Le modèle physique masses interactions est puissant pour la simulation de comportements dynamiques très divers et pour la production de mouvements expressifs, riches et d'une grande complexité. En revanche, une difficulté inhérente à ce type de formalisme pour la production d'images animées réside dans le fait que les masses ponctuelles n'ont pas de spatialité ; il est donc difficile de produire des séquences d'images animées par le rendu direct des masses ponctuelles décrivant le mouvement. D'une manière générale, il est donc nécessaire de développer des méthodes qui étendent la spatialité de ces masses ponctuelles pour compléter la chaîne de production d'images animées par modèle physique particulaire. Une méthode, proposée par le laboratoire ICA, répond à ce type de problématique en permettant d'étendre la spatialité des masses ponctuelles en considérant l'interaction physique entre ces masses et un milieu. Il s'agit d'une métaphore du procédé physique de la gravure. Celle ci a permis de produire des images animées convaincantes de divers phénomènes visuels. Nous présentons dans ce document un élargissement de cette méthode notamment au cas 3D, ainsi qu'à de nouveaux comportements. De plus, l'algorithme de cette méthode a été parallélisé, ce qui nous a permis d'obtenir des simulations calculées en temps réel en utilisant la puissance actuelle des cartes graphiques. Afin de maitriser au mieux les possibilités de la méthode, nous avons développé un logiciel comprenant une interface graphique manipulable et interactive permettant de modéliser avec aisance différents comportements. Cette méthode a été intégrée dans des installations interactives artistiques multi-sensorielles fournissant un comportement dynamique riche et configurable, tout en permettant une interaction en temps réel avec le spectateur. / Mass – Interaction physical modeling is a powerful formalism for the simulation of various dynamic behaviors and for the production of expressive, rich and complex motions. However, there is an inherent matter of this type of formalism for animation production, which resides on the fact that masses have no spatiality. Thus, it is difficult to produce animation sequences directly from rendering mass point describing the movement. It is then necessary to develop methods that extend the masses spatiality in order to complete the animation process. ICA Laboratory addressed the problem with a method based on the physical simulation of interaction between these masses and a dynamic milieu, according to the metaphor of engraving. We present in this document an extension of this method notably towards 3D and other effects. Besides, the parallel implementation on Graphic Cards (GPU) allowed obtaining real time simulation. An interactive graphical interface was also developed to facilitate the creation of different models. We used this process in multi-sensory interactive art installations for its rich and dynamic ability to create shape from motion and interact in real time with spectators.

L’essor des nouvelles techniques de traitement en radiothérapie externe a rendu nécessaire la mise en place de nouveaux contrôles qualité (CQ). Il est en effet capital de s’assurer que la dose délivrée au patient est bien conforme à celle qui lui a été prescrite. Les détecteurs EPID, initialement utilisés pour contrôler l’exactitude du positionnement du patient, sont de plus en plus employés pour vérifier la conformité du traitement. L’image qu’ils enregistrent au cours d’une irradiation peut par exemple être comparée à une image de référence, qui correspond à ce qui aurait été mesuré si le traitement s’était déroulé dans les conditions de sa planification. Le succès de ce CQ repose (1) sur la précision avec laquelle on peut prédire l’image EPID (ou portale) de référence et (2) sur les performances de l’outil de comparaison d’image utilisé. Nous avons étudié au cours de cette thèse ces deux points clés. Nous nous sommes tout d’abord tournés vers une méthode de prédiction d’images EPID haute résolution