Dans cette thèse, nous explorons des structures intermédiaires ainsi que le rapport entre eux et des algorithmes utilisés dans le contexte du rendu photoréaliste (RP) et non photoréaliste (RNP). Nous présentons des nouvelles structures pour le rendu et l'utilisation alternative des structures existantes. Nous présentons trois contributions principales dans les domaines RP et RNP: Nous montrons une méthode pour la génération des images stylisées noir et blanc. Notre approche est inspirée par des bandes dessinées, utilisant l'apparence et la géometrie dans une formulation d'énérgie basée sur un graphe 2D. En contrôlant les énérgies, l'utilisateur peut générer des images de differents styles et représentations. Dans le deuxième travail, nous proposons une nouvelle méthode pour la paramétrisation temporellement cohérente des lignes animées pour la texturisation. Nous introduisons une structure spatiotemporelle et une formulation d'énérgie permettant une paramétrisation globalement optimale. La formulation par une énérgie donne un contrôle important et simple sur le résultat. Finalement, nous présentons une extension sur une méthode de l'illumination globale (PBGI) utilisée dans la production de films au cours des dernières années. Notre extension effectue une compression par quantification de données générées par l'algorithme original. Le coût ni de memoire ni de temps excède considérablement celui de la méthode d'origin et permet ainsi le rendu des scènes plus grande. L'utilisateur a un contrôle facile du facteur et de la qualité de compression. Nous proposons un nombre d'extensions ainsi que des augmentations potentielles pour les méthodes présentées. / In this thesis, we explore intermediary structures and their relationship to the employed algorithms in the context of photorealistic (PR) and non-photorealistic (NPR) rendering. We present new structures for rendering as well as new uses for existing structures. We present three original contributions in the NPR and PR domain: First, we present binary shading, a method to generate stylized black and white images, inspired by comic artists, using appearance and geometry in a graph-based energy formulation. The user can control the algorithm to generate images of different styles and representations. The second work allows the temporally coherent parameterization of line animations for texturing purposes. We introduce a spatio-temporal structure over the input data and an energy formulation for a globally optimal parameterization. Similar to the work on binary shading, the energy formulation provides a an important and simple control over the output. Finally, we present an extension to Point-based Global Illumination, a method used extensively in movie production during the last years. Our work allows compressing the data generated by the original algorithm using quantification. It is memory-efficient and has only a neglegible time overhead while enabling the rendering of larger scenes. The user can easily control the strength and quality of the compression. We also propose a number of possible extensions and improvements to the methods presented in the thesis.

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

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 décembre 2023) / Les propriétés mécaniques des prothèses dentaires complètes amovibles fabriquées par la méthode conventionnelle de mise en moufle par compression et par la technologie d'usinage sont bien documentées dans la littérature actuellement. Toutefois, les études discutant des propriétés mécaniques des bases de prothèses imprimées sont rares. L'objectif de ce projet est de comparer la ténacité à la fracture, la résistance à la flexion et le module d'élasticité de cinq différents matériaux de base de prothèses, produits par trois techniques différentes (conventionnelle, usinage et impression), sous trois différents protocoles de vieillissement à l'eau distillée (0, 7 et 30 jours). En respect de la Norme ISO 20795-1 s'appliquant aux polymères pour base de prothèses dentaires, un total de 750 échantillons a été produit, soit 150 échantillons pour chacun des 5 matériaux à l'étude : Lucitone 199 pour la technique conventionnelle, Lucitone 199 disque pour l'usinage ainsi que Formlabs, Dentca Denture Base 3 et Dentca Denture Base 4 pour l'impression. Les échantillons ont ensuite été polis, vieillis à l'eau distillée et soumis aux divers tests de propriétés mécaniques. La comparaison des données obtenues révèle une différence statistiquement significative entre les divers matériaux, et ce, pour chacun des groupes de vieillissement. Dans les limites de cette étude in vitro, le vieillissement par l'eau réduit la résistance en flexion et le module d'élasticité pour tous les échantillons à l'étude ainsi que la ténacité à la fracture pour les matériaux conventionnel et d'usinage. Le matériau d'impression de Formlabs est celui qui présente les plus grandes valeurs de résistance en flexion et de module d'élasticité. Pour la ténacité à la fracture, les matériaux conventionnel et d'usinage sont ceux présentant les plus grandes valeurs. De façon générale, les échantillons produits à partir des matériaux conventionnel et d'usinage sont moins affectés par le vieillissement que les résines d'impression à l'étude. / Mechanical properties of removable complete denture prostheses manufactured by conventional compression molding and by machining technology are well documented in the literature. However, studies discussing mechanical properties of 3d-printed prosthesis bases are scarce. The aim of this project is to compare the fracture toughness, flexural strength and modulus of elasticity of five different denture base materials, produced by three different techniques (conventional, machining and printing), under three different distilled water aging protocols (0, 7 and 30 days). In compliance with ISO 20795-1 applied to polymers for denture base materials, a total of 750 samples were produced, i.e., 150 samples for each of the 5 selected materials: Lucitone 199 for the conventional technique, Lucitone 199 disc for machining and Formlabs, Dentca Denture Base 3 and Dentca Denture Base 4 for printing. The samples were then polished, aged in distilled water, and subjected to mechanical properties testing. Comparison of the data obtained revealed a statistically significant difference between the various materials for each aging group. Within the limits of this in vitro study, water aging reduced flexural strength and modulus of elasticity of all studied specimens, as well as fracture toughness for both conventional and machined materials. Formlabs printing material had the highest values for flexural strength and modulus of elasticity. For fracture toughness, conventional and machined materials have the highest values. Samples produced from conventional and machined materials are less affected by aging compared to printed resins

