Avec l’augmentation des applications de sécurité, un sujet particulier a attiré plus d’attention que de nombreux autres domaines en reconnaissance de formes : la biométrie – la reconnaissance des personnes en fonction de leur physique et/ou de leurs traits comportementaux. Parmi ces traits, le visage se distingue par un compromis favorable entre accessibilité et fiabilité. Dans cette thèse, nous avons principalement travaillé sur une modalité relativement plus récente en reconnaissance du visage : la forme 3D. Plus avantageuse que son homologue en 2D, car intrinsèquement invariant aux changements d’illumination de pose, l’analyse 3D du visage se heurte encore à des défis majeurs tels que les déformations de surface du visage dues aux expressions ou occultations. En conséquence, une étude approfondie est effectuée sur ce sujet incluant le prétraitement des données 3D du visage, l’annotation automatique, la simulation d’altération et d’expressions en 3D, l’extraction de caractéristiques 3D et l’analyse locale de surface. / As the need and investment for security applications grow vastly, one particular topic has certainly been attracting higher attention than many other pattern recognition fields: biometrics – recognition of humans based on their physical and/or behavioral traits. Among those traits, face stands out with its favorable reconcilement between accessibility and reliability. In this doctoral dissertation, we principally investigate 3D shape which is a relatively more recent modality in face recognition. Being advantageous to its 2D counterpart for being intrinsically invariant to illumination and pose changes, 3D face recognition still encounters major challenges such as acquisition inadequacy or facial surface deformations due to expressions or occlusion. Bearing those in mind, a thorough study is carried out on this topic, including pre-processing of 3D facial data, automatic landmarking, facial expression and alteration simulations in 3D, 3D feature extraction and 3D regional surface analysis.

Un scanner 3D portable est un appareil manuel qui permet de convertir un objet réel en un modèle 3D numérique de l’objet. De nos jours, les scanners 3D portables sont utilisés dans plusieurs secteurs de notre société, comme l’industrie manufacturière, la santé, le divertissement ou l’archéologie. Pour numériser un objet, l’utilisateur doit pointer le scanner vers l’objet et le déplacer autour de l’objet afin d’acquérir l’entièreté de sa surface. Pour faciliter la tâche de l’utilisateur, la plupart des scanners 3D portables modernes comprennent une interface graphique qui offre une visualisation de la surface reconstruite en temps réel. Cette rétroaction est essentielle car elle permet à l’utilisateur d’ajuster la trajectoire du scanner en fonction de ce qui reste à numériser. Or, l’écran comporte certains inconvénients sur le plan de l’utilisabilité. Dans ce projet de recherche, nous proposons donc une alternative aux écrans en exploitant la technologie des casques de réalité augmentée. Notre solution consiste à superposer le scan directement par-dessus l’objet réel grâce au casque de réalité augmentée. Afin de valider la faisabilité de la solution proposée, nous avons développé un prototype basé sur le système de reconstruction 3D KinectFusion et sur le système de réalité virtuelle HTC Vive Pro. / A portable 3D scanner is a handheld device that can convert a real object into a digital 3D model of the object. Nowadays, portable 3D scanners are used in many sectors of our society, such as manufacturing, healthcare, entertainment or archeology. To scan an object, the user must point the scanner at the object and move it around the object in order to acquire the entirety of its surface. To help the user accomplish this task, most modern portable 3D scanners include a graphical user interface that offers a visualization of the reconstructed surface in real time. This feedback is essential since it allows the user to adjust the trajectory of the scanner depending on what remains to be scanned. However, the computer screen has some drawbacks in terms of usability. In this research project, we propose an alternative to computer screens by using augmented reality headsets. Our solution is to superimpose the scan directly over the real object using an augmented reality headset. In order to validate the feasibility of the proposed solution, we have developed a prototype based on the KinectFusion 3D reconstruction system and the HTC Vive Pro virtual reality system.

Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux, Talence (France) » / La fabrication additive, ou impression 3D, regroupe un ensemble de procédés de mise en forme des matériaux par ajout de matière, en opposition avec les méthodes "traditionnelles" soustractives, comme par exemple l'usinage. De nombreux procédés de fabrication additive existent, et divers matériaux sont exploitables par impression 3D, comme des métaux, des polymères ou des céramiques. En revanche, très peu de solutions ont pour l'instant été proposées pour l'impression de verre, principalement à cause des hautes températures de travail nécessaires. L'objectif de cette thèse est donc de réaliser la fabrication additive de verres phosphates, avantageux pour leurs températures de travail plus faibles et recherchés pour leurs applications dans l'optique ou les biomatériaux. Cela passe par le développement de compositions de verres phosphates adaptées avec de basses températures de transition vitreuse. Dans un premier temps, des verres de composition (50 - x) P₂O₅ - 25 Na₂O - 25 K₂O - x M₂O₃ (%ₘₒₗ), avec M = Al ou Ga et x entre 0 et 10 %ₘₒₗ, ont été étudiés. La composition la plus optimale a ensuite été imprimée via un procédé de dépôt de fil fondu grâce à une imprimante commerciale pour polymères modifiée. Afin d'obtenir des objets imprimés en verre qui sont transparents, il a fallu optimiser les paramètres d'impression pour éliminer les potentiels défauts. Des caractérisations sur les pièces imprimées en verre ont permis d'estimer que la porosité résiduelle était inférieure à 0,02 %. Grâce à ce procédé de fabrication additive de verres phosphates, l'impression de composants optiques à géométries complexes et aux propriétés uniques est envisageable. Un deuxième axe d'étude concerne l'élaboration de verres phosphates hydratés transparents, dont la température de transition vitreuse est inférieure à 100 °C et pouvant être synthétisés à seulement 300 °C. Ces matériaux innovants ont été caractérisés par spectroscopies Raman, infrarouge et RMN afin d'en déterminer la structure. Des groupements -OH sont observés au sein du réseau phosphate, agissant comme des modificateurs du réseau vitreux et sont donc à l'origine des modifications des propriétés du verre. En ajoutant de l'oxyde de zinc à la composition, il est possible d'améliorer la résistance à la dissolution des verres phosphates hydratés tout en maintenant leur transparence et leur basse température de transition vitreuse. Ces nouveaux matériaux ouvrent la voie à des nouvelles voies de fonctionnalisation, dont certaines ont été étudiées avec la réalisation de fibres multimatériaux verre oxyde-polymère et l'inclusion de nanoparticules de trioxyde de tungstène. / Additive manufacturing, also known as 3D printing, refers to a set of manufacturing techniques by adding matter, as opposed to the more 'traditional' subtractive methods, such as machining. There are a lot of very different additive manufacturing processes, as well as a diversity of printable materials, including metals, ceramics and polymers. However, very few solutions have been developed so far for the printing of glass. The main obstacles are the very high processing temperatures required. The main objective of this thesis is to enable the additive manufacturing of phosphate glasses. These glasses are advantageous for their lower working temperatures and are also known for their applications in optics and biomaterials. To that purpose, convenient phosphate glass compositions with low glass transition temperatures were developed. The first system studied was (50 - x) P₂O₅ - 25 Na₂O - 25 K₂O - x M₂O₃ (%ₘₒₗ), with M = Al ou Ga and x between 0 and 10 %ₘₒₗ. The most ideal composition studied in the system was then successfully printed following a fused deposition modeling process, using a modified commercial polymer 3D printer. To obtain printed glass objects that are transparent, printing parameters were finely tuned to avoid potential defects. The residual porosity of printed glass objects is estimated to be lower than 0.02 %. Being able to print phosphate glasses with this process enables the fabrication of optical parts with complex geometries and unique properties. Transparent hydrated phosphate glasses were also studied. These materials exhibit a glass transition temperature below 100 °C and could be synthetized at temperatures as low as 300 °C. The structure of these new materials was then investigated, using Raman, infrared and NMR spectroscopies. -OH groups were found within the phosphate network, where they act as network modifiers, causing the modification of the glass' properties. By adding zinc oxide to the glass composition, it is possible to make the hydrated phosphate glasses more resistant to dissolution while keeping their transparency and their low glass transition temperature. These materials enable new functionalization possibilities, some of which were studied. For instance, glass-polymer composite fibers were made, and tungsten trioxide functional nanoparticles were integrated in a hydrated phosphate glass matrix.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 octobre 2023) / Ce mémoire est l'aboutissement d'une recherche-création de deux ans sur la conception et la fabrication numérique appliquées à la construction en béton. Les six chapitres qu'il comprend traitent de l'état actuel des méthodes utilisées pour la mise en place de formes complexes en béton, du potentiel des nouvelles méthodes émergentes et finalement, de l'impact potentiel de ces méthodes sur les processus de conception et de fabrication. La recherche-création était une méthodologie de recherche. Elle permettait de concevoir des éléments complexes à mettre en place pour pousser au maximum les limites des méthodes testées et soulever les enjeux architecturaux et constructifs propres à chacune. L'aller-retour créatif entre la conception et la technique permet de valider ou d'invalider de manière directe les possibilités offertes par la fabrication additive pour le coffrage de formes complexes. Ces méthodes incluent -- mais ne se limitent pas à -- l'impression 3D flexible, l'impression 3D soluble et l'impression 3D nylon. Leurs forces et faiblesses sont discutées dans le mémoire, et des recommandations sur les situations optimales à l'utilisation de chacune se retrouvent à la fin de leurs sections respectives. Finalement, on retrouve dans le mémoire des expérimentations, observations et réflexions sur la trace de l'outil et l'augmentation d'échelle. Ces deux sections permettent de comprendre l'ensemble