basée sur le couplage de simulations Monte-Carlo (MC) et de la technique de débruitage DGPLM. Pour la mettre en œuvre, nous avons modélisé un accélérateur linéaire d’électrons à usage médical (linac) dans le code MC PENELOPE et optimisé les paramètres de sa source d’électrons primaires pour des calculs de dose dans l’eau. L’analyse d’un fichier d’espace des phases (PSF) de 71 Go stocké sous le cône égalisateur nous a ensuite permis de développer un modèle de sources virtuelles (MSV) représenté par des histogrammes corrélés (environ 200 Mo). Ce nouveau MSV, plus compact que le PSF, est tout aussi précis pour les calculs de dose dans l’eau si son maillage est déterminé selon une méthode adaptative. La modélisation du détecteur EPID dans PENELOPE suggère que les hypothèses faites sur les propriétés de la tâche focale du linac sont trop simplistes et doivent être reconsidérées. L’évaluation du MSV pour la prédiction d’images EPID haute résolution a quant à elle conduit à d’excellents résultats. Une fois la chaine de prédiction de l’image portale de référence validée, nous l’avons utilisée pour détecter des irrégularités dans les traitements de RCMI. Dans une étude préliminaire, nous avons volontairement introduit des erreurs de traitement dans le calcul d’images EPID (dérive du faisceau d’irradiation, modification de la morphologie ou de la position du patient). Le γ-index traditionnellement utilisé en routine s’est avéré moins performant que le χ-index pour les détecter. Une étude plus approfondie aura pour objet de déterminer des seuils de détection d’erreurs en fonction de leur nature et d’éprouver les performances d’autres tests. / Advanced techniques used in radiotherapy for cancer treatment, such as Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT), require extensive verification procedures to ensure the correct dose delivery. Electronic Portal Imaging Devices (EPIDs) are widely used for quality assurance in radiotherapy, and also for dosimetric verifications. For this latter application, the images obtained during the treatment session can be compared to a pre-calculated reference image in order to highlight dose delivery errors. The quality control performance depends (1) on the accuracy of the pre-calculated reference image (2) on the ability of the tool used to compare images to detect errors. These two key points were studied during this PhD work. We chose to use a Monte Carlo (MC)-based method developed in the laboratory and based on the DPGLM (Dirichlet process generalized linear model) denoising technique to predict high-resolution reference images. A model of the studied linear accelerator (linac Synergy, Elekta, Crawley, UK) was first developed using the PENELOPE MC codes, and then commissioned using measurements acquired in the Hôpital Nord of Marseille. A 71 Go phase space file (PSF) stored under the flattening filter was then analyzed to build a new kind of virtual source model based on correlated histograms (200 Mo). This new and compact VSM is as much accurate as the PSF to calculate dose distributions in water if histogram sampling is based on adaptive method. The associated EPID modelling in PENELOPE suggests that hypothesis about linac primary source were too simple and should be reconsidered. The use of the VSM to predict high-resolution portal images however led to excellent results. The VSM associated to the linac and EPID MC models were used to detect errors in IMRT treatment plans. A preliminary study was conducted introducing on purpose treatment errors in portal image calculations (primary source parameters, phantom position and morphology changes). The γ-index commonly used in clinical routine appears to be less effective than the χ-index. A future in-depth study will be dedicated to determine error detection threshold according to their nature and to evaluate other comparison test robustness. The developed portal image prediction method associated to robust analysis tools will then constitute an adapted way to assure treatment quality control.

