Histoires de réussite - Visualisation interactive 3D : des chercheurs qui voient grand!

Le 16 août 2006 — Fredericton, Nouveau-Brunswick

Des chercheurs à l'ITI-CNRC ont mis au point une technique pour visualiser des modèles 3D de grande taille en utilisant un ordinateur PC de bureau. En collaboration avec des partenaires internationaux du secteur du patrimoine et des musées, notamment le Centre de recherche et de restauration des musées de France (C2RMF) et l'Université de Lecce en Italie, l'équipe de l'ITI-CNRC a recueilli des données à partir de peintures, de sculptures et de sites patrimoniaux, pour faire franchir un pas de plus à la technologie de visualisation 3D. Ces oeuvres étaient idéales pour la mise à l'essai et la mise au point de la technologie à cause de leurs formes, de leurs couleurs et de leurs textures complexes.

La méthode GoLD (pour Geomorphing of levels of Detail) a été présentée lors de la conférence SIGGRAPH de 2005 dans une communication intitulée « GoLD : Visualisation interactive de modèles de grande taille, en couleur et texturés ». Cette communication était l'une des 98 retenues parmi les 461 textes soumis à SIGGRAPH, l'association professionnelle la plus en vue dans le monde dans le domaine de l'infographie et des techniques interactives.

[traduction] « Le programme des articles de SIGGRAPH continue de célébrer l'excellence dans la recherche en infographie et dans les techniques interactives. C'est depuis longtemps le meilleur forum international pour la diffusion de nouveaux travaux novateurs, percutants et importants. Nos critères de sélection respectent les normes les plus rigoureuses, sont très stricts et seules les innovations remarquables dans notre domaine sont acceptées. »
Markus Gross, président, SIGGRAPH 2005 Papers

Des images qui valent de l'or

Depuis 2002, les chercheurs à l'ITI-CNRC travaillent à un projet visant à améliorer les outils utilisés pour la visualisation des données en 2D et 3D. Ils ont mis au point une technique pour la visualisation en fonction de la vue de modèles multirésolution appelée GoLD. Des capteurs 3D et des caméras numériques leur permettent d'acquérir de très grandes quantités de données à partir d'objets ou d'environnements réels. Les données provenant d'une seule image ou d'un seul modèle peuvent remplir tout un disque dur; l'analyse, le traitement et la transformation en images 3D de ces données prennent ainsi beaucoup de temps.

Cette innovation est très importante pour le développement d'images 3D interactives et d'outils de visualisation. Ce projet a été lancé dans le cadre d'une collaboration patrimoniale virtuelle avec l'Université de Lecce, où à l'époque la seule façon de visualiser de façon interactive les modèles détaillés que nous avions produits était d'éliminer jusqu'à 95 % des données recueillies, ce qui voulait dire sacrifier beaucoup d'informations précieuses. Avec GoLD, les spécialistes des applications peuvent naviguer à travers tous les détails de vastes ensembles de données 3D et ainsi pouvoir les comprendre et les exploiter à leur pleine valeur. Non seulement les chercheurs de l'ITI-CNRC ont trouvé une façon d'utiliser toutes les données recueillies, mais leur technologie offre plusieurs avantages importants, notamment :

• Rendu à haute performance - La méthode exploite à fond le nouveau matériel avancé pour le rendu mis au point par l'industrie des jeux qui est maintenant accessible dans les PC de bureau.
• Absence d'artéfacts visuels dans le modèle - avec le géomorphing (géométrie progressive/interpolation des données sur la couleur), on peut obtenir une apparence lisse à des résolutions géométriques plus faibles.
• Prétraitement adapté à l'application - On peut optimaliser le prétraitement de différents types de modèles, en particulier ceux qui ont des grandes quantités de textures à haute résolution telles que pour la cartographie de photographies numériques, une tendance actuelle dans la modélisation 3D.
• Accès au modèle original à pleine résolution - Même si les données sont transformées pour produire le rendu à haute performance, les utilisateurs peuvent toujours voir l'original intact lorsqu'ils font un zoom sur les détails du modèle.
• Dépendance minimale vis-à-vis de la cohérence d'encadrement – l'outil permet la lecture anticipée et la décompression des données, ce qui réduit au minimum l'impact sur la fréquence d'images.
• Usage limité de la CPU - La plupart des calculs en temps réel sont effectués dans le matériel graphique, ce qui laisse plus de ressources à la CPU pour mener à bien d'autres tâches.

Ce qui est le plus intéressant dans cette technologie, c'est la possibilité d'effectuer le rendu 3D et la visualisation de ces vastes ensembles de données à l'aide d'un PC de bureau ou d'un ordinateur portatif. Pour visualiser de tels modèles sur un PC, l'ordinateur doit produire en temps réel de nombreuses images toutes les secondes. Pour chaque seconde reproduite sur un moniteur, le traitement et le rendu prennent des minutes avec les techniques classiques de visualisation. Même si l'on a des milliards d'échantillons 2D et 3D à visualiser, un moniteur de base n'a seulement qu'environ un million de pixels, de sorte que la difficulté est liée à la capacité de sélectionner rapidement et de transmettre uniquement les bonnes données qui produiront une image parfaite sur l'écran. Avec la méthode GoLD, toutes les données recueillies sont transformées pour obtenir une représentation exacte de grande qualité de l'objet réel beaucoup plus rapidement et de façon beaucoup plus efficace qu'avec les techniques classiques.

Cet ensemble de caractéristiques élargit le champ d'application de cette technique, car elle peut être utilisée partout où des données acquises par des capteurs doivent être visualisées. À mesure que la technologie et les outils de visualisation évoluent, de nombreuses industries tirent parti de ces outils qui peuvent faciliter l'analyse, la modélisation, l'assurance de la qualité, la conservation et les étapes de fabrication dans la recherche et la mise au point de produits. Les secteurs de l'aérospatial, de l'automobile, du transport, du patrimoine et de l'archéologie, de la défense et de la transformation sont des marchés clés pour cette nouvelle technologie, qui représente des milliards de dollars à l'échelle mondiale.

Les chercheurs de l'ITI-CNRC travaillent constamment à améliorer la technologie appliquée à l'ensemble de la filière de la visualisation (acquisition de données, transformation, rendu et visualisation). Grâce à une collaboration continue avec des partenaires dans le secteur du patrimoine (C2RMF, CMC, Univ. de Lecce), du domaine spatial (ASC, NASA) et de l'industrie (Neptec, Terrapoint), l'équipe tente de mettre au point des solutions plus automatisées et plus évolutive qui élargiront le champ d'application de la technologie des capteurs 3D tout en réduisant les coûts liés aux heures de travail pour traiter et filtrer les données. Cela rendra la méthode GoLD plus attrayante et applicable à d'autres marchés.

Personne-ressource

Louis Borgeat
Agent de recherches
Technologie de l'information visuelle
Institut de technologie de l'information du CNRC
1200, chemin de Montréal
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