Dissertations / Theses on the topic 'Réalité augmentée – Systèmes d'information géographique'

Ces travaux de thèse se situent au croisement de plusieurs domaines que sont la Réalité Augmentée, la Réalité Virtuelle, les systèmes d'information géographique, le génie logiciel, le traitement d'image et les sciences humaines et sociales. Le premier axe de ce mémoire concerne les apports relatifs à l'amélioration des connaissances du domaine de la réalité augmentée par une approche centrée utilisateur. Nous proposons, basés sur nos définitions et sur les travaux en réalité virtuelle, notre modèle d'interaction et d'immersion en réalité augmentée nommé 3i2RA. L'axe suivant permet de préciser la problématique liée à l'utilisation d'un système d'aide à la navigation par un état de l'art spécifique aux systèmes d'information géographique. Nous présentons dans ce chapitre les systèmes d'information géographique particulièrement destinés à l'aide à la navigation. Le troisième axe présente nos apports méthodologiques concernant la conception d'un outil d'aide à la navigation. L'objectif est de proposer une démarche permettant d'interfacer la modélisation des activités des navigateurs et une méthode agile de développement d'un logiciel. Enfin, le dernier axe présente nos apports technologiques mis en œuvre afin de réaliser les fonctionnalités demandées.

Au fil des années, la nécessité de tirer profit de données géospatiales, dans tous domaines d’application, a été bien établie et les innovations dans l’utilisation de ces données ne se dénombrent plus. Cependant, les outils géomatiques traditionnels utilisés afin d’exploiter ces données, malgré leur évolution technologique remarquable des dernières années, comportent des lacunes au niveau de la visualisation, de l’interaction et de leur capacité de collaboration qui peuvent limiter la compréhension de l’espace par un public utilisateur non-expert. Pour répondre à ces limites, la technologie de réalité augmentée offre des possibilités intéressantes en ce qui a trait à la visualisation et l’interaction avec les données géospatiales 3D. Malgré les récentes avancées technologiques dans ce domaine, ce type d’application demeure peu exploré, particulièrement en contexte géospatial, ce qui fait en sorte que le développement de systèmes de réalité augmentée reste un processus laborieux et expérimental. Considérant ceci, nous proposons une étude établissant les bases du développement de systèmes interactifs et collaboratifs de réalité augmentée géospatial. Pour cette étude, nous avons choisi de retenir le contexte d’application du design et de l’aménagement urbain, un domaine dans lequel l’interaction et la visualisation de l’espace jouent un rôle central. La première partie de ce travail présente les résultats de la recherche conceptuelle et littéraire menée préalablement au développement de notre prototype. La deuxième partie présente le prototype développé en suivant la méthodologie Unified Process pour le développement logiciel ainsi que les résultats de la phase d’expérimentation du prototype menée par la suite. À la lumière des travaux réalisés, il nous est apparu évident que la réalité augmentée présente un potentiel très intéressant pour répondre aux limites des outils traditionnels mais que la réalisation d’une solution complète nécessiterait l’intervention d’une quantité de ressources qui dépasse le cadre d’un travail de maitrise.
Over the years, the usefulness of geospatial data, in any given field, has been well established and countless innovations in the usage of such data have appeared. However, traditional geomatic tools used for the exploitation of data, despite their remarkable technological evolution in recent years, still contain certain limits concerning 3D visualization, interaction and their collaboration capacity that can limit spatial comprehension by a public of non-expert users. To overcome these limits, augmented reality technologies demonstrate interesting possibilities regarding the interaction and visualization of 3D geospatial data. In spite of the recent technological advances, these types of applications remain poorly explored, especially in geospatial contexts. Consequently, the development of geospatial augmented reality systems remains a laborious and experimental process. Considering this, we propose a study to establish the basis for the development of geospatial interactive and collaborative augmented reality systems. We have chosen to inscribe this study in the urban design and planning context, a domain of application for which the interaction and visualization of space plays a central role. The first part of this study presents the results of our literary and conceptual research, undertaken prior to the development of our prototype. The second part presents the prototype developed following the Unified Process methodology for software development as well as the results of the prototype experimentation step conducted afterwards. This research project completed, it appears obvious to us that augmented reality presents an interesting potential to overcome the limits of traditional geomatic tools. However, the realization of a complete solution would require the intervention of a larger pool of resources that are unavailable in the scope of a master’s project.

