L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est la représentation de formes tridimensionnelles ainsi que la reconstruction tridimensionnelle a partir de coupes sériées. Après avoir défini le cadre exact de la reconstruction tridimensionnelle a partir de coupes sériées, le premier chapitre analyse les différentes étapes et les méthodes généralement employées pour effectuer cette reconstruction. Les chapitre 2 et 3 s'attachent a la description et a la représentation de formes tant bidimensionnelles que tridimensionnelles. Le chapitre 3 developpe ainsi une methode de squelettisation tridimensionnelle permettant d'obtenir un squelette filaire. Le chapitre 4 est consacre a la description de deux méthodes de reconstruction tridimensionnelle opérant par inférence de formes. La methode utilisant l'inférence structurelle de graphes de la ligne médiane est ensuite développée. Elle passe par une nécessaire étape, chapitre 5, de mise en correspondance de graphes de la ligne médiane. Différentes méthodes de mise en correspondance sont présentées, finalement la methode procédant par recherche de cliques dans un graphe est développée. La construction du graphe de mise en correspondance est tout d'abord présentée, ensuite la recherche de cliques est abordée a l'aide de méthodes heuristiques de parcours (recuit simule et algorithmes génétiques). Le chapitre 6 développe le processus d'inférence de graphes de la ligne médiane mis en œuvre, il permet d'inférer des coupes intermediaires qui sont empilées pour finalement donner le volume tridimensionnel recherche. Le chapitre 7 est consacre a la présentation des divers résultats et de leurs conséquences, il présenté aussi d'autres applications possibles des différentes techniques developpees

Présentation d'une synthèse des théories et techniques issues des sciences cognitives et de l'informatique. Dans une deuxième partie, un modèle d'architecture permettant d'intégrer aux logiciels interactifs les principes essentiels de l'ergonomie cognitive est propose. Un système interactif organise selon ce modèle repartit la gestion de l'interaction au sein d'agents spécialisés

Étude des moyens de description et de manipulation des objets contenus dans des images binaires discrètes. Le calcul d'une ligne médiane, puis d'un graphe de la ligne médiane, aboutit a la représentation hiérarchisée de l'axe médian qui induit une analyse structurée de l'objet original. Différents procédés de manipulation de formes sont proposes et testés.

Rappels sur les graphes topologiques et les propriétés algébriques des constellations. Triangulations minimales de surfaces orientables : étude des constellations dans le cas des triangulations et methode permettant de trouver de nouvelles triangulations minimales de surfaces orientables. On étudie une classe particulière de graphes pour lesquels le nombre minimum de faces d'une immersion 2-cellulaire dans une surface orientable est 1 ou 2 : les graphes sup-immergeables.

Cette these s'inscrit dans le domaine de l'ingenierie des Interfaces Homme-Machine. Elle a pour theme la conception et la realisation des systemes interactifs. Parmi ces systemes, nous etudions les interfaces utilisateur qui integrent les aspects innovants de la technologie actuelle en communication homme-machine : les systemes a caracteristiques multiples. L'approche adoptee s'appuie sur une analyse conceptuelle des systemes e caracteristiques multiples en prenant en compte a la fois les activites du systeme et de lÕutilisateur. Cette etude nous conduit a distinguer des etapes dans les mecanismes d'abstraction et de concretisation des informations echangees entre l'utilisateur et le systeme que nous organisons en un canevas : l'espace Pipe-lines. De l'espace Pipe-lines, canevas integrateur des activites de l'utilisateur et du systeme, nous derivons une methode de raisonnement et de classification des systemes en fonction de leurs utilisations : la methode UOM. En adoptant comme fondement l'espace Pipe-lines, nous identifions les besoins pour la realisation logicielle. Nous proposons un modele d'architecture logicielle, PAC- Amodeus qui repond a ces besoins. Ce modele est complete d'un guide d'application constitue d'un ensemble de regles heuristiques que nous avons concretisees par un systeme expert PAC-Expert. En symbiose avec PAC-Amodeus, nous proposons un moteur de fusion des informations specifiees par l'utilisateur. De part ses criteres et sa technique de representation des informations, le moteur est generique. PAC-Amodeus correle au moteur de fusion constitue une plate-forme pour la realisation logicielle de systemes a caracteristiques multiples.