La réalité augmentée (RA) a récemment eu un impact énorme sur les ingénieurs civils et les travailleurs de l'industrie de la construction, ainsi que sur leur interaction avec les plans ar-chitecturaux. La RA introduit une superposition du modèle 3D d'un bâtiment sur une image 2D non seulement comme une image globale, mais aussi potentiellement comme une repré-sentation complexe de ce qui va être construit et qui peut être visualisée par l'utilisateur. Pour insérer un modèle 3D, la caméra doit être localisée par rapport à son environnement. La lo-calisation de la caméra consiste à trouver les paramètres extérieurs de la caméra (i.e. sa po-sition et son orientation) par rapport à la scène observée et ses caractéristiques. Dans ce mémoire, des méthodes d'estimation de la pose de la caméra (position et orientation) par rapport à la scène utilisant des correspondances cercle-ellipse et lignes droites-lignes droites sont explorées. Les cercles et les lignes sont deux des caractéristiques géométriques qui sont principalement présentes dans les structures et les bâtiments. En fonction de la rela-tion entre les caractéristiques 3D et leurs images 2D correspondantes détectées dans l'image, la position et l'orientation de la caméra sont estimées. / Augmented reality (AR) had recently made a huge impact on field engineers and workers in construction industry, as well as the way they interact with architectural plans. AR brings in a superimposition of the 3D model of a building onto the 2D image not only as the big picture, but also as an intricate representation of what is going to be built. In order to insert a 3D model, the camera has to be localized regarding its surroundings. Camera localization con-sists of finding the exterior parameters (i.e. its position and orientation) of the camera with respect to the viewed scene and its characteristics. In this thesis, camera pose estimation methods using circle-ellipse and straight line corre-spondences has been investigated. Circles and lines are two of the geometrical features that are mostly present in structures and buildings. Based on the relationship between the 3D features and their corresponding 2D data detected in the image, the position and orientation of the camera is estimated.

La numérisation 3D de scène à grande échelle est un problème complexe sans solution à la fois précise, rapide et abordable. Les scènes à grande échelle comme les façades d'édices comportent cependant des éléments répétitifs (fenêtres, briques, panneaux de bois) qui peuvent être utilisés pour améliorer le processus de numérisation. Notre approche, Depth Texture Synthesis, utilise un scan haute résolution d'un de ces éléments, effectué avec un scanneur RGBD, et transmet cette résolution élevée aux endroits où l'élément est répété ailleurs dans la scène. Cette transmission s'effectue suivant l'information fournie par une reconstruction SfM. Pour effectuer une procédure de Depth Texture Synthesis, la façade de l'édice est simplifiée en une géométrie planaire qui nous sert de canevas. Sur ce canevas nous projetons l'information RGB ainsi que l'information de profondeur du modèle échantillon haute résolution et du modèle SfM basse résolution. Ensuite, un algorithme puissant de synthèse de texture 2D est employé pour transmettre l'information de profondeur haute résolution suivant les patrons de profondeur basse résolution et d'information RGB. La nouvelle carte de profondeur haute résolution peut alors être reconvertie en modèle 3D pour un résultat beaucoup plus réaliste et visuellement détaillé que la reconstruction SfM. Il est aussi intéressant de noter que notre approche est beaucoup moins fastidieuse qu'un scan complet de la scène utilisant des scanneurs RGBD. Les outils utilisés (Kinect v2 et appareil photo) sont aussi très abordables en comparaison avec le Lidar. / Large scenes such as building facades are challenging environments for 3D reconstruction. These scenes often include repeating elements (windows, bricks, wood paneling) that can be exploited for the task of 3D reconstruction. Our approach, Depth Texture Synthesis, is based on that idea and aims to improve the quality of 3D model representation of large scenes. By scanning a sample of a repeating structure using a RGBD sensor, Depth Texture Synthesis can propagate the high resolution of that sample to similar parts of the scene. It does so following RGB and low resolution depth information of a SfM reconstruction. To handle this information the building facade is simplified into a planar primitive and serves as our canvas. The high resolution depth of the Kinect sample and low resolution depth of the SfM model as well as the RGB information are projected onto the canvas. Then, powerful image based texture synthesis algorithms are used to propagate the high resolution depth following cues in RGB and low resolution depth. The resulting synthesized high resolution depth is converted back into a 3D model that greatly improves on the SfM model with more detailed, more realistic looking geometry. Our approach is also much less labor intensive than RGBD sensors in large scenes and it is much more affordable than Lidar.