Les modèles de fonctionnement de culture visent à simuler de façon mécaniste l'influence de l'environnement sur la croissance et le développement des végétaux cultivés. Destinés au raisonnement des systèmes de culture intensifs, les modèles usuels considèrent le couvert comme une entité homogène. L'évolution des pratiques agricoles vers une agriculture plus respectueuse de l'environnement conduit à considérer des systèmes plus complexes (multispécifiques) et plus hétérogènes, et appelle au renouvellement de ces modèles.<br />L'objectif de la thèse est d'élaborer une modélisation du couvert comme une population de plantes. Ceci nécessite de prendre en compte explicitement le développement de chaque individu au sein du couvert, et ses conséquences sur la croissance des plantes voisines. La thèse a pris pour objet la simulation des effets de la compétition pour la lumière sur la morphogenèse de l'appareil végétatif aérien du maïs (Zea mays L.).<br />Dans un premier temps, la plasticité morphologique du maïs est étudiée expérimentalement au champ, pour des situations contrastées de compétition pour la lumière. Une forte compétition conduit à une réduction globale de la taille des plantes. Elle a pour effet également d'accentuer au cours du temps la variabilité entre individus. L'analyse des dimensions individuelles des organes montre que la croissance en largeur et en diamètre suit précisément ce schéma. Par contre l'allongement des organes est d'abord stimulé par la compétition, puis subit une réduction dépendante de l'intensité de la compétition. <br />Ces observations ont justifié le choix du formalisme des L-systèmes ouverts pour l'implémentation du modèle. Cette approche permet une modélisation plante à plante, mais aussi d'intégrer et d'expliciter la croissance de chacun des organes. Le modèle couple des modèles microclimatiques préexistants (calcul de la température et de la distribution du rayonnement) à un modèle architectural et fonctionnel du développement végétatif, élaboré à partir de données bibliographiques. Un schéma de réduction de la croissance par le carbone disponible a été introduit et testé sur sa capacité à rendre compte des effets de la densité de peuplement. Le modèle simule la cinétique du développement à partir de données météorologiques mesurées en réseau et d'une paramétrisation génotypique réduite (5 paramètres). La structure géométrique de la plante est rendue de façon réaliste et simule convenablement l'évolution du taux de couverture du sol. Le modèle rend compte des variations de réduction de dimensions foliaires en fonction du numéro de phytomère, et permet de simuler le développement de l'hétérogénéité dans le couvert.<br />Ce premier axe de travail montre toutefois l'importance de disposer de formulations plus précises des cinétiques de croissances d'organes. L'allongement de la tige est particulièrement peu documenté dans la bibliographie. Nous avons mené l'étude expérimentale de la cinétique d'allongement des entre-nœuds, en considérant des situations contrastées de disponibilité en rayonnement. Les cinétiques de croissance diffèrent selon les traitements, mais montrent une même organisation. Durant une première période, l'allongement est un processus intégré à l'échelle de plusieurs entre-nœuds, stable au cours du développement. Dans une seconde période, la vitesse d'allongement devient très variable selon le rang et est fortement corrélée à la taille finale. La transition entre les deux périodes semble déclenchée par l'émergence de la gaine hors du cornet. L'évolution des dimensions du cornet au cours du temps pourrait donc être responsable des variations de longueur entre-nœuds entre phytomères.<br />Ce modèle ouvre des applications originales pour l'aide à l'interprétation d'expérimentation, car il permet de situer dans le temps les croissances de chaque organe et de la relier aux conditions environnementales locales. Le cadre de modélisation permet l'intégration des processus, de l'échelle de l'organe à celle du peuplement. Une meilleure compréhension du déterminisme des régulations des dimensions des organes reste toutefois nécessaire pour envisager l'application au raisonnement de pratiques agricoles. Les résultats obtenus suggèrent l'importance de signalisations environnementales, liées à l'exposition des organes à l'air ou à la lumière, dans ces régulations. Ces perspectives confortent l'intérêt d'une approche architecturale et fonctionnelle de la modélisation du développement.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la constitution de communautés mixtes rassemblant des agents naturels (humains) et des agents artificiels. Dans cet objectif, la thèse présentée traite des interactions pouvant exister entre ces types d'agents lorsqu'ils sont mis en présence au sein d'une communauté virtuelle. Les modèles d'agent et d'interaction proposés reposent sur l'hypothèse que chaque message est porteur d'un potentiel de sens -négociable- qu'il est nécessaire d'interpréter et non pas porteur d'un sens -unique et précis- qu'il suffit de décoder. Ceci implique les deux points centraux suivants : l'enrichissement contextuel du message et le focus conversationnel. Le premier point, l'enrichissement contextuel, associe un message avec son contexte de façon à permettre l'interprétation de ce message plutôt qu'un simple décodage comme cela est le cas dans les applications informatiques classiques. De manière duale, un processus d'expression remplace l'encodage. Le deuxième point, le focus conversationnel, représente l'objet de la discussion, lui aussi négociable et construit de manière collective par l'ensemble des interactants, leurs différentes interventions entraînant l'émergence du dialogue. Un agent conversationnel dédié à la recommandation de films, dans le cadre d'une boutique virtuelle 3D, constitue le cadre technologique et applicatif de la thèse défendue qui se conclut sur l'analyse de plusieurs dialogues entre cet agent et un client humain.

