Cette thèse décrit et analyse un nouvel algorithme de génération de maillages tri-dimensionnels pour des domaines bornés par des surfaces lisses ou lisses par morceaux, c'est à dire des surfaces composées d'une collection de morceaux de surfaces lisses, joints en des courbes lisses. Cet algorithme utilise un processus glouton de raffinement de Delaunay et échantillonne l'intérieur et la frontière du domaine simultanément. Les résultats sont des maillages dont la qualité est certifiée, et où la taille des éléments est contrôlée par l'intermédiaire d'un champ de taille défini par l'utilisateur. L'analyse de l'algorithme montre de plus des guaranties sur la précision de l'approximation de la frontière du domaine, à condition que les angles entre deux morceaux de surfaces lisses soient supérieurs à 90°. La levée de cette limitation importante fera partie du travail de recherche qui suivra cette thèse. Une particularité intéressante de cet algorithme est qu'il ne nécessite de connaître le domaine qu'à travers un oracle capable de décider si un point de requête est à l'intérieur ou à l'extérieur du domaine, si un segment de droite intersecte ou non la frontière, et si un triangle intersecte les courbes lisses de la frontière. De ce fait, cet algorithme est générique et peut s'appliquer dans de nombreuses circonstances, allant du maillage d'objets définis par des surfaces implicites au maillage de domaines définis par une ou plusieurs zones dans une image tri-dimensionnelle, en passant par les objets dont la surface est déjà définie par un maillage triangulaire.

Cette thèse propose de nouvelles méthodes pour accélérer certaines des plus importantes opérations dans une triangulation de Delaunay, conciliant efficacité et bonne complexité théorique. Nous proposons deux approches pour calculer la triangulation de Delaunay de points sur (ou proches) d'une sphère. La première approche calcule la triangulation de Delaunay de points exactement sur la sphère par construction. La deuxième approche calcule directement l'enveloppe convexe de l'ensemble d'entrée, et donne quelques garanties sur la sortie. Les deux approches sont basées sur la triangulation régulière sur la sphère. La deuxième approche améliore les solutions de l'état de l'art. L'operation de mise à jour d'une triangulation de Delaunay, quand les sommets bougent, est critique dans plusieurs domaines d'applications. Quand tous les sommets bougent, reconstruire toute la triangulation est étonnamment une bonne solution en pratique. Toutefois, lorsque les points se déplacent tres peu, ou si seulement une fraction des sommets bougent, la reconstruction n'est plus la meilleure option. Nous proposons un système de filtrage basé sur le concept de tolérance d'un sommet. Nous avons mené plusieurs expériences pour évaluer le comportement de l'algorithme sur des ensembles de données variés. Les expériences ont montré que l'algorithme est particulièrement pertinent pour les régimes convergents tels que les itérations de Lloyd. En dimension deux, l'algorithme présenté est un ordre de grandeur plus rapide que la reconstruction pour les itérations de Lloyd. En dimension trois, l'algorithme présenté a des performances équivalentes à la reconstruction quand tous les sommets bougent, cependant il est entièrement dynamique et améliore les solutions dynamiques précédentes. Ce résultat permet d'aller plus loin dans le nombre d'itérations de façon à produire des maillages de qualité supérieure. La localisation de points dans une subdivision de l'espace est un classique de la géométrie algorithmique; nous réexaminons ce problème dans le cas des triangulations de Rd pour exploiter une éventuelle cohérence entre les requêtes. Nous analysons, implementons, et évaluons une strategie de localisation de point adaptable aux distributions des requêtes, basée sur Jump & Walk, appellée Keep, Jump, &Walk. Pour des paquets de requêtes, l'idée principale est d'utiliser les requêtes précédentes pour améliorer le traitement de la requête courante. Maintenant à propos de la complexité d'une requête dans une triangulation de Delaunay, nous montrons que la hiérarchie de Delaunay peut être utilisée pour localiser un point q à partir d'une requête précédente p avec une complexité randomisée O(log ](pq)) pourvu que la triangulation vérifie certaines hypothèses (](s) désigne le nombre de simplex traversés par le segment s). Finalement, nous combinons la bonne adaptabilité à la distribution des requêtes du Keep, Jump, & Walk, et la bonne complexité de la hiérarchie de Delaunay, en une nouvelle stratégie de localisation de points appellée Keep, Jump, & Climb. Selon nos connaissances, Keep, Jump, & Climb est le premier algorithme adaptable aux distributions des requêtes qui marche en pratique et en théorie pour les triangulations de Delaunay--dans nos expérimentations, Keep, Jump, & Climb est plus rapide que la hiérarchie de Delaunay indépendamment de la cohérence spatiale des requêtes, et significativement plus rapide quand la cohérence spatiale est forte.