"Ce projet est le résultat d'une collaboration entre le laboratoire de vision de l'Université Laval et l'industrie. Il consistait d'abord à sélectionner, parmi les systèmes de positionnement actuellement disponibles sur le marché, la technologie la plus appropriée au positionnement d'un numériseur 3D portatif. Le couplage entre les deux systèmes permettra la numérisation d'objets de grandes dimensions (3 m x 4 m x 2 m) dans un cadre d'applications à caractère métrologique. Une revue des technologies pertinentes a mené à la présélection de deux systèmes de positionnement, soient le Constellation 3D-i, de la compagnie ArcSecond, et le Hiball, de la compagnie 3rdTech. Suite à une analyse détaillée des deux systèmes, le Hiball a finalement été sélectionné pour le positionnement du numériseur. Une procédure d'analyse de la qualité du Hiball a par la suite été développée dans le but d'en valider les spécifications. Les différents tests métrologiques ainsi effectués ont toutefois montré que la précision du système, en plus d'être en deçà des spécifications fournies par le fabricant, ne répondait pas aux spécifications désirées. Une procédure de calibrage a donc été développée afin d'améliorer la qualité du système. Un deuxième volet du projet consistait à développer une méthode de calibrage extrinsèque afin d'obtenir la transformation rigide entre le repère interne du numériseur et le repère capteur du système de positionnement sélectionné. L'obtention de cette transformation rigide permet par la suite d'intégrer les données prises par le numériseur 3D dans le référentiel global du système de positionnement. Grâce à l'aspect analytique de la méthode développée, il est possible de réaliser le calibrage extrinsèque sans avoir recours à des estimés initiaux. Les travaux présentés dans ce mémoire se sont déroulés de mai 2006 à janvier 2008. La suite du projet sera réalisée par un second étudiant et visera à compléter la mise en oeuvre de la procédure d'amélioration de la qualité du système Hiball lorsqu'une nouvelle barre de référence sera disponible."