Cette thèse a été réalisée sous convention CIFRE dans la cadre d’un partenariat entre la société MaxSea et le pôle recherche de l’ESTIA. La demande exprimée initialement par la société évoquait la nécessité d’améliorer la sécurité à bord des navires, autant d’un point de vue matériel et environnemental qu’humain. Ces travaux de thèse se situent donc au croisement de plusieurs domaines que sont la Réalité Augmentée, la Réalité Virtuelle, les systèmes d’information géographique, le génie logiciel, le traitement d’image et les sciences humaines et sociales. Le premier axe de ce mémoire concerne les apports relatifs à l’amélioration des connaissances du domaine de la réalité augmentée. Nous présentons dans ce chapitre les fondements de la réalité augmentée. Nous proposons, basés sur nos définitions et sur les travaux en réalité virtuelle, notre modèle d’interaction et d’immersion en réalité augmentée nommé 3i2RA.L’axe suivant permet de préciser la problématique liée à l’utilisation d’un système d’aide à la navigation par un état de l’art spécifique aux systèmes d’information géographique. Le troisième axe présente nos apports méthodologiques concernant la conception d’un outil d’aide à la navigation. L’objectif est de proposer une méthode permettant d’interfacer la modélisation des activités des navigateurs et une méthode agile de développement d’un logiciel. Pour illustrer notre méthode, après une présentation rapide de la méthode “Scrum”, nous présentons un cas pratique de conception d’un système d’information géographique pour l’aide à la navigation pour lequel nous nous sommes rapprochés de la Société Nationale de Sauvetage en Mer (SNSM).Enfin, le dernier axe présente nos apports technologiques mis en œuvre afin de réaliser les fonctionnalités demandées. Nous allons présenter dans ce chapitre l’architecture logicielle basée sur trois composants principaux et l’architecture matérielle de notre Système d’Information Géographique Maritime Augmenté, SIGMA. Nous présentons un cadre d’application de SIGMA pour la surveillance du trafic maritime
This thesis was carried out under CIFRE partnership between the MaxSea company and the research ESTIA laboratory. The initial request made by the company referred to the need to improve safety on ships. This research thesis are at the crossroads of several areas such as Augmented Reality, Virtual Reality, geographic information systems, software engineering, image processing and social sciences. The first axis concerns the contributions to the improvement of knowledge in the field of augmented reality. In this chapter we present the foundations of augmented reality. We propose, based on our definitions and the work in virtual reality, our model of interaction and immersion in augmented reality, named 3i2RA.The next axis is used to specify the issues related to the use of navigational aids. The third axis presents our methodological contributions in the design of an aid to navigation. The goal is to provide a method for interfacing modeling activities and a method of agile software development. To illustrate our method, we present a practical design of a geographic information system for the navigation aid for which we approached the National Society Rescue Sea (SNSM).The last line shows our technological approach to achieve the required functionality. We will present in this section the software architecture based on three main components and the hardware architecture of our Geographic Information System Enhanced Maritime, SIGMA. We present a use case of SIGMA for traffic monitoring

Les Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) nécessitent plusieurs modèles pour résoudre les difficultés liées à la planification et la gestion urbaine. Ces modèles géométriques peuvent être en 2D ou en 3D. L’intégration des informations 3D dans un SIG soulève certaines difficultés comme celles rencontrées dans la modélisation, l’acquisition et la représentation des données 3D. Le processus d’acquisition se base sur deux questionnements différents, d’une part, comment peut-on extraire suffisamment d’information de l’environnement, sous forme d’une série d’images et de vidéos? Ce processus comprend également la localisation de l’information (connue sous le nom de géo-référencement). D’autre part, comment intégrer les informations 3D dans les SIG dans un contexte de réalité augmentée? Nous présentons une méthode qui permet d’insérer ces informations 3D dans l’objectif d’enrichir les SIG-3D. La première étape consiste en une extraction des informations. Une fois l’enregistrement d’une séquence vidéo de la rue est fait, nous passons à l’extraction des points caractéristiques des géométries en utilisant une technique de "Structure-From-Motion" ainsi qu'une technique de filtrage des données erronées à partir des données SIG. La deuxième étape consiste à reconstruire les bâtiments avec des techniques de vision par ordinateur. Nous proposons premièrement un algorithme de reconstruction automatique des façades, y compris les fractionnements de façade, le calcul de la hauteur des façades et leur rendu (affichage). Nous y ajoutons ensuite des interactions afin d’améliorer les résultats de la reconstruction automatique. La dernière étape est la mise à jour du SIG. Les données existantes sur les emprises au sol du bâti sont corrigées par l’utilisateur ou par des nouvelles données générées. Enfin, nous insérons ou nous mettons à jour les informations 3D contenues dans le SIG
GIS (Geographical Information Systems) need several models to solve urban planning and management issues, among them are 2D and 3D geometric models. Integration of 3D information in GIS raises usual database challenges like 3D data modeling, acquisition and representation of the 3D information. The acquisition process confronts two different problems: first, how to extract enough information from the environment, such as a series of images or a video, this process also includes the localization of the information (known as geo-referencing); secondly, how to insert the 3D information into the GIS in an Augmented-Reality context. We present a method to insert 3D information aiming at enriching 3D-GIS. The first step is 3D structure information extraction. A street-view video sequence is captured. Then we extract 3D original feature points from the input video data by using Structure-from-Motion (SfM) technique and filter the outliers making benefit of GIS data. The second step is to reconstruct the buildings with computer vision techniques. We propose an automatic facades reconstruction algorithm, including splitting facades, computing the height of facades and facades rendering. Then we design the interactions to improve the results of automatic reconstruction. The last step is GIS updating. The existing old footprints are corrected by user knowledge or new footprints are generated. Finally, we insert or update 3D information into the GIS

