Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 85-87.

Les surfaces implicites ont été perçues au cours des années 80, comme une alternative intéressante aux modélisations paramétriques des surfaces (NURBS, etc). Elles sont définies comme l'ensemble des points de même valeur d'un champ potentiel, c'est-à-dire la frontière de deux volumes. Ainsi elles possèdent des propriétés avantageuses dans le cadre de la modélisation géométrique: gestion automatique de la topologie, garantie de manipuler des entités manifold, possibilité de définir des transitions lisses entre des objets se fusionnant. Elles furent cependant délaissées au début des années 2000 en raison des contraintes qu'elles imposent: évaluation et affichage coûteux en temps de calcul, et forme des surfaces difficilement contrôlables. Les contributions de cette thèse proposent des solutions à ces problématiques de la modélisation par surfaces implicites. Il est tout d'abord montré qu'une nouvelle structure d'accélération, combinant les propriétés d'une hiérarchie de volumes englobants et d'un Kd-Tree, permet d'accélérer l'affichage par lancer de rayons d'un grand nombre de surfaces implicites. Il est ainsi possible d'animer en temps réel une surface de type fluide, définie par les points d'isovaleur d'un champ potentiel obtenu par la somme de primitives simples. Les opérateurs simples de composition de surfaces implicites, tels que la somme, permettent d'évaluer rapidement des champs potentiels combinant plusieurs milliers de primitives. Néanmoins, l'apparence organique des surfaces produites est difficile à contrôler. Cette thèse propose un nouveau type d'opérateur de composition, utilisant à la fois les valeurs et les gradients des champs potentiels sources, qui permet d'avoir beaucoup plus de contrôle sur la forme des surfaces produites tout en supprimant les effets indésirables des opérateurs classiques, tels que le gonflement à l'intersection de surfaces ou la fusion de surfaces proches. Enfin il est montré comment ces opérateurs de mélange peuvent être utilisés pour déformer des surfaces de type maillage, animées par un squelette. Nous définissons un champ potentiel par composition de primitives implicites générées aux arêtes du squelette. A chaque déformation du squelette, le champ potentiel est lui aussi déformé par les opérateurs de composition choisis: ces déformations peuvent être reproduites sur le maillage en déplaçant chaque sommet du maillage jusqu'à la surface d'isovaleur correspondante à leur valeur de potentiel initiale. Cette technique permet d'obtenir rapidement des déformations plausibles au niveau des articulations des membres modélisés / Implicit surfaces have been considered during the eightees as a promising alternative to parametric surfaces (NURBS patches, etc...). They are defined as the set of points having the same value of a scalar field, thus spliting the space into two volumes. Their volumetric nature confers them interesting properties for geometric modeling: the topology of objects is handled automatically, geometries are guaranteed to be manifold and they can produce smooth blendings of objects easily. However, they were abandoned at the beginning of the 21st century due to the limitations they impose: they are computationally expensive to evaluate and to display, and the shape of the transition between objects is difficult to control. This thesis proposes new solutions to these problems in implicit surfaces modeling. First of all, it is shown that the use of a new object-partitioning structure, mixing the properties of a bounding volume hierarchy and a Kd-Tree, makes it possible to raytrace a large number of implicit primitives at interactive frame rates. Therefore it allows real time visualization of fluid-like shapes, defined as an isosurface of a potential field computed as the sum of simple primitives. Simple composition operators of implicit surfaces, such as the sum operator, allow a fast computation of a potential field combining thousands of primitives. Nevertheless, the shape of the resulting surfaces is organic and difficult to control. In this thesis, a new kind of composition operators is proposed, which takes both the value and the gradient of the source potential fields as input. These operators give much more control on the shape of the surfaces, and they avoid the classical problems of implicit surfaces composition, such as bulging at the intersection of two primitives or blending of surfaces at a distance. Finally, a new skeleton-based animation technique is presented which reproduces the deformations of some implicit surfaces on a given mesh. We define a potential field as the composition of implicit primitives generated at the bones of the skeleton. Thus each motion of the skeleton will cause distortions in the associated potential field. These distortions can be reproduced on the mesh by moving each of its vertices to the isosurface of the potential field corresponding to their initial potential value. This technique is able to produce rapidly realistic deformations on the limbs of an articulated model of a body