De nombreuses recherches sont conduites dans le domaine de la vision 3D pour effectuer la comparaison entre les modèles 3D d’objets et d’êtres humains. En fait la comparaison des modèles 3D est apparentée à la récupération des modèles appartenant à une grande base de données et elle comprend les procédures suivantes : la reconnaissance des objets, leur classification en catégories ou groupes selon leur type et enfin la comparaison des objets d’un même groupe afin d’identifier certains aspects de conformité ou de variabilité de la forme. L’alignement des modèles 3D entiers permet de comparer ces modèles et de détecter la déformation locale. Il existe deux sortes de déformations des objets: la première déformation affecte principalement la position des parties de l’objet ou bien l’objet tout entier dans le cas d’articulation, de fléchissement ou de contraction sans aucune altération du volume. La deuxième déformation résulte d’un changement de volume de l’objet dû à une variation de masse. D’autres cas plus compliqués existent quand le changement de la forme comporte les deux sortes de déformations à la fois. Dans ce projet on présente une "méthode d’inspection" basée sur un alignement exact des parties rigides des modèles 3D qui ont subi une déformation locale. Ici la déformation locale implique le changement de quelques parties des modèles plutôt qu’une déformation globale. On présente une approche capable de détecter la région qui a subi un changement pour un objet qui s’est déformé avec le temps. Cette approche explore deux types de transformations intéressants : la transformation altérant le volume d’un corps suite à une inflation ou une déflation d’une ou de plusieurs parties de l’objet et la transformation conservant le volume résultant d’un cintrage, d’une torsion, d’une rotation ou de l’écartement d’une ou de plusieurs parties d’un objet. En général, les parties internes sont les parties au voisinage du centre de gravité, tandis que les parties externes sont situées à l’extrémité d’un corps. Différents cas de déformation sur des objets synthétiques et des objets réels ont été étudiés afin de détecter les défauts pouvant se présenter lors leur fabrication pour vérifier et contrôler la qualité de cette construction. On a aussi testé notre approche de comparaison sur des parties du corps humain entre autres pour la détection et le dimensionnement d’une lésion (tumeur) visible en surface. Notre méthodologie réussit à détecter des déformations locales avec une précision meilleure sinon comparable à d’autres méthodes d’inspection industrielle. / In 3D vision several studies have been conducted to perform the comparison of 3D objects or human models. In fact the comparison of 3D models is sometimes related to the retrieval of models belonging to a large database, and it includes the following procedures: the recognition of objects, their classification in categories or groups according to their types and finally the comparison of the models in the same group in order to identify certain aspects of resemblance or variability in their shapes. The alignment of entire 3D models also enables their comparison for the detection of possible local deformations. There are two sorts of deformation of models: the first mainly affects the position of parts of the object or the whole object in cases such as the articulation, the stretching or the contraction of parts without altering the volume of the object. The second type of deformation results from a change in volume due to mass variation. Other more complicated cases occur when the change in form includes both kinds of deformation at the same time. In this project we propose an “inspection method” based on an exact registration technique of the rigid parts of the deformable models that have undergone local deformations. When the deformation is local, it means that there is a change of some parts of the model rather than a global deformation of the whole object. We propose an approach that is able to detect the region of deformation. This approach exploits two kinds of local deformations: non-volume conservative transformations caused by either the inflation or the deflation of models’ parts and volume conservative transformations caused by bending, twisting, rotating or displacement of either internal or external parts of the model. In general, the internal parts are the middle parts of an object, while the external parts are the parts at the extremities or the end parts. We have experimented on different cases of deformations on man-made objects and mechanical parts for industrial inspection of possible artifacts and defects, and for quality control purposes as well. We have also applied our comparison method on parts of the human body. Examples relevant to medical applications are the detection and inspection of a lesion which are also tested in this work. Our algorithm is not only successful for detecting local change but it also achieves high accuracy comparable to other well-known industrial inspection technique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L'objectif visé par cette recherche est de développer un système de reconstruction 3D à lumière blanche structurée pour des scènes dynamiques. Un état de l'art critique sur les stratégies de codage pour ce type de système est d'abord présenté. Ensuite, une nouvelle stratégie de codage permettant d'obtenir un grand nombre de correspondances précises est détaillée. Ce mémoire propose d'utiliser un encodage spatial sur une seule trame en utilisant des séquences de De Bruijn binaires. Afin de solutionner le problème de la déformation du code sur l'objet, une séquence de référence fixe est intégrée au code projeté. Cette stratégie de codage est implantée sur deux systèmes. Le premier système est un capteur comportant une seule caméra et un projecteur alors que le second est un capteur comportant deux caméras et un projecteur. La qualité et la densité des points 3D extraits avec ces deux types de capteurs sont analysées et comparées.

La compression est un incontournable lorsque des modèles triangulaires 3D massifs doivent être transmis via un réseau de communication. La compression se doit d'être sans perte lorsque les modèles sont utilisés à des fins métrologiques. Cependant, les modèles capturés par scanneurs 3D contiennent généralement des artefacts de numérisation tels que la présence de trous dans le maillage, de petits regroupements distincts de triangles sous forme de surfaces ou de volumes ainsi que de singularités non-manifold (c.-à-d. un sommet appartenant à deux regroupement de triangles distincts). Ces aberrations rendent les techniques de compression standards inaptes à compresser sans échec le modèle. Ce mémoire propose une extension à une technique de compression et décompression sans perte des données topologiques nommée Edgebreaker. Le remplissage des trous par l'addition d'un sommet, l'insertion de faces triangulaires afin de lier les îlots ainsi que la duplication des sommets non-manifold sont proposées comme étapes de prétraitement afin de rendre le modèle compatible avec l'approche standard d'Edgebreaker. Les résultats obtenus démontrent que la solution proposée permet la compression sans perte de modèles hautement bruités à de hauts taux de compression. Les taux de compression résultants obtenus par notre approche se comparent également avec les taux observables pour des modèles sans imperfections compressés par Edgebreaker.

Il existe au Québec un cadastre vertical qui montre graphiquement la propriété dans le cas de la superposition de la propriété. De nombreux travaux se sont intéressés au besoin d'une représentation volumique cadastrale pour ce type de cas, mais peu d'études ont porté sur la question de l'acquisition des données. Nous nous intéressons ici à l'utilisation des LiDAR terrestres pour la modélisation 2D et 3D à des fins cadastrales, technique peu utilisée aujourd'hui pour ce type d'application. L'objectif est d'estimer la pertinence du LiDAR terrestre pour l'acquisition de données spatiales utiles à la production de représentations cadastrales 2D et 3D pour des condominiums. Cette étude, en collaboration avec le groupe VRSB, a porté sur deux cas réels de condominiums et a permis, via la comparaison de levés effectués au LiDAR terrestre et au distancemètre, de mettre en évidence les avantages et les inconvénients du LiDAR terrestre pour cette application.