Les applications de réalité augmentée peuvent être conçues de différentes manières, mais encore très peu tirent partie de la géolocalisation.Pourtant, aujourd'hui, avec la multitude de capteurs embarqués dans nos smartphones et nos tablettes, l’utilisation de la géolocalisation dans le contexte de la RA (RA Geo) semble très prometteuse.Dans ce travail de thèse, nous avons contribué sur plusieurs aspects fondamentaux de la RA Geo: l'estimation de la position du dispositif, l'estimation de son orientation, ainsi que sur l'impact de ces estimations sur le rendu des informations virtuelles.Dans un premier temps, nous avons étudié l'estimation de l’orientation du téléphone.Nous avons réalisé le premier benchmark dans un motion lab afin de comparer et d'évaluer les différents filtres de la littérature sur une base commune.Celui-ci a permis de produire la première analyse comparative approfondie des différentes approches.Nous avons aussi proposé un nouveau filtre dont le but est de minimiser l’effet des perturbations magnétiques omniprésentes en intérieur et avons quantifié son apport par rapport aux techniques existantes.Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'estimation de la position du téléphone lorsqu’il est porté par un piéton.Il existe de nombreux travaux sur les technologies de localisation mais il est difficile de trouver un benchmark qui évalue les différentes technologies dans le cas d’un smartphone grand public. Ainsi, à nouveau nous avons produit le premier benchmark pour analyser de façon comparative les différentes techniques de localisation qui peuvent être utilisées avec un smartphone.Dans un troisième temps, nous avons proposé une méthode pour caractériser l'impact des estimations d'orientation et de positionnement sur le rendu des informations virtuelles.Ceci a permis d'identifier des critères permettant de comprendre plus précisément les limites de faisabilité de différent cas d'utilisation de la RA Geo.Enfin, nous avons proposé un nouveau framework pour faciliter la conception d’applications de la RA Geo.Nous montrons comment les données de cartographie peuvent être utilisées et enrichies à l’aide d’une nouvelle sémantique utilisant OpenStreetMap.Nous avons créé un visualiseur permettant d'afficher des éléments virtuels sur le flux de la caméra.Ce framework intègre différents modules pour la localisation, l’orientation, la gestion des points d'intérêts, le geofencing, l’audio spatialisé, et le rendu 2D ou RA.Finalement, trois exemples d'applications d'AR Géo ont été réalisés à partir de ce framework.TyrAr est une application pour visualiser des informations sur les sommets et les villes environnantes.AmiAr permet de contrôler de certains objets de domotique dans un appartement connecté.Venturi Y3 est une visite guidée de la ville de Grenoble avec des expériences de RA avec de l'audio
Applications for augmented reality can be designed in various ways, but few take advantage of geolocation.However, nowadays, with the many cheap sensors embedded in smartphones and tablets, using geolocation for augmented reality (Geo AR) seems to be very promising.In this work, we have contributed on several aspects of Geo AR: estimation of device positioning and attitude, and the impact of these estimations on the rendering of virtual information.In a first step, we focused on smartphone attitude estimation.We proposed the first benchmark using a motion lab with a high precision for the purpose of comparing and evaluating filters from the literature on a common basis.This allowed us to provide the first in-depth comparative analysis in this context.In particular, we focused on typical motions of smartphones when carried by pedestrians.Furthermore, we proposed a new technique for limiting the impact of magnetic perturbations with any attitude estimation algorithm used in this context.We showed how our technique compares and improves over previous works.In a second step, we studied the estimation of the smartphone's position when the device is held by a pedestrian.Altough many earlier works focused on evaluation of localisation systems, it remains very difficult to find a benchmark to compare technologies in the setting of a commodity smartphone. Once again, we proposed a novel benchmark to analyse localisation technologies including WiFi fingerprinting, WiFi trilateration, SHS (Step and Heading System) and map-matching.In a third step, we proposed a method for characterizing the impact of attitude and position estimations on the rendering of virtual features.This made it possible to identify criteria to better understand the limits of Geo AR for different use cases.We finally proposed a framework to facilitate the design of Geo AR applications.We show how geodata can be used for AR applications.We proposed a new semantics that extends the data structures of OpenStreetMap.We built a viewer to display virtual elements over the camera livestream.The framework integrates modules for geolocation, attitude estimation, POIs management, geofencing, spatialized audio, 2.5D rendering and AR.Three Geo AR applications have been implemented using this framework.TyrAr is an application to display information on mountain summits and cities around the user.AmiAr allows one to monitor lights, shutters, tv in a smart appartment.Venturi Y3 is an AR-Tour of Grenoble with audio description and experiences