L'analyse d'images est devenue ces dernières années une discipline de plus en plus riche de l'informatique. La topologie discrète propose un panel d'outils incontournables dans le traitement d'images, notamment grâce à l'outil du squelette, qui permet de simplifier des objets tout en conservant certaines informations intactes. Cette thèse étudie comment certains outils de la topologie discrète, notamment les squelettes, peuvent être utilisés pour le traitement d'images de matériaux.Le squelette d'un objet peut être vu comme une simplification d'un objet, possédant certaines caractéristiques identiques à celles de l'objet original. Il est alors possible d'étudier un squelette et de généraliser certains résultats à l'objet entier. Dans une première partie, nous proposons une nouvelle méthode pour conserver, dans un squelette, certaines caractéristiques géométriques de l'objet original (méthode nécessitant un paramètre de filtrage de la part de l'utilisateur) et obtenir ainsi un squelette possédant la même apparence que l'objet original. La seconde partie propose de ne plus travailler avec des objets constitués de voxels, mais avec des objets constitués de complexes cubiques. Dans ce nouveau cadre, nous proposons de nouveaux algorithmes de squelettisation, dont certains permettent de conserver certaines caractéristiques géométriques de l'objet de départ dans le squelette, de façon automatique (aucun paramètre de filtrage ne doit être donné par l'utilisateur). Nous montrerons ensuite comment un squelette, dans le cadre des complexes cubiques, peut être décomposé en différentes parties. Enfin, nous montrerons nos résultats sur différentes applications, allant de l'étude des matériaux à l'imagerie médicale

Alors que les surfaces géométriques sont essentiellement représentées à l'aide de maillages triangulaires dans le domaine de la géométrie numérique, les structures permettant d'interagir avec ces géométries sont variées et adaptées aux différents traitements visés par l'utilisateur. Cette thèse présente des travaux réalisés sur des structures de dimension et de représentation géométrique variées, allant de l'étude des structures internes comme les squelettes analytiques pour la modélisation géométrique, passant par les structures surfaciques pour la sélection automatiques de poignées de déformation, jusqu'aux structures externes de contrôle d'objet de type "cage" offrant une représentation haut niveau de séquences animées d'objets issues de systèmes de performance capture. Sont présentés également les résultats obtenus sur les coordonnées aux valeurs moyennes offrant une solution au problème de l'interpolation de conditions de Dirichlet, pour lesquelles les formules analytiques des gradients et Hessiens sont fournies, et les fonctions biharmoniques pour lesquelles une base d'éléments finis est formulée pour la résolution du problème de Laplace biharmonique avec conditions mixtes Dirichlet/Neumann, ainsi que leurs applications à la déformation de formes 3D. / While 3D surfaces are essentially represented using triangle meshes in the domain of digital geometry, the structures that allow to interact with those are various and adapted to the different geometry processing tasks that are targetted by the user.This thesis presents results on structures of various dimension and various geometrical representations, going from internal structures like analytical curve skeletons for shape modeling, to on-surface structures allowing automatic selection of feature handles for shape deformation, and external control structures known as “cages” offering a high-level representation of animated 3D data stemming from performance capture. Results on spatial functions are also presented, in particular for the Mean-Value Coordinates, for which the analytical formulae of the gradients and the Hessians are provided, and biharmonic functions, for which a finite elements basis is given for the resolution of the biharmonic Laplace problem with mixed Dirichlet/Neumann boundary conditions, as well as their applications to 3D shapes deformation.