Les récentes découvertes fossiles en Europe (Dmanissi, Ceprano 1, Gran Dolina) complexifient les théories phylétiques concernant les Hominidés précédant les Néandertaliens : les Anténéandertaliens. Afin de mieux appréhender les relations phylétiques entre les différentes espèces connues (Homo georgicus, H. cepranensis, H. antecessor, H. heidelbergensis et H. neanderthalensis), nous avons étudié morphologiquement les fragments originaux et proposé deux reconstitutions virtuelles de deux spécimens fossiles incomplets du Pléistocène moyen : Arago 21-47, Caune de l'Arago, Pyrénées-Orientales, France, et un spécimen inédit, Biache-Saint-Vaast 2, Pas-de-Calais, France. L'imagerie numérique a permis de corriger les déformations taphonomiques, d'assembler les fragments isolés et de proposer des reconstructions crâniennes après prélèvements virtuels sur d'autres spécimens du Pléistocène moyen, des pièces osseuses manquantes. Nous avons relevé les coordonnées 3D d'une série de points de repères sur ces reconstructions et sur un ensemble représentatif d'Hominidés fossiles pour procéder : aux comparaisons Procustes de Modélisations Segmentaires Inter Points (méthode des Thin Plates Splines) et aux Analyses en Composantes Principales de chaque modélisation crânienne (crâne, calotte crânienne, os frontal, voûte bipariétale et os pariétal droit isolé). Nous avons objectivé après comparaisons morphologiques et Procustes des fragments puis de leurs assemblages, une très grande similitude de conformation spatiale entre ces deux individus, les Néandertaliens et Ceprano 1 et anatomique entre Biache-Saint-Vaast 2 (moindre pour Arago 21) et les Néandertaliens. Nous proposons de : 1/ Considérer Arago 21 et Biache-Saint-Vaast 2 comme des Homo heidelbergensis ancien et récent ; 2/ Reconnaître la présence d'une conformation de type néandertalienne en Europe depuis le Pléistocène inférieur final ; 3/ Nommer Anténéandertaliens tous les individus présentant cette morphologie tridimensionnelle.

La représentation de soi à l'écran se constitue des signes qui manifestent l'interaction de l'usager avec le dispositif interactif. Elle a pour caractéristique d'être interactive mais surtout agie. Ce pouvoir agissant ou performatif nécessite une approche de la représentation comme expérience d'interaction et énonciation. Une méthode d'analyse appliquée de l'expérience immersive et d'identification a ainsi été élaborée sous la forme d'une typologie phanérologique de l'agencement représentationnel conjuguant approches sociale, cognitive et sémiotique.