Le déplacement est une des plus grandes difficultés éprouvées par les déficients visuels dans leur vie quotidienne. Avec l'essor des TIC, plusieurs aides électroniques à la navigation ont vu le jour. L'objectif de ces systèmes est d'améliorer l'autonomie des déficients visuels dans leurs déplacements. Cependant, les aides au déplacement commercialisées aujourd'hui reposent sur une simple adaptation des dispositifs conçus pour les automobilistes et sont donc inadaptés ou mal adaptés à un piéton, de surcroit déficient visuel. Ces systèmes reposent généralement sur un positionnement peu précis et utilisent des cartographies et des stratégies de guidage mal ou non adaptées. Dans ce travail de doctorat, nous proposons la conception et le développement d'un système d'aide à la navigation destiné aux piétons déficients visuels. Cette thèse s'articule autour de trois problématiques identifiées comme critiques à savoir le positionnement, les systèmes d'informations géographiques et le suivi d'itinéraire. Le positionnement développé dans NAVIG repose sur la fusion multi capteurs dans le but d'en améliorer la précision. Cette fusion se base sur un module de vision par ordinateur, un système GPS et des capteurs inertiels. Les résultats obtenus montrent la faisabilité de ces techniques dans un contexte de navigation piétonne. Pour la cartographie, nous proposons une classification de données environnementales permettant d'assurer la perception de l'environnement et le calcul d'itinéraire, notamment pour un utilisateur privé de vision. Un modèle conceptuel adéquat pour le stockage des données est aussi proposé. Le suivi d'itinéraire est une fonction qui permet au système de savoir sur quelle section de l'itinéraire se trouve l'utilisateur à tout instant. C'est un processus important, car il permet d'assurer un guidage de qualité. L'amélioration du guidage passe donc par un suivi adapté à un déplacement piéton. Nous avons proposé quatre stratégies de suivi. L'évaluation des performances de ces différentes stratégies de suivi s'est déroulée dans un simulateur de guidage développé au cours de cette thèse. Il s'agit d'un environnement virtuel multimodal qui permet l'évaluation systématique des différents algorithmes proposés dans un environnement contrôlé et sécurisé. Finalement, un prototype du système NAVIG a été réalisé et a été testé auprès de deux utilisateurs déficients visuels, ce qui a mis en évidence un ensemble de verrous toujours présents. Pour conclure, bien que ce travail de doctorat doive être complété par un ensemble d'évaluations plus systématiques, il a apporté un ensemble de réponses sur un positionnement et un suivi d'itinéraire adaptés à des systèmes d'assistance à la navigation pour déficients visuels. Il ouvre des questions très actuelles sur la disponibilité et le partage des données géographiques et l'utilisation de la vision embarquée. Il ouvre aussi des perspectives intéressantes sur le guidage et la description de l'espace adapté à des utilisateurs piétons et déficients visuels
Navigation, especially in unknown areas, is a major problem for the visually impaired (VI). Over the past 50 years, a number of electronic travel aids (ETAs) have been developed with the aim of improving mobility of the VI. Despite many research efforts, these systems are rarely used. Although the explanation is likely to be incomplete, it is possible to identify three important factors : (1) positioning accuracy provided by these devices is not sufficient to guide a VI pedestrian, (2) these systems are based on Geographical Information Systems not adapted to pedestrian mobility, and (3) the guidance methods should be adapted to the task of VI pedestrian wayfinding. All these three components are sources of usability issues. In this thesis, committed in the collaborative research project called NAVIG, we present the design and implementation of an electronic navigation aid for the blind. In this work, we relied on the analysis of the needs of the visually impaired to propose solutions for improving positioning and guidance. First, we present a solution based on real-time fusion of A-GPS and embedded artificial vision positioning signals. The benefit of our device is two-fold : 1/ it provides a more accurate positioning, compatible with Blind mobility and guidance ; 2/ it matches the needs of Blind users in terms of space perception. Second, we define a classification of objects that should be included in every geographical information system (GIS) that is used in a navigation aid. This classification was based on multiple brainstorming and interviews with blind people and orientation and mobility (O&M) instructors. We present a database scheme integrating the principal classes proposed in this classification. We also propose a methodology allowing the selection of the most appropriate route, based on user needs, and relying on the proposed classification of geographical data. Finally, regarding pedestrian tracking, we propose 3 new strategies adapted to pedestrian navigation. The evaluation of those strategies was performed into a virtual environment framework. To do so, we designed a multimodal (input and output) Virtual Environment (VE) that simulates different interactions that could be used for space perception and guidance in an ETA. This platform subserves two goals : help designers to systematically test guidance strategies (i. E. For the development of new ETAs) and train blind people to use interactive ETAs, with an emphasis on cognitive mapping enhancement. Using this platform we performed several evaluations with 16 users to define the best tracking strategies. To conclude, the combined positioning (vision, GPS) was successfully evaluated in two real environments (Toulouse University campus, and a district in the Toulouse center). Results from evaluations of tracking strategies shown that it is very important to adapt such strategies to pedestrian navigation