Les Polluants Organiques Persistants (POPs) sont des contaminants environnementaux composés des produits chimiques, mobiles, persistants, bioaccumulables, et toxiques. Les avancées dans la recherche au cours de ces dernières décennies ont montré que ces polluants présentent un grand risque de potentiel de toxicité, notamment chez les ours polaires où ils sont responsables d’une faible densité osseuse minérale du bacculum, chez les poissons des malformations de la colonne vertébrale, et un amincissement de la coquille d’oeuf chez les oiseaux. Le rapport entre les os et la coquille de l’oeuf est qu’ils ont le calcium comme composé principal, et sa concentration dans l’organisme est régulée par deux hormones endocriniennes telles que la parathormone et la calcitonine pouvant subir des perturbations endocriniennes. La densité minérale (calcium) de l’os ou la quantité du calcium dans l’oeuf détermine leurs résistances. En vue de comprendre, l’impact des POPs sur développement foetal du système squelettique chez les mammifères, cette étude a été conduite en émettant l’hypothèse qu’une exposition in utero à une mixture de POPs mimant les contaminants retrouvés dans la chaîne alimentaire en Arctique, induirait des malformations osseuses chez les foetus de rat, lesquelles seraient transmises aux générations suivantes via les pères. Une supplémentation en acide folique (AF) a également été investiguée pour contrecarrer les effets potentiels des POPs, car l’AF était supplémentée chez les femmes enceinte pour remédier à la malformation du tube neural. À cet effet, quatre groupes de rates Sprague-Dawley (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs ou d’huile de maïs (contrôle). Elles ont été soumises à un régime alimentaire contenant soit une dose physiologique d’AF ou une dose supplémentée en AF. Les femelles ont été accouplées à des mâles non traités pour créer la génération F1. Les mâles F1 ont à leur tour été accouplés avec des femelles non traitées pour produire la génération F2 et ainsi de suite jusqu’à la génération F4. À chaque génération, les femelles ont été sacrifiées à 19,5 jours de gestation. Les foetus ont été prélevés et leurs squelettes ont été colorés pour observer le degré d’ossification et la longueur des os longs. Les résultats ont montré que dans les générations F1 et F2, ces POPs ont provoqué des retards d’ossification et une diminution de la longueur des os longs (p ≤ 0,05). Cet effet était absent dans la génération F3, mais la longueur des os était augmentée en F4 dans les lignées exposées à des POPs (p ≤ 0,05). Cependant, la supplémentation en AF utilisée n’a pas pallié les effets suivant une exposition à des POPs. Toutefois, l’impact de l’AF pour contrecarrer l’effet potentiel de ces polluants chez le foetus devrait être investigué davantage puisqu’elle n’a pas porté ses fruits chez le modèle de rat. En conclusion, une exposition des mâles in utero aux POPs a impacté l’ossification de la F1 jusqu’à la F4. / Persistent Organic Pollutants (POPs) are environmental contaminants composed of chemicals that are mobile, persistent, bioaccumulative, and toxic. Advances in research in recent decades have shown that these pollutants present a high risk of toxic potential, particularly in polar bears where they are responsible for low bacculum mineral bone density, in fish for spinal deformities, and eggshell thinning in birds. The relationship between bones and eggshells is that they have calcium as the main compound, and its concentration in the body is regulated by two endocrine hormones such as parathormone and calcitonin which can undergo endocrine disruption. The mineral density (calcium) of the bone or the amount of calcium in the egg determines their resistance. In order to understand the impact of POPs on fetal development of the skeletal system in mammals,this study was conducted under the hypothesis that in utero exposure to a mixture of POPs mimicking contaminants found in the Arctic food chain would induce bone malformations in rat fetuses, which would be transmitted to subsequent generations via the fathers. Folic acid (FA) supplementation has also been investigated to counteract the potential effects of POPs, as FA was supplemented in pregnant women to correct neural tube defects. For this purpose, four groups of Sprague-Dawley (F0) rats were gavaged with a mixture of POPs or corn oil (control). They were fed a diet containing either a physiological dose of AF or a dose supplemented with AF. Females were mated to untreated males to create the F1 generation. The F1 males were in turn mated with untreated females to produce the F2 generation and so on until the F4 generation. In each generation, females were sacrificed at 19.5 days gestation. Fetuses were collected and their skeletons were stained to observe the degree of ossification and the length of long bones. Results showed that in the F1 and F2 generations, these POPs caused delayed ossification and a decrease in long bone length (p ≤ 0.05). This effect was absent in generation F3, but bone length was increased in F4 in lines exposed to POPs (p ≤ 0.05). However, the AF supplementation used did not alleviate the effects following exposure to POPs. However, the impact of FA to counteract the potential effect of these pollutants in the fetus should be further investigated since it was not successful in the rat model. In conclusion, exposure of males in utero to POPs impacted ossification from F1 to F4.