Le modèle physique masses-interactions pour la synthèse du mouvement visuel ou la modélisation de scènes virtuelles animées interactives, et en particulier le formalisme CORDIS-ANIMA généralisant son principe grâce à son haut degré de modularité, est aujourd'hui apprécié pour la qualité et la très grande variété de phénomènes qu'il permet d'obtenir. Cependant, cette richesse ne peut être utilisée dans toute sa complexité sans un outil de conception de modèles qui le met au centre du processus de création, et qui ouvre au maximum les possibilités tout en respectant ses principes. Pour cela, l'environnement de modélisation - constitué de tous les moyens donnés à l'utilisateur pour construire, paramétrer, habiller et simuler un réseau CORDIS-ANIMA - est déterminant dans les possibilités créatrices de l'utilisateur. Partant des outils précédents de modélisation, notre travail consiste à les étendre par des fonctionnalités évoluées permettant de franchir un saut qualitatif vers la création de modèles complexes. Pour ce faire, nous nous sommes appuyés sur l'organisation du processus de modélisation physique modulaire en 5 phases: préstructuration qualitative, préstructuration quantitative, conditions initiales, habillage pour le rendu visuel, et simulation. Pour chacune des quatre premières phases, nous avons été amenés à examiner trois types de fonctionnalités critiques dans la modélisation physique : 1. Proposer deux styles de représentations complémentaires pour la conception et la manipulation de modèles - la représentation langagière et la représentation graphique - de manière à tirer parti des avantages de chacune, ainsi que de leur combinaison. Ce point est essentiel dans la manipulation de réseaux CORDIS-ANIMA très complexes. 2. Proposer des fonctionnalités permettant de franchir un pas dans la spécification des conditions initiales, phase critique dans la modélisation physique. Nous proposons en particulier des fonctionnalités pour la transformation au sein du système masses-interactions de propriétés spatiales en provenance de modeleurs orientés géométrie. Ce point pose la question plus générale de la compatibilité entre modélisation de propriétés géométriques et de propriétés physiques. 3. Etendre les possibilités de modélisation en permettant l'intégration de la modification paramétrique en ligne, autre point critique pour la modélisation physique, puisqu'il permet d'introduire des modifications non linéaires en ligne. Ces nouvelles fonctionnalités sont à la base du nouvel outil MIMESIS V, et tracent une voie vers un outil interactif complet pour la modélisation physique particulaire masses-interactions.

This thesis addresses real-time rendering techniques for 3D information lenses based on the focus & context metaphor. It analyzes, conceives, implements, and reviews its applicability to objects and structures of virtual 3D city models. In contrast to digital terrain models, the application of focus & context visualization to virtual 3D city models is barely researched. However, the purposeful visualization of contextual data of is extreme importance for the interactive exploration and analysis of this field. Programmable hardware enables the implementation of new lens techniques, that allow the augmentation of the perceptive and cognitive quality of the visualization compared to classical perspective projections. A set of 3D information lenses is integrated into a 3D scene-graph system: • Occlusion lenses modify the appearance of virtual 3D city model objects to resolve their occlusion and consequently facilitate the navigation. • Best-view lenses display city model objects in a priority-based manner and mediate their meta information. Thus, they support exploration and navigation of virtual 3D city models. • Color and deformation lenses modify the appearance and geometry of 3D city models to facilitate their perception. The presented techniques for 3D information lenses and their application to virtual 3D city models clarify their potential for interactive visualization and form a base for further development. / Diese Diplomarbeit behandelt echtzeitfähige Renderingverfahren für 3D Informationslinsen, die auf der Fokus-&-Kontext-Metapher basieren. Im folgenden werden ihre Anwendbarkeit auf Objekte und Strukturen von virtuellen 3D-Stadtmodellen analysiert, konzipiert, implementiert und bewertet. Die Focus-&-Kontext-Visualisierung für virtuelle 3D-Stadtmodelle ist im Gegensatz zum Anwendungsbereich der 3D Geländemodelle kaum untersucht. Hier jedoch ist eine gezielte Visualisierung von kontextbezogenen Daten zu Objekten von großer Bedeutung für die interaktive Exploration und Analyse. Programmierbare Computerhardware erlaubt die Umsetzung neuer Linsen-Techniken, welche die Steigerung der perzeptorischen und kognitiven Qualität der Visualisierung im Vergleich zu klassischen perspektivischen Projektionen zum Ziel hat. Für eine Auswahl von 3D-Informationslinsen wird die Integration in ein 3D-Szenengraph-System durchgeführt: • Verdeckungslinsen modifizieren die Gestaltung von virtuellen 3D-Stadtmodell- Objekten, um deren Verdeckungen aufzulösen und somit die Navigation zu erleichtern. • Best-View Linsen zeigen Stadtmodell-Objekte in einer prioritätsdefinierten Weise und vermitteln Meta-Informationen virtueller 3D-Stadtmodelle. Sie unterstützen dadurch deren Exploration und Navigation. • Farb- und Deformationslinsen modifizieren die Gestaltung und die Geometrie von 3D-Stadtmodell-Bereichen, um deren Wahrnehmung zu steigern. Die in dieser Arbeit präsentierten Techniken für 3D Informationslinsen und die Anwendung auf virtuelle 3D Stadt-Modelle verdeutlichen deren Potenzial in der interaktiven Visualisierung und bilden eine Basis für Weiterentwicklungen.