du potentiel architectural concret suggéré par ces nouveaux modes de fabrication. Parfois limitées par les moyens accessibles dans le cadre de cette recherche, des explorations sur les différentes manières de mettre en place des éléments complexe en béton à grande échelle viennent complémenter la recherche théorique à cet égard. La collaboration avec les chercheurs en ingénierie du CRIB de la faculté de génie de l'Université Laval a d'ailleurs été essentielle à la validation de certains de ces éléments théoriques. Finalement, l'objctif de cette recherche était de rassembler un maximum de connaissances théoriques et pratique sur les manières de mettre en place une architecture en béton complexe afin de mettre à jour un paysage technologique en constante évolution. / This thesis is the culmination of a two-year research-creation project on digital design and fabrication applied to concrete construction. Its six chapters address the current state of methods used for creating complex concrete forms, the potential of emerging methods, and ultimately, the potential impact of these methods on the design and fabrication processes. Research-creation was the chosen research methodology, allowing for the design of complex elements to push the limits of the tested methods and raise architectural and construction issues at each step. The iterative process between design and technique directly validates or invalidates the possibilities offered by additive manufacturing for complex formwork. These methods include -- but are not limited to -- flexible 3D printing, soluble 3D printing, and nylon 3D printing. Their strengths and weaknesses are discussed in the thesis, and recommendations for their optimal use in specific situations are provided at the end of their respective sections. Additionally, the thesis presents experiments, observations, and reflections on the tool's trace and the scaling of these processes. These two sections help comprehend the full architectural potential suggested by these new fabrication methods. While limited by the available resources within the scope of this research, explorations on different approaches to implementing large-scale complex concrete elements complement the theoretical research in this regard. The collaboration with engineering researchers from the CRIB at the Faculty of Engineering of Université Laval was essential in validating some of the more theoretical aspects. Ultimately, the objective of this research was to gather a maximum amount of theoretical and practical knowledge in order to update a constantly evolving technological landscape regarding the fabrication of complex concrete architecture.

La numérisation 3D est fréquemment utilisée dans le domaine manufacturier, en particulier pour la fabrication personnalisée de prothèses, d'orthèses ou d'équipement sportif. Pour construire un modèle numérique d'une partie du corps humain, les utilisateurs de scans doivent faire l'acquisition d'une grande quantité de points. Pour des utilisateurs non experts, comme les spécialistes en fabrication de prothèses, obtenir un scan de haute qualité est ardu puisque la prise en main d'un numériseur est souvent complexe. De plus, le client doit rester immobile durant le processus de numérisation, ce qui réduit le temps imparti pour recueillir les données. Avec une approche de représentation du nuage de points moderne et adaptée au temps réel, appelée « champ vectoriel », le modèle est reconstruit en même temps que l'acquisition des points. En utilisant cette approche avec des métriques permettant d'évaluer la qualité du scan, l'utilisateur est informé en temps réel du déroulement de sa numérisation. Les deux métriques implémentées dans ce travail sont : la variation de surface et la classification de la surface parles courbures principales. La rétroaction sur la qualité du scan est affichée par un code de couleurs sur la surface reconstruite. Les expériences démontrent que les métriques, individuellement et/ou combinées, permettent d'afficher les emplacements de distorsions sur des objets ayant différentes géométries. Pour une représentation par champ vectoriel, la variation de surface représente un facteur d'uniformité du nuage de points dans un petit espace 3D, alors que la classification de la surface quantifie localement le type de surface selon une estimation des deux courbures principales à partir de points voisins sur le modèle. L'utilisateur étant informé en temps réel de la qualité de son scan, il peut ajuster la prise en main de son numériseur et optimiser son temps de numérisation. Par exemple, l'utilisateur peut choisir de faire l'acquisition d'une plus grande quantité de points aux endroits sur le modèle étant de mauvaise qualité ou recommencer le processus de numérisation s'il observe que l'intégralité du scan en cours est de qualité médiocre. / n the manufacturing industry, particularly for the customized manufacture of prostheses,orthoses and sports equipment, 3D scanning is frequently used. To build a digital model ofhuman body parts, scan users need to acquire a large number of points. For non-expert users,such as specialists in prosthesis manufactures, obtaining a high quality scan is an arduous task, as the handling of a 3D scanner is often complex. Moreover, the customer has to remain still during the scanning process, which reduces the time available for data collection. With a modern, real-time approach to point cloud representation, called "vector field", themodel is reconstructed while the points are acquired. Using this approach with metrics to assess scan quality, the user is informed in real time of scan progress. The two metrics implemented in this work are the surface variation and the surface classification using principal curvatures. Feedback on scan quality is displayed by colour-coding the reconstructed surface. Experiments show that metrics, individually or both combined, can be usedto display distortions on objects with different shapes. For a vector field representation, the surface variation represents a uniformity factor of the point cloud in a small 3D space, while the surface classification establish the surface class according to an estimate of the two principal curvatures from neighbouring points on the model. As the user is informed in realtime of scan quality, they can adjust the scanner's handling andoptimize scan time. For example, the user can choose to acquire a greater number of points inareas of the model thatare of poor quality, or restart the scanning process if the entire scanis of mediocre quality.