Avec le développement récent des technologies 3D, les formes 3D sont devenues un type de données multimédia interactives de première importance. Leur représentation la plus courante, le maillage de polygones, souffre cependant de grande variabilité face à des transformations canoniques préservant la forme. Il est donc nécessaire de concevoir des techniques de modélisation intrinsèque de forme. Dans cette thèse, nous explorons la modélisation topologique par l'étude de structures basées sur les graphes de Reeb. En particulier, nous introduisons une nouvelle abstraction de forme, appelée squelette topologique avancé, qui permet non seulement l'étude de l'évolution topologique des lignes de niveau de fonctions de Morse mais aussi l'étude de leur évolution géométrique. Nous démontrons l'utilité de cette représentation intrinsèque de forme dans trois problèmes de recherche liés à l'Informatique Graphique et à la Vision par Ordinateur. Tout d'abord, nous introduisons la notion de calcul géométrique sur les graphes de Reeb pour le calcul automatique et stable de squelettes de con- trôle pour la manipulation interactive de forme. Ensuite, en introduisant les notions de cartes de Reeb et de motifs de Reeb, nous proposons une nouvelle méthode pour l'estimation de similarité partielle entre formes 3D. Nous montrons que cette approche dépasse les méthodes participant au concours international de reconnaissance de forme 2007 (SHREC 2007) par un gain de 14%. Enfin, nous présentons deux techniques permettant de fournir une dé- composition fonctionnelle d'une forme 3D, à la fois en considérant des heuristiques issues de la théorie de la perception humaine et des données 3D variant dans le temps. Des exemples applicatifs concrets viennent illustrer l'utilité de notre ap- proche pour chacun de ces problèmes de recherche.

La cycloaddition [2+2] du dichlorocétène sur le 7-méthylcycloheptatriène conduit, après expansion de cycle au diazométhane et déshydrohalogénation, à une -chlorotriénone, ceci de manière très sélective. Cet intermédiaire s'est montré très efficace par le passé dans la synthèse de sesquiterpènes naturels possédant le squelette bicyclo[5.3.0]décane (guaianes, guaianolides, azulènes...). Nous avons utilisé cette méthodologie dans une approche synthétique des thapsigargines, des guaianolides naturels à la structure complexe dont un dérivé est à l'étude contre le cancer de la prostate. Nos recherches et notre savoir-faire nous ont permis d'accéder à un intermédiaire avancé pouvant mener à cette famille de composés, il possède les groupements, insaturations et configurations clé nécessaires. Il peut par ailleurs servir de plateforme idéale pour accéder à des azulènes naturels. Nous avons alors en paralèle synthétisé des azulènes bleu, violet et rouge (dont il s'agit de la première synthèse pour ces derniers)

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'ingénierie des Interfaces Homme-Machine. Elle a pour thème la conception et la réalisation des modèles d'IHM de la méthode MACAO. Nous étudions l'axe de création des interfaces utilisateur en différenciant trois niveaux de la conception à la réalisation. L'approche adoptée s'appuie sur une analyse théorique et sur des cas d'expériences pratiques des modèles. Cette démarche entre dans le cadre très en vogue des modèles et des transformations de modèles. Cette étude nous conduit à distinguer les étapes de conception d'une IHM en milieu industriel et à mettre en place un processus pour la réalisation des modèles et des maquettes dans la phase de recueil des besoins. En étudiant sur des projets réels la conception des IHM utilisant une représentation abstraite, nous soulignons toute l'importance de traiter de l'interface utilisateur avec l'utilisateur final et l'importance de la concevoir comme un élément de l'architecture générale dès les phases de conception. Nous proposons un procédé de conception de l'architecture de l'IHM qui répond aux besoins de la conception d'une IHM. Ce processus est complété par des modèles à des niveaux de raffinement différents. Nous proposons des métamodèles de ces différentes vues de la création des IHM. Et nous proposons un outil de génie logiciel qui permet d'éditer et d'utiliser le modèle du SNI. De part ses critères et ses techniques de représentation, MACAO représente une des plus douces et progressives façons d'implémenter une interface homme-machine.

Nous nous intéressons au problème de la reconstruction tridimensionnelle d'objets complexes à partir de coupes sériées. Le premier chapitre du mémoire s'attache à montrer l'intérêt de mettre à la disposition de la modélisation géologique 3D un ensemble d'outils variés et notamment des méthodes d'interpolation et de reconstruction adaptées. Le second chapitre pose la problématique générale de la reconstruction 3D et propose un état de l'art sur les méthodes existantes. Ces deux chapitres composent la première partie du manuscrit. Dans la deuxième partie du mémoire nous proposons une nouvelle méthode de reconstruction 3D qui permet de traiter de manière simple et automatique l'ensemble des problèmes de topologie (trous, branchements multiples, contours isolés). Elle s'appuie sur la construction adaptative de coupes intermédiaires par interpolation entre les sections initiales (chapitre 3). Ce processus utilise un diagramme de Voronoï généralisé simplifié, le réseau bissecteur, comme outil d'interpolation 2D. Nous fournissons une description géométrique complète du réseau bissecteur 2D et nous montrons que sa complexité algébrique est la même que celle des éléments qui permettent de le calculer (segments en 2D, portions de plans en 3D). Nous proposons ensuite deux algorithmes de construction des réseaux bissecteurs interne et externe de formes polygonales éventuellement trouées, dont la complexité en temps est respectivement en O(n2 log n) et O(n2), et la mémoire en O(n2) et O(n) respectivement (chapitre 4). La mise en correspondance des contours est abordée dans le chapitre 5 et nous suggérons quelques solutions pour traiter certains problèmes délicats. La construction du réseau bissecteur permet ensuite d'obte~ir une surface valide de l'objet en guidant de manière directe la triangulation entre les points des différentes sections. Il n'y a donc pas besoin de post-traitements. De plus, l'ajout automatique de portions de coupes intermédiaires dans les zones de changements de topologie ou de variations de morphologie permet une meilleure définition des surfaces générées (chapitre 6). Dans la dernière partie du mémoire nous discutons les résultats obtenus et nous les comparons avec ceux de deux méthodes existantes (chapitre 7).