L'analyse d'images est devenue ces dernières années une discipline de plus en plus riche de l'informatique. La topologie discrète propose un panel d'outils incontournables dans le traitement d'images, notamment grâce à l'outil du squelette, qui permet de simplifier des objets tout en conservant certaines informations intactes. Cette thèse étudie comment certains outils de la topologie discrète, notamment les squelettes, peuvent être utilisés pour le traitement d'images de matériaux.Le squelette d'un objet peut être vu comme une simplification d'un objet, possédant certaines caractéristiques identiques à celles de l'objet original. Il est alors possible d'étudier un squelette et de généraliser certains résultats à l'objet entier. Dans une première partie, nous proposons une nouvelle méthode pour conserver, dans un squelette, certaines caractéristiques géométriques de l'objet original (méthode nécessitant un paramètre de filtrage de la part de l'utilisateur) et obtenir ainsi un squelette possédant la même apparence que l'objet original. La seconde partie propose de ne plus travailler avec des objets constitués de voxels, mais avec des objets constitués de complexes cubiques. Dans ce nouveau cadre, nous proposons de nouveaux algorithmes de squelettisation, dont certains permettent de conserver certaines caractéristiques géométriques de l'objet de départ dans le squelette, de façon automatique (aucun paramètre de filtrage ne doit être donné par l'utilisateur). Nous montrerons ensuite comment un squelette, dans le cadre des complexes cubiques, peut être décomposé en différentes parties. Enfin, nous montrerons nos résultats sur différentes applications, allant de l'étude des matériaux à l'imagerie médicale / These last years, the domain of image analysis has drastically evolved. Digital topology offer a set of tools adapted to image analysis, especially the skeletonization process (also called homotopic thinning) which can simplify input data while keeping specific information untouched. In this thesis, we focus on how digital topology, especially skeletons, can help material image analysis.The goal of a skeletonization process is to remove unnecessary information from an input, and provide a simplified object, called the skeleton, having the same characteristics than the original data. It is then possible to perform some computations on the skeleton and generalise their results to the original data. In the first part of this thesis, we propose some new tools for preserving, during skeletonization, important geometrical features of the original data, and obtain a skeleton with the same visual appearance than the input.In the second part, we present the cubical complex framework, where objects are no more made only of voxels. We propose in this framework new skeletonization algorithms, some of them preserving automatically the visual aspect of the input during the thinning process (no filtering parameter from the user is required). We then show how a skeleton, in the cubical complexes framework, can be decomposed into basic parts, and we show some applications of these algorithms to material image analysis and medical image analysis

Les chondrichthyens sont caractérisés par des particularités anatomiques uniques, ce qui, combiné à leur position phylogénétique, en fait un groupe particulièrement attrayant en biologie de l’évolution. Compte tenu de leur squelette cartilagineux, leur registre fossile est principalement constitué de dents isolées, dont la microstructure des tissus est utilisée depuis longtemps dans un contexte taxonomique. Celle-ci permet en effet de différencier les chondrichthyens modernes (néosélaciens) des groupes éteints dans le registre fossile. La microstructure dentaire de nombreux d’entre eux demeure toutefois peu connue, notamment celle des batoïdes, pourtant le groupe de chondrichthyen le plus diversifié à l’heure actuelle.La première partie de ce travail porte sur une description approfondie de la microstructure dentaire des batoïdes, basée sur un large échantillonnage de formes fossiles et actuelles. Ces observations ont permis de décrire une diversité microstructurale importante et inattendue compte tenu de la stabilité évolutive de ces tissus chez les requins. Cette variation est ensuite abordée à travers une approche histologique et transcriptionelle du développement dentaire de formes actuelles. Les résultats obtenus suggèrent la convergence de ces tissus avec l’émailloïde présent chez certains ostéichthyens. La troisième partie de ce travail porte sur la calcification du squelette cartilagineux au cours du développement embryonnaire, dans un contexte morphologique et moléculaire. Les modalités de calcification des pièces squelettiques apparaissent ainsi beaucoup plus versatiles chez les chondrichthyens que chez les ostéichthyens. / Chondrichthyans exhibit a number of interesting features which make them valuable organisms to investigate from an evo-devo perspective. However, due to their cartilaginous skeleton, isolated teeth are usually the only available fossil material to reconstruct their evolutionary history. Their teeth are covered by enameloid, a hypermineralized tissue whose microstructure has proven a useful taxonomic tool to differentiate between modern forms (neoselachians) and their extinct relatives. However it is poorly known in several groups, thus casting doubts on the validity of such characters.In this work, I first describe the enameloid microstructure of batoids based on an extensive sampling of both their extant and extinct diversity. I highlight unexpected diversity in the microstructural organization of enameloid which was thought to be very stable in neoselachians. The developmental basis for this diversity was then investigated in two extant chondrichthyan models through classic histological techniques and in situ hybridization. The results highlight differences in their enameloid organic matrix, as well as important differences with enameloid formation in osteichthyans, casting doubts on the homology of the two tissues. Finally I investigate skeletogenesis in the lesser spotted catshark from both a morphological and molecular perspective. Using X-Ray microtomography and in situ hybridization, I highlight both the mineralization sequence of the cartilaginous skeleton and the molecular context in which it calcifies over the course of embryonic development. I find that skeletal calcification in chondrichthyans appears to be much more versatile than in osteichthyans.