Des gels ont été formulés à partir de mélanges de gélatine et de polysaccharides - le guar, le karaya, la xanthane, la maltodextrine et l’amidon - afin de reproduire les propriétés texturales du Camembert et du Coulommiers. La fermeté, le module d’élasticité et le temps de relaxation, mesurés à partir des essais de pénétrométrie et de relaxation, ont été utilisés afin de comparer les gels et les fromages. Les paramètres rhéologiques du mélange de gélatine, de maltodextrine et d’amidon s’approchaient le plus de ceux des fromages. Un plan de mélange à trois composants a été utilisé pour optimiser la concentration des constituants du simulant. Cette approche a permis de développer des modèles mathématiques qui prédisent les effets de chaque composant sur les paramètres texturaux du simulant. Elle a aussi mis en évidence une corrélation linéaire entre ces paramètres et la composition du gel. Des modifications texturales des simulants ont été induites par ajout de Subtilisine Carlsberg afin d’imiter l’évolution de la texture des fromages lors de la maturation. Une différence entre l’évolution des propriétés texturales des simulants et celle du fromage a été notée. La numérisation tridimensionnelle a été utilisée comme nouvel outil pour caractériser la texture. Ces systèmes sont capables de distinguer des gels et des fromages ayant des comportements rhéologiques différents. Les nouveaux paramètres obtenus, corrélés aux propriétés texturales des fromages et simulants, pourraient améliorer les modèles prédisant les mesures sensorielles hédoniques à partir des mesures instrumentales / Various gels formulated from mixtures of gelatin and polysaccharides - guar, karaya gum, xanthan gum, maltodextrin and starch - were elaborated to simulate soft cheeses (Camembert and Coulommiers) texture. Comparisons between gels and cheeses were based on firmness, elasticity modulus and relaxation time constants, obtained from penetrometry and stress relaxation tests. Gels made up of gelatin, maltodextrin and starch were found to imitate best the textural properties of the soft cheeses. A three-component mixture design approach was used to determine the optimum component concentration of the simulants. Mathematical models developed showed linear dependence of the rheological parameters on composition of simulants. Enzyme Subtilisin Carlsberg (Alcalase®) successful induced gradual modifications in rheological parameters of simulants. The rate of change of textural properties occurring in Coulommiers cheese during maturation was however different from that of the simulants. Two optical three-dimensional techniques as new tools for food texture assessment were also investigated. Digital image correlation and the Breuckmann scanning systems were successful in distinguishing between gels and cheeses varying in firmness and viscoelastic properties. New parameters obtained from digital image correlation and Breuckmann scanning systems were related to the textural properties of the cheeses and their simulants. These parameters may be used to develop models predicting accurately the sensory texture of food from instrumental measurements

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'intégration tridimensionnelle (3D), où plusieurs puces sont empilées et interconnectées, est en train de révolutionner l'industrie des semi-conducteurs.Cette technologie permet d'associer, dans un même boîtier, des puces électroniques (analogique, numérique, mémoire) avec des puces d'autres domaines(MEMS, bio-capteurs, optique, etc). Cela ouvre de nombreuses voies d'innovation. Néanmoins, l'absence d'outils de conception assistée ordinateur(CAO) adaptés aux systèmes 3D freine l'adoption de la technologie.Cette thèse contribue à deux problématiques liées à la conception 3D : le partitionnement d'un système sur de multiples puces et l'optimisation hiérarchique de systèmes multiphysiques (hétérogènes).La première partie de la thèse est dédiée au problème de partitionner la fonctionnalité d'un système sur de multiples puces. Un outil de « floorplan » 3D a été développé pour optimiser ce partitionnement en fonction de la surface des puces, de la température d'opération du circuit et de la structure des interconnexions. Ce type d'outil étant complexe, nous proposons de régler ses paramètres de façon automatique par l'utilisation d'algorithmes évolutionnaires.Des résultats expérimentaux sur une suite de benchmarks et sur une architecture multi processeur connecté en réseau démontrent l'efficacité et l'applicabilité des techniques d'optimisation proposées.Dans la deuxième partie, nous présentons une