L’architecture et la géo-ingénierie sont des domaines où les professionnels doivent prendre des décisions critiques. Ceux-ci requièrent des outils de haute précision pour les assister dans leurs tâches quotidiennes. La Réalité Augmentée (RA) présente un excellent potentiel pour ces professionnels en leur permettant de faciliter l’association des plans 2D/3D représentatifs des ouvrages sur lesquels ils doivent intervenir, avec leur perception de ces ouvrages dans la réalité. Les outils de visualisation s’appuyant sur la RA permettent d’effectuer ce recalage entre modélisation spatiale et réalité dans le champ de vue de l’usager. Cependant, ces systèmes de RA nécessitent des solutions de positionnement en temps réel de très haute précision. Ce n’est pas chose facile, spécialement dans les environnements urbains ou sur les sites de construction. Ce projet propose donc d’investiguer les principaux défis que présente un système de RA haute précision basé sur les panoramas omnidirectionels.
Architecture and geo-engineering are application domains where professionals need to take critical decisions. These professionals require high-precision tools to assist them in their daily decision taking process. Augmented Reality (AR) shows great potential to allow easier association between the abstract 2D drawings and 3D models representing infrastructure under reviewing and the actual perception of these objects in the reality. The different visualization tools based on AR allow to overlay the virtual models and the reality in the field of view of the user. However, the architecture and geo-engineering context requires high-accuracy and real-time positioning from these AR systems. This is not a trivial task, especially in urban environments or on construction sites where the surroundings may be crowded and highly dynamic. This project investigates the accuracy requirements of mobile AR GIS as well as the main challenges to address when tackling high-accuracy AR based on omnidirectional panoramas.

L'analyse de visibilité est une question importante de la recherche qui peut trouver des applications dans de nombreux domaines: sécurité, conception de réseau sans fil, gestion du paysage, mise en oeuvre d'accès piétonniers .... La prise en compte de la troisième dimension dans le calcul de visibilité est un réel défi. Seules quelques solutions peuvent détecter les obstacles 3D qui limitent l'isovist. Dans cette communication, nous présentons un nouvel algorithme qui peut détecter tous les objets qui bloquent la vue dans un environnement 30 reconstitué numériquement intégrant le relief. Une démonstration avec des données SIG est également effectuée.La reconnaissance automatique des bâtiments est une étape essentielle pour la réalité augmentée et un outil possible pour la géolocalisation d'une prise de vue. Les recherches dans ce domaine n'utilisent pas la localisation par contenu de l'image. Cet article présente une méthodologie pour l'enrichissement d'une base de données urbaine SIG grâce à un descripteur de texture de façade calculé sur des images de référence. Cet indicateur est ensuite utilisé pour retrouver ce bâtiment dans une nouvelle image et le localiser dans une base de données SIG 3D afin d'estimer sa position et son orientation dans le repère de l'appareil photographique qui a pris le cliché. La qualité des résultats obtenus fait l'objet d'une discussion.

La Réalité Augmentée est l'une des techniques utilisées pour permettre aux utilisateurs mobiles qui se trouvent dans différent zone géographique de partager un modèle 2D/3D comme point d'entrée pour travailler ensemble et interagir sur le même prototype en utilisant des ordinateurs mobiles. Dans cette étude, nous avons proposé une architecture modulaire permettant la gestion d'une application RA collaborative mobile. Elle est conçue pour que l'identification et l'adaptation au système soient transparentes aux utilisateurs. Les techniques de localisation et de suivi hybride et par vision sont adoptées pour assurer la robustesse de notre système. La base de données est répliquée dans les serveurs et/ou dans les clients. L'équilibrage des charges est utilisé afin que la communication entre les applications clientes et serveurs soit tolérante aux pannes
Augmented Reality is among of the techniques used to allow mobile users who are in different geographical area to share a model 2D/3D as primary tools for collaboration, using the same software on lightweight hardware or mobile computers. In this study, we proposed a modular architecture allowing the management of mobile collaborative Augmented Reality application. This architecture is designed so that the identification and the adaptation to the system are transparent to users. Vision and hybrid based tracking techniques are used to ensure the robustness of our system. The database is replicated in the servers and/or the clients. The technique of load balancing is used so that the communication between the client applications and servers is fault-tolerant

Nous nous intéressons au lien entre l'image numérique et un système d'information dans un cadre de conception de produit centré sur l'usager. Dans une première partie, nous nous intéressons à la perception par l'usager des environnements virtuels représentant un système d'information. La fidélité perceptive de l'environnement virtuel est étudié à plusieurs niveaux : psychophysique, fonctionnel et enfin sensible. La seconde partie est consacrée à la construction d'environnements virtuels fidèles au monde réel : nous abordons d'abord leur fidélité géométrique via la vision par ordinateur, puis la fidélité comportementale en reproduisant le comportement humain dans les environnements virtuels. Enfin, dans la dernière partie, nous proposons de considérer l'interaction entre le monde réel et le système d'information comme un système fonctionnant en boucle fermée : le système peut être représenté par des images mais aussi construit et mis à jour directement avec des images. Le domaine d'application visé est le système d'information géographique.

