UPThèses

Une carte topologique 3D est un modèle servant à représenter la partition en régions d'une image 3D pour le traitement d'images. Dans ce travail, nous développons des outils permettant de modifier la partition représentée par une carte topologique, puis nous utilisons ces outils afin de proposer des algorithmes de segmentation intégrant des critères topologiques. Dans une première partie, nous proposons trois opérations. La fusion de régions est définie avec une approche locale adaptée à une utilisation interactive et une approche globale pour une utilisation automatisée comme lors d'une segmentation. La division de régions est proposée avec une méthode d'éclatement en voxels et la division à l'aide d'un guide. Enfin, la déformation de la partition est basée sur la définition de points ML-Simples : des voxels pouvant changer de région sans modifier la topologie de la partition. À l'aide de ces opérations, nous mettons en oeuvre dans une seconde partie des algorithmes de segmentation d'images utilisant les cartes topologiques. Notre première approche adapte au modèle des cartes topologiques un algorithme existant qui utilise un critère basé sur la notion de contraste. Nous proposons ensuite des méthodes de calcul d'invariants topologiques sur les régions : les nombres de Betti. Grâce à eux, nous développons un critère topologique de segmentation permettant de contrôler le nombre de tunnels et de cavités des régions. Enfin, nous illustrons les possibilités de tous nos outils en mettant en place une chaîne de traitement pour la segmentation de tumeurs cérébrales dans des images médicales.

Cette thèse présente une nouvelle méthode d'animation basée sur la topologie. Elle consiste à animer une partition de l'espace et en assurer sa cohérence. Le système d'animation s'appuie sur un mécanisme événementiel qui détecte les incohérences topologiques. L'animation est générée à partir du traitement séquentiel de tous les événements. Lors du mouvement des entités, l'instant des collisions est calculé et des événements sont générés. Pour prendre en charge ces collisions, ces événements sont traités par rapport à leurs contextes locaux (géométrique, sémantique). Un traitement engendre des changements géométriques et topologiques et assure la cohérence entre le modèle géométrique et le modèle topologique. Cette thèse présente également une application en géologie permettant de générer l'animation de l'évolution du sous-sol à partir de phénomènes naturels décrits dans un scénario. Dans ce cadre, un scénario est composé d'une suite de phénomènes géologiques (sédimentation, érosion, création de failles et glissement) analysée par le système d'animation 2D. Un phénomène est traduit en un ensemble d'événements initiaux. Une fois l'animation générée, le géologue peut l'analyser et la valider grâce aux informations sémantiques et historiques fournies par le modèle.

L'implémentation d'un système intégrant la Programmation sur Exemple (PsE) demande au développeur de mettre à disposition de l'utilisateur final des outils d'assistance lors de la réalisation des tâches. Pour le développeur, cela passe par la mise à disposition des différents services à partir de l'interface utilisateur de l'application. Le système doit donc fournir des interfaces particulières, car non seulement l'objectif fonctionnel de l'application ne doit pas changer, mais surtout parce que les techniques de la PsE doivent être naturellement intégrées. Un système de PsE est difficile à implanter, et pourtant, la plupart possèdent des éléments en commun parmi lesquels on trouve une représentation des actions utilisateur, un historique des actions, et parfois un algorithme d'apprentissage symbolique opérant sur l'historique. Nous favorisons la création d'un tel système en fournissant les outils nécessaires sous forme d'une boîte à outils par extension de Swing. Les développeurs peuvent bâtir, avec un minimum d'effort, des applications mettant en oeuvre les techniques de la PsE. Les principaux services de base ont été identifiés et définis : enregistrement des actions utilisateur, rejeu des actions et des techniques utilisables pour la mise en oeuvre d'applications types. Ils ont été prototypés à travers l'outil PbDToolkit, ouvrant la voie vers la simplification de la mise en oeuvre des applications de PsE. En utilisant PbDToolkit, il n'est pas nécessaire d'implémenter les fonctionnalités de base car toutes les opérations y sont déjà implémentées avec la liberté d'usage et d'exploitation offerte aux développeurs. PbDToolkit est instrumenté pour permettre de vérifier la conformité d'une IHM à son modèle de tâches. Le concept établit un lien entre les tâches élémentaires du modèle de tâches et les actions de l'IHM. Ainsi, à l'exécution, un scénario est généré suivant le format de scénario de l'environnement K-MADe, outil de modélisation utilisé.