La reconstruction 3D consiste à acquérir des images d’un objet, et à s’en servir pour en estimer un modèle 3D. Dans ce manuscrit, nous développons une méthode de reconstruction basée sur la modélisation par squelette. Cette méthode a l’avantage de renvoyer un modèle 3D qui est un objet virtuel complet (i.e. fermé) et aisément éditable, grâce à la structure du squelette. Enfin, l’objet acquis n’a pas besoin d’être texturé, et entre 3 et 5 images sont suffisantes pour la reconstruction. Dans une première partie, nous étudions les aspects 2D de l’étude. En effet, l’estimation d’un squelette 3D nécessite d’étudier la formation de la silhouette de l’objet à partir de son squelette, et donc les propriétés de sa projection perspective, appelée squelette perspectif. Cette étude est suivie par notre première contribution : un algorithme d’estimation de la projection perspective d’un squelette 3D curviligne, constitué d’un ensemble de courbes. Cet algorithme a toutefois tendance, comme beaucoup d’algorithmes estimant un squelette, à générer des branches peu informatives, notamment sur une image rastérisée. Notre seconde contribution est donc un algorithme d’estimation de squelette 2D, capable de prendre en compte la discrétisation du contour de la forme 2D, et d’éviter ces branches peu informatives. Cet algorithme, d’abord conçu pour estimer un squelette classique, est ensuite généralisé à l’estimation d’un squelette perspectif. Dans une seconde partie, nous estimons le squelette 3D d’un objet à partir de ses projections. Tout d’abord, nous supposons que le squelette de l’objet 3D à reconstruire est curviligne. Ainsi, chaque squelette perspectif estimé correspond à la projection du squelette 3D de l’objet, sous différents points de vue. La topologie du squelette étant affectée par la projection, nous proposons notre troisième contribution, l’estimation de la topologie du squelette 3D à partir de l’ensemble de ses projections. Une fois celle-ci estimée, la projection d’une branche 3D du squelette est identifiée sur chaque image, i.e. sur chacun des squelettes perspectifs. Avec cette identification, nous pouvons trianguler les branches du squelette 3D, ce qui constitue notre quatrième contribution : nous sommes donc en mesure d’estimer un squelette curviligne associé à un ensemble d’images d’un objet. Toutefois, les squelettes 3D ne sont pas tous constitués d’un ensemble de courbes : certains d’entre eux possèdent aussi des parties surfaciques. Notre dernière contribution, pour reconstruire des squelettes 3D surfaciques, est une nouvelle approche pour l’estimation d’un squelette 3D à partir d’images : son principe est de faire grandir le squelette 3D, sous les contraintes données par les images de l’objet. / The principle of 3D reconstruction is to acquire one or more images of an object, and to use it to estimate a 3D model of the object. In this manuscript, we develop a reconstruction method based on a particular model, the skeleton. The main advantages of our reconstruction approach are: we do reconstruct a whole, complete objet, and thanks to the skeleton structure, easily editable. Moreover, the method we propose allows us to free ourselves from constraints related to more classical reconstruction methods: the reconstructed object does not need to be textured, and between 3 and 5 images are sufficient to perform the reconstruction. In the first part, we focus on the 2D aspects of the work. Indeed, before estimating a 3D skeleton, we study the perspective silhouette of the object, and thus evaluate the properties of the perspective projection of the skeleton. Thus, our first contribution is an algorithm estimating the perspective projection of a curvilinear 3D skeleton, consisting of a set of curves. This algorithm, however, like most skeletonisation algorithms, tends to generate non-informative branches, in particular on a rasterized image. Our second contribution is thus an original 2D skeleton estimation algorithm, able to take into account the noise on the contour of the 2D shape, and to avoid uninformative skeleton branches. This algorithm, first designed to estimate a classical skeleton, is then generalized for computing a perspective skeleton. In a second part, we estimate the 3D skeleton of an object from its projections. First, we assume that the skeleton of the considered object is curvilinear. Thus, each estimated perspective skeleton corresponds to the projection of the 3D skeleton, from several viewpoints. The topology of the skeleton is however affected by the perspective projection, so we propose our third contribution: the estimation of the topology of the 3D skeleton based on its projections. Once this topology is estimated, for any 3D branch of the skeleton we indentify its projections on each image, that is a branch on each of the perspective skeletons. From this identification, we triangulate the branches of the 3D skeleton, which is our fourth contribution. Thus, we are able to estimate a curvilinear skeleton associated with a set of images of a 3D object. However, 3D skeletons are not necessarily made up of a set of curves, and some of them also have surface parts. Our last contribution is a new approach for the estimation of a general 3D skeleton (with surface parts) from images, which principle is to increase the 3D skeleton under the constraints given by the different images of the object.