Cette thèse explore divers aspects des cartes aléatoires par l'étude de trois modèles. Dans un premier temps, nous examinons les propriétés d’une mesure définie sur l’ensemble des triangulations de Delaunay planaires comportant n sommets, qui est un modèle de cartes où les arêtes sont décorées par des angles. Nous montrons ainsi que la mesure est égale à la mesure de Weil-Petersson sur l’espace des modules des surfaces de Riemann planaires marquées. Sont aussi montrées deux propriétés de la mesures, premiers pas d'une étude de la limite continue de ce modèle. Dans un deuxième temps, nous définissons des fonctions de corrélations sur les graphes de Strebel planaires isopérimétriques à n faces, qui sont des cartes métriques trivalentes. Les périmètres des faces sont fixés. Nous recourons au théorème de Kontsevich pour calculer les fonctions de corrélations en termes de nombres d’intersection de classes de Chern sur l’espace des modules des surfaces de Riemann. Pour la fonction à une face marquée, la limite des grandes cartes est examinée via l’approximation du point-selle, pour différents régimes du périmètre de la face marquée, et nous déduisons le régime où le comportement de la fonction de corrélation n’est pas trivial. Les fonctions de corrélations peuvent être calculées de manière systématique par la récurrence topologique. Partant, nous calculons la courbe spectrale de notre modèle, ce qui nous permet de montrer qu’il existe une courbe spectrale critique. Nous déduisons de cette courbe critique que la limite continue des graphes de Strebel isopérimétriques est un modèle minimal de type (3,2), habillé par la théorie de Liouville. Cela correspond bien à la gravité pure. Enfin, nous abordons la question des symétries dans le modèle d’Ising sur cartes aléatoires. Certaines fonctions de corrélations de ce modèle comptent le nombre de cartes bicolores avec des faces marquées, les bords, ayant des conditions aux bords mixtes, calculées par récurrence à partir de la courbe spectrale du modèle. Nous prouvons ici que, pour des courbes spectrales génériques, les fonctions de corrélations des cartes à un bord mixte sont symétriques par rotation et par inversion du bord mixte. Nous décrivons ensuite les conséquences de telles symétries, suggérant une possible reformulation du modèle en termes de chaînes de spins. / This thesis explore several aspects of random maps through the study of three models. First, we examine the properties of a measure defined on the set of planar Delaunay triangulations with n vertices, a model in which the edges of the maps are decorated with angles. We show that the measure is the Weil-Petersson volume form on the moduli space of planar Riemann surfaces having n marked points. Two other properties, first steps toward the continuous limit study of the model, are also shown. Second, we define correlation functions on isoperimetric planar Strebel graphs with n faces, which are trivalent maps whose edges are decorated by positive lengths, and whose faces have a fixed perimeter. Kontsevich's theorem allows us to compute the correlation functions in terms of the intersection numbers of Chern classes of moduli space of Riemann surfaces. The continuous limit of the one-point function is computed in different regimes for the perimeter of the marked face via the saddle-point approximation. We identify the regime in which the behaviour of the one-point function is not trivial. The correlation functions can be computed in a systematic way by the Topological Recursion. To do so, we compute the spectral curve of the model, and show that there exists a critical spectral curve. We deduce from the latter that the continuous limit of isoperimetric Strebel graphs is a (3,2) minimal model dressed by Liouville theory: it corresponds to pure gravity. Last, we address the problem of symmetries in the Ising model on random maps. Some correlation functions of this model count the bi-colored maps with marked faces having mixed boundary conditions. They are computed via a recursive formula and the spectral curve of the model. We prove here that the correlation functions of maps with one mixed boundary, computed from the recursive relation with generic spectral curve, are invariant under rotation and inversion of the mixed boundary. We describe the consequences of such symmetries, suggesting a possible reformulation of the model in terms of spin chains.