Cette thèse traite de l’accroissement du réalisme des images produites par des simulations de vol exploitant des Systèmes d’Informations Géographiques (SIG). Nous proposons de faire cohabiter plusieurs techniques de modélisation afin d’optimiser la description des objets de l’univers et d’exploiter conjointement plusieurs techniques de visualisation s’accordant avec les modélisations choisies. Les données géographiques ont été structurées en regroupant les objets en « couches » optimisées et interfacées avec les systèmes de simulation et de visualisation. Cela permet d’améliorer la qualité graphique des objets et d’agir dynamiquement sur la base de données depuis la simulation. Il est ainsi possible de voir des modifications géométriques ou des insertions d’objets dans le SIG se répercuter « on-line »dans la visualisation. L’interactivité et le dynamisme du système contribuent à réduire le cycle de production des images de synthèse
This thesis deals with the image realism enhancement in flight simulators using geographical information systems (GIS). The suggestion here is to implement different modeling techniques together in order to optimize object description. We also suggest using different rendering techniques that complement each chosen modeling technique. The geographical data is structured by bringing together objects into “layers”. These layers are optimized in order to create an interface between the simulation and the visualization systems. This structure improves the graphical quality of the objects and allows the simulation to act dynamically on the virtual world database. It is thus possible to perform geometrical deformations of objects in the GIS and to watch how those changes effect the visualization, on the one hand, and to insert, on the fly, new data into the SIG on the other hand. The dynamics and interactivity of the system lead to a reduction of the process of image synthesis production

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la reconstruction tridimensionnelle de zones urbaines, à l'aide de données GPS, SIG et Vidéo. L'objectif est de raffiner des modèles 3D simples et géo-référencés de bâtiments, extraits d'une base SIG (Systèmes d'Information Géographique) en les mettant en correspondance avec des séquences d'images acquises au sol, la position de la caméra étant estimée par GPS. La mise en correspondance des données vidéo et des modèles 3D correspondants par asservissement visuel virtuel robuste est tout d'abord présentée. Le but est ici de retrouver, pour chaque image de la vidéo, la pose géo-référencée précise de la caméra d'acquisition (position et orientation), de telle façon que les modèles 3D se projettent exactement sur les images de bâtiments correspondantes. Les textures des bâtiments visibles dans la vidéo sont alors extraites. Un nouvel algorithme pour la fusion de textures de façades de bâtiments basé sur une analyse statistique de la couleur des texel est présenté. Il permet entre autres la suppression dans la texture finale de tous les objets occultants n'appartenant pas à la façade elle-même. Enfin, nous présentons une étude préliminaire sur l'extraction des détails géométriques de chaque façade. Connaissant les poses de la caméra pour toutes les images, un calcul de disparité par coupe de graphe ou flot optique est effectuée dans l'espace texture. Les micro-structures des façades peuvent alors être retrouvées en utilisant ces cartes de disparité
This thesis presents a new scheme for 3D buildings reconstruction, using GPS, GIS and Video datasets. The goal is to refine simple and geo-referenced 3D models of buildings, extracted from a GIS database (Geographic Information System). This refinement is performed thanks to a registration between these models and the video. The GPS provides rough information about the camera location. First, the registration between the video and the 3D models using robust virtual visual servoing is presented. The aim is to find, for each image of the video, the geo-referenced pose of the camera (position and orientation), such as the rendered 3D models projects exactly on the building images in the video. Next, textures of visible buildings are extracted from the video images. A new algorithm for façade texture fusion based on statistical analysis of the texels color is presented. It allows to remove from the final textures all occluding objects in front of the viewed building façades. Finally, a preliminary study on façades geometric details extraction is presented. Knowing the pose of the camera for each image of the video, a disparity computation using either graph-cuts or optical flow is performed in texture space. The micro-structures of the viewed façades can then be recovered using these disparity maps