Un système temps réel critique nécessite une validation temporelle utilisant un test d'ordonnançabilité avant sa mise en oeuvre. Cette thèse traite le problème d'ordonnancement des taches à offset (transactions) sur une architecture monoprocesseur, en priorités fixes et en priorités dynamiques. Les méthodes existantes pour un test exact ont une complexité exponentielle et seules existent des méthodes approchées, donc pessimistes, qui sont pseudo-polynomiales. En priorités fixes nous proposons des méthodes pseudo-polynomiales, basées sur l'analyse de temps de réponse qui sont moins pessimistes que les méthodes existantes. Nous présentons quelques propriétés (accumulativité monotonique, dominance de tâches) rendant exacte les méthodes d'analyse approchées pour certains cas de systèmes, et optimisant le temps de calcul. En priorités dynamiques, nous proposons un test d'ordonnançabilité exact avec une complexité pseudopolynomiale. Ce test est basé sur l'analyse de la demande processeur. Les qualités des résultats de nos méthodes sont confirmées par des évaluations expérimentales.

L'intérieur des bâtiments est souvent modélisé en 3D pour diverses applications de modélisation ou de simulation. Par exemple, plusieurs méthodes permettent d'étudier l'éclairage, les transferts de chaleur, la propagation d'ondes. Ces applications nécessitent dans la plupart des cas une représentation volumique de l'environnement avec des relations d'adjacence et d'incidence entre les éléments. Malheureusement, les données correspondant au bâtiment sont en général seulement disponibles en 2D et les besoins des applications 3D varient d'une utilisation à l'autre. Pour résoudre ce problème, nous proposons une description formelle d'un ensemble de contraintes de cohérence dédiées à la modélisation d'intérieur de bâtiments. Dans cette thèse nous montrons comment cette représentation est utilisée pour : (i) reconstruire un modèle 3D à partir de plans d'architecte numériques 2D ; (ii) détecter automatiquement les incohérences géométriques, topologiques et sémantiques ; (iii) développer des opérations automatiques et semi-automatiques pour corriger les plans 2D. Toutes les contraintes de cohérence sont définies en 2D et 3D et reposent sur le modèle topologique des cartes généralisées. Ces opérations sont utilisées pour éditer les scènes 2D et 3D afin d'affiner ou de modifier les modèles. Enfin, nous expliquons comment ce modèle est utilisé pour une application de visualisation par lancé de rayons.

Le développement d'un logiciel embarqué ou d'un système temps réel nécessite plusieurs étapes qui peuvent être échelonnées dans des intervalles de temps différents, et qui sont souvent itératives. De nos jours, il existe de nombreuses méthodes et outils de développement que l'on peut énumérer tels SA-RT, SD, DARTS, CODARTS, JSD, State-Charts, UML-RT, etc. L'objectif de la thèse est de proposer un environnement de conception, développement et validation d'applications temps réel basé sur la méthode DARTS, et sur le cycle de développement logiciel en W (une extension du cycle de développement classique en V). Cela se traduit par la création d'une bibliothèque logicielle pour un langage graphique flots de données, nommée DARTSVIEW, qui comporte des outils graphiques implémentés en langage G. Grâce à la palette DARTSVIEW, un concepteur pourra non seulement représenter une conception DARTS de façon aisée et intuitive, mais également simuler et tester sur place le modèle pour vérifier le respect de l'aspect fonctionnel du système. Les systèmes temps réel sont des systèmes dont le respect des contraintes temporelles est aussi important que l'exactitude du résultat, autrement dit il faut valider leur aspect temporel. Donc concernant cette pour aider dans cette tâche, la palette DARTSVIEW propose aux utilisateurs la possibilité de générer du code spécifique à une norme temps réel ou un langage cible d'un exécutif temps réel afin de pouvoir tester le système sur cible, et de pouvoir vérifier les paramètres temporels. Il s'agit de deuxième V du cycle de développement en W.