Cette thèse est une contribution à un problème classique de la géométrie algorithmique et combinatoire : l’étude des k-sets d’un ensemble V de n points du plan. Nous introduisons d’abord la notion de chaîne d’inclusion de convexes qui est un ordonnancement des points de V tel qu’aucun point n’appartient à l’enveloppe convexe de ceux qui le précèdent. Tout k-set d’une sous-suite commençante de la chaîne est appelé un k-set de la chaîne. Nous montrons que le nombre de ces k-sets est un invariant de V et qu’il est égal au nombre de régions du diagramme de Voronoï d’ordre k de V. Nous en déduisons un algorithme en ligne pour construire les k-sets des sommets d’une ligne polygonale simple dont chaque sommet est à l’extérieur de l’enveloppe convexe des sommets qui le précèdent sur la ligne. Si c est le nombre total de k-sets construits, la complexité de notrealgorithme est en O(n log n+c log^2 k) et est équivalente, par k-set construit, à celle du meilleur algorithme connu. Nous montrons ensuite que la méthode algorithmique classique de division-fusion peut être adaptée à la construction des k-sets de V. L’algorithme qui en résulte a une complexité enO(n log n+c log^2 k log(n/k)), où c est le nombre maximum de k-sets d’un ensemble de n points.Nous prouvons enfin que les centres de gravité des k-sets d’une chaîne d’inclusion de convexes sont les sommets d’une triangulation qui appartient à la même famille de triangulations, dites centroïdes, que le dual du diagramme de Voronoï d’ordre k. Nous en d´déduisons un algorithme qui construit des triangulations centroïdes particulières en temps O(n log n+k(n-k) log^2 k), ce qui est plus efficace que les algorithmes connus jusque là. / This thesis is a contribution to a classical problem in computational and combinatorial geometry: the study of the k-sets of a set V of n points in the plane. First we introduce the notion of convex inclusion chain that is an ordering of the points of V such that no point is inside the convex hull of the points that precede it. Every k-set of an initial sub-sequence of the chain is called a k-set of the chain. We prove that the number of these k-sets is an invariant of V and is equal to the number of regions in the order-k Voronoi diagram of V. We then deduce an online algorithm for the construction of the k-sets of the vertices of a simple polygonal line such that every vertex of this line is outside the convex hull of all its preceding vertices on the line. If c is the total number of k-sets built with this algorithm, the complexity of our algorithm is in O(n log n + c log^2k) and is equal, per constructed k-set, to the complexity of the best algorithm known. Afterward, we prove that the classical divide and conquer algorithmic method can be adapted to the construction of the k-sets of V. The algorithm has a complexity of O(n log n + c log^2k log(n/k)), where c is the maximum number of k-sets of a set of n points. We finally prove that the centers of gravity of the k-sets of a convex inclusion chain are the vertices of a triangulation belonging to the family of so-called centroid triangulations. This family notably contains the dual of the order-k Voronoi diagram. We give an algorithm that builds particular centroid triangulations in O(n log n + k(n- k) log^2 k) time, which is more efficient than all the currently known algorithms.

La majorité des algorithmes de reconstruction de surface sont optimisés pour s'appliquer à des données de haute qualité. Les résultats obtenus peuvent alors être inutilisables si les données proviennent de solutions d'acquisition bon marché. Notre première contribution est un algorithme de reconstruction de surfaces à partir de données de stéréo vision. Il combine les informations liées aux points 3D avec les images calibrées afin de combler l'imprécision des données. L'algorithme construit une soupe de triangles 3D à l'aide des images calibrées et à l'issue d'une phase de prétraitement du nuage de points. Pour épouser au mieux la surface de la scène, on contraint cette soupe de triangle 3D à respecter des critères de visibilité et de photo-consistance. On calcule ensuite un maillage à partir de la soupe de triangles à l'aide d'une technique de reconstruction qui combine les triangulations de Delaunay contraintes et le raffinement de Delaunay. Notre seconde contribution est un algorithme qui construit, à partir d'un nuage de points 3D échantillonnés sur une surface, un maillage de surface qui représente fidèlement les arêtes vives. Cet algorithme génère un bon compromis entre précision et complexité du maillage. Dans un premier temps, on extrait une approximation des arêtes vives de la surface sous-jacente à partir du nuage de points. Dans un deuxième temps, on utilise une variante du raffinement de Delaunay pour générer un maillage qui combine les arêtes vives extraites avec une surface implicite obtenue à partir du nuage de points. Notre méthode se révèle flexible, robuste au bruit; cette méthode peut prendre en compte la résolution du maillage ciblé et un champ de taille défini par l'utilisateur. Nos deux contributions génèrent des résultats efficaces sur une variété de scènes et de modèles. Notre méthode améliore l'état de l'art en termes de précision.