Le développement rapide de l’informatique mobile a donné lieu à l’apparition et à la popularisation de téléphones mobiles dits intelligents ou smart phones (ex.: iPhone, HTC, etc.) dont le nombre et les performances sans cesse croissantes en font de potentielles plateformes alternatives aux ordinateurs de bureau. Cette avancée technologique a contribué à l’émergence d’une nouvelle catégorie d’acteurs du monde des affaires n’ayant pas de bureau fixe, travaillant directement sur le terrain dans divers endroits (à la maison, en voiture, en avion, chez le client, à l’hôtel, chez le fournisseur, etc.) à l’aide d’équipements mobiles ou nomades, et se déplaçant partout où les affaires l’exigent pour assurer la compétitivité de leurs organisations: ce sont les travailleurs mobiles parmi lesquels on retrouve un grand nombre de décideurs. Étant donné ce monde des affaires de plus en plus compétitif où les gens d’affaires sont de plus en plus mobiles et confrontés à la nécessité de prendre des décisions de plus en plus rapides et efficaces basées sur des analyses pertinentes, l’aide à la prise de décision en mobilité s’avère indispensable. Pour leur apporter une telle aide, la présente thèse de doctorat propose d'aller au-delà du simple accès à distance à une plateforme d’intelligence d’affaire géo-spatiale ou non géo-spatiale (GeoBI/BI) comme le proposent les solutions actuelles. Elle propose de prendre également en considération la localisation et le contexte de travail du décideur/analyste mobile dans l’aide à la décision, et d’enrichir sémantiquement les données d’affaire. Afin de proposer une telle solution de GeoBI mobile sémantiquement augmentée et sensible au contexte mobile du décideur, la présente thèse s’est attelée d’une part à identifier, modéliser et enrichir les informations contextuelles pertinentes pour supporter un raisonnement GeoBI basé sur le contexte, et s’est évertuée d’autre part à proposer une solution d’augmentation sémantique des données d’affaire GeoBI qui permettrait de mettre en exergue les [cor]relations sémantiques pouvant exister entre les données. Un prototype mettant en œuvre une application mobile sensible au contexte et une architecture orientée services web a été développé et testé comme preuve de concept. Les tests ont montré que celui-ci permettait par exemple de soumettre et de visualiser le resultat de requêtes contextuelles du type : « dans un rayon de 5 km autour de ma position actuelle, quelles sont les compagnies partenaires ayant des relations de concurrence avec nos actionnaires et dont le chiffre d’affaire des deux années précédentes dépasse chacune le million ; les relations de partenariat/actionnariat pouvant être transitives, symétriques ou avoir la même sémantique ? »
The rapid development of mobile computing has enabled the emergence and popularization of mobile devices whose increasing number and computing capabilities position them as potential alternative platforms to desktop computers. This technological progress has contributed to the emergence of a new category of business actors having no permanent workplaces, spending very short time in their offices, working directly on the field in various locations (home, car, plane, with the client at the hotel at the supplier, etc.) by using mobile and nomadic devices, and moving to places where business requires them: these are mobile workers including a large number of decision makers. Given this increasingly competitive business world where decision makers are increasingly mobile and are facing the need to take faster and suitable decisions based on relevant analysis, these mobile business people deserve to be supported with appropriate mobile decision support systems (DSS). To give an improved support to these mobile business professionals, this PhD thesis proposes to go further than just allowing a simple remote access to a Geospatial or non-geospatial Business Intelligence (GeoBI/BI) platform as do current solutions. It also proposes to take into account the location and the context of mobile professionals, and to enrich semantically BI data. To propose such a semantically augmented and context-based mobile GeoBI solution, the present thesis has endeavored on the one hand, to identify, model and enrich contextual information that is relevant to support GeoBI context-based reasoning. On the other hand, it has strived to provide a solution that semantically enriches business data in order to help decision makers discover semantic [cor]relations which might exist between the data. A prototype implementing a context-aware mobile application and a services-oriented architecture has been developed and tested as a proof of concept. These tests has shown among other things, that the prototype was able to answer and visualize the result of contextual queries such as: “Within 5 km around my current position, what are partnering companies that are competing with our owners; with the possibility of partnership/ownership relationships to be transitive, symmetric, or have the same semantics?”

La cartographie ainsi que les sciences qui s'y rattachent, sont en constante évolution et s'adaptent aux nouvelles technologies et les domaines d'application sont de plus en plus variés. Nous souhaitons illustrer, dans ce manuscrit, l'application des systèmes d'informations géographiques à la simulation du trafic urbain en 4D grâce aux nouvelles technologies telles que les casques de réalité virtuelle. Le flux routier se traduit en équations via des simulations discrètes (voiture par voiture) et continues (assimilées à l'écoulement d'un fluide).Dans une première partie, nous allons étudier l'historique de la cartographie, plus particulièrement la représentation de la ville au cours du temps. La gestion de trafic urbain est un élément crucial pour les urbanistes et sa représentation a évolué tant par l'utilisation d'outils de plus en plus précis, que par les enjeux actuels. L'urbanisation croissante nous conduit à être de plus en plus prévoyants sur les flux urbains. Il n'est pas seulement question de réseaux routiers, ce problème d'urbanisation influence d'autres réseaux tels que les systèmes d'assainissements qui sont sous dimensionnés face à l'augmentation de foyers et de surfaces imperméables. Il est en est de même pour les réseaux d'eau potable qui doivent être sans cesse renouvelés pour subvenir aux besoins des habitants, et plus globalement avec tous les réseaux enterrés. Nous étudierons aussi dans cette partie la modélisation du réseau routier via les graphes et les hypergraphes, cela nous permettra d'optimiser le code. En effet, la modélisation choisie, développée par M. Bouillé, la représentation HBDS, se rapproche de l'écriture de code en orienté objet et permet de bien structurer un réseau. Dans la partie suivante, nous décrirons les critères de développement en passant par le choix des données sources et des langages informatiques. Celui de la donnée source est très important pour une simulation qui s'approche au plus près de la réalité. Faire des simulations sur diverses villes du monde, sans se limiter à la France, est un des buts de ce travail. Nous ferons donc une analyse des données disponibles afin de trouver les meilleures informations pour alimenter les simulations. Ensuite, nous exposerons les méthodes et les réalisations que nous avons mises en place pour cette étude. Dans cette partie, on trouvera l'organisation du code ainsi que les différents outils de géomatique permettant la simulation de trafic en ville. Nous avons créé de nombreux algorithmes avant de développer, pour optimiser le temps de conception et renforcer le modèle créé. De plus, au cours de cette partie, nous nous intéresserons à l'apport d'un outil d'aide à la décision dans ce contexte via la mise en place d'outils :- De simulation informatique,- De Système Expert avec la création d'un module d'Intelligence Artificielle. Pour finir, les résultats visuels et les perspectives de ce travail seront abordés. Nous allons décrire l'interface homme-machine qui se devait d'être la plus intuitive possible. En effet, les interfaces des SIG propriétaires sont souvent très complexes, ils doivent être accessibles pour proposer des outils variés selon les domaines d'intérêts des utilisateurs. Dans le cadre de notre thématique, nous pouvons limiter les interactions avec l'utilisateur et nous concentrer sur des usages plus ciblés sur la simulation. Nous verrons aussi l'utilisation des principes d'immersion visuelle, comme la stéréoscopie, principe encore sous exploité dans les SIG actuels
Mapping and spatial data visualization are increasingly used to communicate to a wide audience, while providing specific expertise. We want to illustrate the application of geographical information systems to 4D urban traffic simulation thanks to new technologies such as virtual reality headsets. Road flow can be described in equations by discrete simulation (car by car) and continuous simulation (as a fluid flow).Firstly, we study the cartography history, more particularly the city representation over time. Urban traffic management is a critical piece for urban planners. Its representation has changed both with precise tools uses, and with current issues. An increase in urbanization leads us to be more and more farsighted of urban flows. It's not only a road networks question. These urbanization problems impact other networks as sanitation which are undersized dealing with population and surfaces damp-proofing increases. It's the same problem with the water supply which has to be replaced to cover the population needs, and more generally with all underground networks. We also study in this part the road network model via graphs and hypergraphs to optimize the code. Indeed, the chosen model, developed by Mr. Bouillé, the HBDS representation, is close to the object oriented code writing and helps to well structure a network. Afterwards we describe the development criterion through the raw data choice and the computer languages. Raw data choice is important to get the most realist simulation. The fact to make simulation all over the world, and not only in France, is one of the aims of this work. That's why we do a data analysis to find the best data to supply simulations. Then we expose methods and achievements that we implement for this study. In this part, we present the code organization and the geomatic tools helping to the city traffic simulation. We build many algorithms before coding, to optimize the conception time and to strengthen the created model. Moreover we talk about the benefits of a decision support tool in this context via the implementation tools :- Computer simulation,- Expert System with Artificial Intelligence creation. At least, visual results and perspectives are discussed. We describe the graphical user interface which had to be user-friendly. Indeed, owner user interfaces are often complicated. It has to be approachable to offer wide tools depending on users fields. As part of our thematic, we can limit interactions with the user and focus on targeted uses on simulation. We can also see the immersion view uses as the stereoscopy, technique underused in actual GIS

