environnement. Lors des activités physiques et sportives, la prise d'informations visuelles permet notamment à un athlète d'extraire et de sélectionner les indices visuels nécessaires pour anticiper le mouvement adverse. L'analyse de cette prise d'informations visuelles a fait l'objet de nombreuses recherches dans le domaine sportif, cependant toutes les méthodes employées semblent limitées sur le plan fonctionnel ou matériel. Ce travail a pour objectif l'évaluation et la mise en oeuvre d'une nouvelle méthodologie d'analyse de la prise d'informations visuelles fondée sur l'utilisation des environnements virtuels. Cette méthodologie est appliquée à l'activité du gardien de but de handball en situation de duel. Dans un premier temps, nous comparons les performances des gardiens de but face à notre méthodologie avec ceux obtenus face à une séquence filmée afin de démontrer l'intérêt des environnements virtuels dans ce domaine. Puis, nous abordons la mise en place de notre méthodologie en nous focalisant sur l'influence du niveau de détail et de la représentation graphique de l'action de tir sur la performance du gardien de but de handball. Enfin, nous utilisons notre méthodologie pour étudier la prise d'informations visuelles du gardien de but de handball. Plus précisément, nous estimons l'importance relative des informations visuelles issues de la trajectoire du ballon et du mouvement de tir.

Face à l'intérêt grandissant pour les forêts mélangées, des d'outils et des modèles adaptés à leur gestion sont nécessaires. L'objectif de cette thèse est de montrer comment la construction et la comparaison de modèles ayant différents niveaux de détail peuvent nous aider à choisir le niveau le plus approprié pour modéliser la croissance d'un peuplement mélangé dans un contexte d'application donné. A partir de données récoltées dans des peuplements mélangés chêne sessile (Quercus petraea L.) pin sylvestre (Pinus sylvestris L.), nous avons construit une famille de modèles à différents niveaux de détail : un modèle arbre indépendant des distances (MAID), un modèle arbre dépendant des distances (MADD), trois modèles peuplement et un modèle intermédiaire entre le MAID et le MADD utilisant des distributions de voisinage. Pour que la comparaison de ces modèles soit pertinente, nous avons assuré une cohérence entre les modèles en utilisant plusieurs approches. Ces modèles nous ont permis d'acquérir des connaissances sur la croissance et la dynamique de ces forêts en particulier sur les interactions spatiales et temporelles entre le chêne et le pin. Ainsi le MAID a permis de montrer qu'il peut y avoir des phénomènes de compensation de croissance entre les deux espèces. Le MADD a permis de montrer que dans ces peuplements la compétition intraspécifique est supérieure à la compétition interspécifique. Un modèle peuplement obtenu à partir du MADD a permis d'étudier l'influence du taux de mélange sur la production. Pour évaluer la qualité prédictive des modèles, nous avons utilisé un jeu de données indépendant obtenu en partageant nos données avant la construction des modèles. Nous avons ainsi montré que le MAID était plus performant que le MADD pour prédire les accroissements individuels. Les modèles ont aussi été comparés sur des exemples d'applications mettant en œuvre des simulations à court ou moyen terme. La démarche proposée présente un intérêt aussi bien pour la compréhension du phénomène étudié que pour sa modélisation dans un but prédictif. En regroupant l'ensemble des résultats acquis, ce travail nous a permis d'apprécier la pertinence d'un type de modèle en fonction du contexte d'utilisation. Cette démarche très générale pourrait être appliquée à la modélisation d'autres processus comme la mortalité ou la régénération.

Depuis quelques décennies, les communautés d'informatique graphique et de vision ont contribué à l'émergence de technologies permettant la numérisation d'objets 3D. Une demande grandissante pour ces technologies vient des acteurs de la culture, notamment pour l'archivage, l'étude à distance et la restauration d'objets du patrimoine culturel : statuettes, grottes et bâtiments par exemple. En plus de la géométrie, il peut être intéressant de numériser la photométrie avec plus ou moins de détail : simple texture (2D), champ de lumière (4D), SV-BRDF (6D), etc. Nous formulons des solutions concrètes pour la création et le traitement de champs de lumière surfaciques représentés par des fonctions de radiance attachés à la surface.Nous traitons le problème de la phase de construction de ces fonctions à partir de plusieurs prises de vue de l'objet dans des conditions sur site : échantillonnage non structuré voire peu dense et bruité. Un procédé permettant une reconstruction robuste générant un champ de lumière surfacique variant de prévisible et sans artefacts à excellente, notamment en fonction des conditions d'échantillonnage, est proposé. Ensuite, nous suggérons un algorithme de simplification permettant de réduire la complexité mémoire et calculatoire de ces modèles parfois lourds. Pour cela, nous introduisons une métrique qui mesure conjointement la dégradation de la géométrie et de la radiance. Finalement, un algorithme d'interpolation de fonctions de radiance est proposé afin de servir une visualisation lisse et naturelle, peu sensible à la densité spatiale des fonctions. Cette visualisation est particulièrement bénéfique lorsque le modèle est simplifié. / Vision and computer graphics communities have built methods for digitizing, processing and rendering 3D objects. There is an increasing demand coming from cultural communities for these technologies, especially for archiving, remote studying and restoring cultural artefacts like statues, buildings or caves. Besides digitizing geometry, there can be a demand for recovering the photometry with more or less complexity : simple textures (2D), light fields (4D), SV-BRDF (6D), etc. In this thesis, we present steady solutions for constructing and treating surface light fields represented by hemispherical radiance functions attached to the surface in real-world on-site conditions. First, we tackle the algorithmic reconstruction-phase of defining these functions based on photographic acquisitions from several viewpoints in real-world "on-site" conditions. That is, the photographic sampling may be unstructured and very sparse or noisy. We propose a process for deducing functions in a manner that is robust and generates a surface light field that may vary from "expected" and artefact-less to high quality, depending on the uncontrolled conditions. Secondly, a mesh simplification algorithm is guided by a new metric that measures quality loss both in terms of geometry and radiance. Finally, we propose a GPU-compatible radiance interpolation algorithm that allows for coherent radiance interpolation over the mesh. This generates a smooth visualisation of the surface light field, even for poorly tessellated meshes. This is particularly suited for very simplified models.