La consommation est considérée comme étant l'une des formes simples de la vie quotidienne. L'évolution de la société moderne a entraîné un environnement fortement chargé d'objets, de signes et d'interactions fondées sur des transactions commerciales. À ce phénomène s'ajoutent l'accélération du renouvellement de l'offre disponible et le pouvoir d'achat qui devient une préoccupation grandissante pour la majorité des consommateurs et oú l'inflation des prix est un sujet récurrent. Compte tenu de cette complexité et de ces enjeux économiques aussi consé- quents, la nécessité de modéliser le comportement d'achat des consommateurs dans les diffé- rents secteurs d'activité présente une phase primordiale pour les grands acteurs économiques ou analystes. En 2008, la société Cliris s'est lancée dans le projet de suivi multi-caméras de trajectoires des clients. En effet, le projet repose sur la mise au point d'un système d'analyse automatique multi-flux basé sur le suivi multi-caméras de clients. Ce système permet d'analy- ser la fréquentation et les parcours des clients dans les surfaces de grandes distributions. Dans le cadre de cette thèse CIFRE, nous avons abordé l'ensemble du processus de suivi multi-caméras de personnes tout en mettant l'accent sur le côté applicatif du problème en apportant notre contribution à la réponse aux questions suivantes :1. Comment suivre un individu à partir d'un flux vidéo mono-caméra en assurant la gestion des occultations ?2. Comment effectuer un comptage de personnes dans les surfaces denses ?3. Comment reconnaître un individu en différents points du magasin à partir des flux vidéo multi-caméras et suivre ainsi son parcours ? / ...

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés aux copolymères hybrides qui combinent des segments polypeptides et polymères classiques au sein de la même macromolécule. Relier ces chaînes de façon covalente permet d'allier intimement les propriétés des deux composants : la solubilité, la processabilité, les propriétés de nanostructuration des copolymères classiques, avec les propriétés de biocompatibilité, d'auto-structuration ou de stimulabilité des polypeptides. Ce travail concerne l'étude de matériaux nanostructurés et stimulables à base de copolymères hybrides greffés. Trois types ont été préparés. Le premier type est constitué d'un squelette poly(N,N-diméthylacrylamide) hydrophile, et de greffons courts poly(L-Lysine) présentant des transitions entre les conformations hélice-alpha, feuillet-beta et désordonnée. En solution aqueuse, ces transitions sont induites par variations de pH et de température. Nous présentons un système dont le changement réversible d'état macroscopique -solution liquide/gel- dépend d'un changement de structure secondaire des greffons. Le deuxième type de copolymère est basé sur le même squelette hydrophile, avec des greffons hydrophobes poly(gamma-benzyl-L-glutamate) se structurant en hélice-alpha. Dans l'eau, ce copolymère amphiphile forme des superstructures membranaires et vésiculaires de l'échelle de la dizaine de microns. La formation de ces agrégats est attribuée à l'association des hélices-alpha, contrainte à deux dimensions du fait de la présence du squelette hydrophile. La synthèse d'un troisième type de copolymère hybride greffé a été testée. Cette synthèse met en jeu le couplage entre segments peptidiques préformés et un polystyrène réactif.