Das Internationale Hochschulinstitut Zittau (IHI Zittau) verfügt über langjährige Erfahrungen im Bereich der elektronisch- unterstützten Lehre, insbesondere beim Einsatz von Videokonferenzen und korrelierenden multimedialen Applikationen. Darüber hinaus ist eine weitgehende Integration von hochschulinternen Verwaltungs- und Gremienprozessen in die Lernplattform OPAL sowie die Nutzung der Lernplattform für die hochschulübergreifende Projektarbeit mit externen Partnern gelungen. Diese Erfahrungen gilt es beim Aufbau eines virtuellen Doktorandenstudiums zu nutzen. Auf der dritten Stufe des Bologna-Prozesses wurde am Internationalen Hochschulinstitut Zittau ein Doktorandenstudium eingerichtet. Das Studium steht auch Fachhochschulstudenten offen, die kooperativ am IHI Zittau promovieren möchten. Das IHI Zittau kooperiert im Rahmen des Doktorandenstudiums mit der Hochschule Zittau-Görlitz (FH) sowie den Fachhochschulen Münster, Nordhausen und Emden, wodurch das Doktorandenstudium über die sächsischen Landesgrenzen hinaus einen Kompetenzgewinn erzielen kann. An diesem Punkt setzt das innovative Konzept des virtuellen Doktorandenstudiums an, welches auf Kolloquien, Videokonferenz-basierte Besprechungen, den Einsatz eines Application Sharing-Tools (Net Viewer) sowie das Dokumenten- und Leistungsnachweis-Management, gestützt auf das Lernmanagementsystem OPAL und dessen Arbeitsgruppenstrukturen, aufbaut. Das Ziel besteht in der Realisierung spezifischer Studienangebote auf Promotionsniveau mit dem Fokus auf fachbezogene Kompetenz-Multiplikation mit Hilfe der Einbindung hochschulpartnerschaftlicher Ressourcen und deren Integration in das virtuelle Studienangebot. Des Weiteren soll die gesamte Studienablaufplanung vom Einschreibeprozedere über die Verwaltungs- und Gremienarbeit bis hin zu den Studienangeboten konsistent auf dem Lernmanagementsystem OPAL basieren. Zur Sicherung der Nachhaltigkeit erfolgt eine wissenschaftliche Aufarbeitung der gesammelten Erfahrungen in Form eines Leitfadens, welcher dem Transfer an andere Hochschulen gerecht werden soll.

Dieser Beitrag untersucht die These über die Existenz von Digital Natives. Die Vertreter dieser These postulieren, dass Studenten und Schüler durch den frühen Kontakt mit Informations- und Kommunikationstechnologien hinsichtlich ihres Lern-, Arbeits- und Kommunikationsverhaltens wesentlich verändert wurden. Um diese Aussage zu bewerten, werden Erfahrungen mit Virtual Collaborative Learning Veranstaltungen herangezogen. Die aktuellste durchgeführte Veranstaltung wird als Fallstudie vorgestellt und analysiert.