Contributions to 3D-model retrieval and analysis
Contributions à la recherche et à l'analyse de modèles 3D
Résumé
The use of three-dimensional models in the multimedia applications, is growing both in number and in size. The development of mode- ling tools, 3D-scanners, graphic accelerated hardware, Web3D and so on, offers access to three-dimensional materials of high quality. The constantly increasing needs concerning these kinds of data, are rapidly changing. While it becomes more and more easy to create new 3D-models, what about process and analysis after the creation of the 3D-models? Today, the 3D designer no longer asks : "How to create a new 3D-model?", but more probably "How to retrieve an existing 3D-model that is similar to those I already own in order to reuse it?" and "How to get the inner structure of a 3D-mesh model without any a priori knowledge on it?" This habilitation thesis aims to provide some answers to these two questions. In response to the first question, we developed a new Bayesian framework to retrieve 3D-models from a query made of one or more 2D- views, or of an entire 3D-model. The framework has been tested in an industrial application context and with an international benchmark. Each of these experiments has shown excellent results. The second question has been addressed in terms of topological analysis of the 3D-meshes with the help of Reeb graphs. This theoretical work has been applied to several practical domains, such as automatic 3D-mesh deformation, 3D-model retrieval, and 3D-mesh segmentation, and has always highlighted outstanding results. Finally, the segmentation of 3D-meshes, which is a frequent pre-processing step before any other analysis of the mesh, has drawn our attention. We proposed a reliable and robust metric to compare segmentations and evaluate the performances of the 3D-mesh segmentation methods, as well as a new learning-based segmentation approach that out- performs existing ones. To conclude, new perspectives of research on 3D- meshes are open.
L'utilisation de modèles tridimensionnels dans les applications multimédia, prend de l'ampleur de jour en jour. Le développement des outils de modélisation, des scanners 3D, des cartes graphiques accélérées, du Web3D, etc. ouvre l'accès à des données tridimensionnelles de grande qualité. Les besoins, sans cesse croissants, concernant ce type de données, changent rapidement. S'il devient de plus en plus facile de créer de nouveaux modèles 3D, qu'en est-il du traitement et de l'analyse de ces modèles après leur création ? De nos jours, le concepteur d'objets 3D ne pose plus la question : " Comment créer un nouvel objet 3D ? ", mais plus vrai- semblablement " Comment retrouver un modèle 3D similaire à ceux en ma possession pour le réutiliser ? " et " Comment retrouver la structure d'un modèle 3D maillé sans connaissance a priori sur celui-ci ? " Cette habilitation a pour but d'apporter des éléments de réponse à ces deux questions. En réponse à la première question, nous avons développé un nouveau système bayésien pour retrouver des modèles 3D à partir d'une requête constituée d'une ou plusieurs vues 2D, ou d'un modèle 3D entier. Ce système a été testé dans un contexte applicatif industriel ainsi qu'avec un benchmark international. Chaque expérience a mis en évidence les excellents résultats de notre approche. La seconde question a été abordée sous l'angle de l'analyse topologique des maillages 3D grâce aux graphes de Reeb. Ce travail théorique a été appliqué à différents domaines comme la déformation automatique, l'indexation et la segmentation de maillages 3D. L'approche a toujours montré des résultats remarquables dans ces domaines. Finalement, la segmentation de maillages 3D, qui est une étape de pré-traitement fréquente avant d'autres analyses du maillage, a attiré notre attention. Nous avons proposé une métrique fiable et robuste pour la comparaison de segmentations et l'évaluation des performances des méthodes de segmentation de maillages 3D, ainsi qu'une approche de la segmentation par apprentissage qui surpasse les méthodes existantes. Pour terminer, de nouvelles pistes de recherche sur les maillages 3D sont ouvertes.
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