méthodologie de conception hiérarchique qui est adaptée aux systèmes hétérogènes. La méthode combine une approche ascendante et descendante et utilise des courbes de compromis(Fronts de Pareto) comme une abstraction de la performance d'un circuit.La contribution principale de la thèse consiste à utiliser des techniques d'interpolation pour représenter les Fronts de Pareto par des fonctions continues et à leur intégration dans des processus d'optimisation classiques. Cela permet un gain en flexibilité lors de l'étape ascendante du flot (caractérisation) et un gain en temps lors de l'étape descendante (synthèse). Le flot de conception est démontré sur un amplificateur opérationnel ainsi comme sur la synthèse d'un lien optoélectronique avec trois niveaux hiérarchiques. / 3D integration technology is driving a strong paradigm shift in the design of electronic systems. The ability to tightly integrate functions from different technology nodes (analog, digital, memory) and physical domains (MEMS, optics, etc) offers great opportunities for innovation (More than Moore). However, leveraging this potential requires efficient CAD tools to compare architectural choices at early design stages and to co-optimize multiphysics systems.This thesis work is divided into two parts. The first part is dedicated to the problem of partitioning a system into multiple dies. A 3D floorplanning tool was developed to optimize area, temperature and the interconnect structure of a 3DIC. Moreover, a meta-optimization approach based on genetic algorithms is proposed to automatically configure the key parameters of the floorplanner. Tests were carried out on architectural benchmarks and a NoC based multiprocessor to demonstrate the efficiency of the proposed techniques.In the second part of the thesis, a hierarchical design methodology adapted to heterogeneous systems is presented. The method combines the bottom-up and top-down approaches with Pareto-front techniques and response surface modeling. The Pareto front of lower level blocks are extracted and converted into predictive performance models that can be stored and reused in a top-down optimization process. The design flow is demonstrated on an operational amplifier as well as on the synthesis of an optoelectronic data link with three abstraction levels.

Cette thèse examine le contexte dans lequel l'animation 3D prend place et fonctionne, en découvre les origines et la terminologie et documente ses plus pertinentes applications en regard de mon cheminement artistique en animation. J'examine également comment l'expérience de la limite en art a fait avancer la réflexion. J'ai utilisé de façon très personnelle un logiciel d'animation 3D qui sert dans l'industrie de l'image animée en le détournant de ses utilisations habituelles pour produire des œuvres non figuratives et non narratives visant la création d'installations à écrans multiples. J'ai mis l'emphase sur la synthèse d'image 3D plutôt que sur la synthèse du mouvement qui prédomine au cinéma. Ce travail aux frontières de l'image animée industrielle s'élargit au-delà des notions techniques propres au médium et à son histoire et entraîne l'animation 3D à faire œuvre poétique. Ce type d'expérience esthétique est axé sur la perception sensible du spectateur et sur son déplacement dans l'espace et n'est donc pas « branché » sur l'interactivité. Mes œuvres se positionnent entre la réalité virtuelle et l'industrie cinématographique. Mon approche du logiciel, basée sur l'expérimention et sur la recombinaison des opérations qui y sont programmées, m'a permis de le redéfinir comme un « objet technique » qui nuance l'idée du moule auquel il est souvent associé. Dans cette approche la relation occupe une place centrale pour construire un point de vue « allagmatique » c'est-à-dire où il y a opération d'échange. Simondon appelle « allagmatique » une « théorie générale des échanges et des modifications des états », une « théorie générale des transformations » et même une « théorie des opérations ». Gilles Deleuze et Gilbert Simondon ont guidé ma réflexion dans cette recherche sur la place du logiciel dans le processus de création à l'ordinateur. Cette approche m'a aussi permis de « déconstruire » le logiciel en termes d'environnements pour créer mon concept d'image environnementale. À chaque nouveau chapitre s'insèrent des études de cas et des incursions dans l'histoire pour mieux comprendre mes analyses. ______________________________________________________________________________

Thèse de doctorat--Signal et images--Paris--ENST, 2006. / Bibliogr. p. 177-183. Résumé en français et en anglais.