Cette thèse s'intéresse à l'apport d'un modèle virtuel 3D urbain pour l'égo-localisation de véhicules intelligents ainsi que la détection et la localisation d'obstacles. La localisation du véhicule s'appuie sur plusieurs sources d'information: un GPS, des capteurs proprioceptifs (odométres et gyromètre), une caméra et un modèle virtuel 3D de l'environnement. Les capteurs proprioceptifs permettent d'obtenir une estimation quasi continue de la pose relative du véhicule. Cette estimation de la pose est recalée par des mesures GPS lorsque celles-ci sont disponibles. Afin de palier la dérive de la localisation à l'estime lors de longues indisponibilités des informations GPS, on construit une observation cartographique 3D. Celle-ci est basée sur le recalage entre le modèle virtuel 3D urbain et les images acquises par la caméra. Des travaux expérimentaux illustrent l'approche développée. Par ailleurs, l'apport d'un modèle virtuel 3D urbain est également étudié pour la détection et la localisation des obstacles. Une fois localisé dans le modèle 3D, les obstacles de l'infrastructure tels que les bâtiments sont connus et localisés. Pour détecter les obstacles n'appartenant pas à l'infrastructure (véhicules, piétons ... ), on compare l'image réelle et l'image virtuelle en considérant que ce type d'obstacles est présent dans l'image réelle mais absent de l'image virtuelle. A partir de l'information de profondeur disponible grâce au modèle 3D, les obstacles détectés sont ensuite géolocalisés. Les résultats expérimentaux obtenus sont comparés et validés grâce à un télémètre laser
This thesis deals with ego-Iocalization of intelligent vehicles and obstacles detection with virtual 3D city mode!. Vehicle localization uses several sources of infonnation : a GPS receiver, proprioceptive sensors (odometers and gyrometer), a video camera and a virtual 3D city mode!. The proprioceptive sensors allow to continuously estimate the dead-reckoning position and orientation of the vehicle. This dead-reckoning estimation of the pose is corrected by GPS measurements. Moreover, a 3D geographical observation is constructed to compensate the drift of the dead-reckoning localisation when GPS measurements are unavailable for a long time. The 3D geographical observation is based on the matching between the virtual 3D city model and the images acquired by the camera. Experimental results iIlustrate the developed approach. Moreover, the contribution of a virtual 3D city model is also studied for the detection and the localization of obstacles. Once the vehicle is localized in the 3D model, the obstacles of the infrastructure like buildings are known and localized. ln order to detect the other obstacles as vehicles, pedestrians, ... the real image acquired by the camera and the virtual image extracted from the virtual 3D model are compared, by considering that this kind of obstacles are in the real image but are absent from the virtual image. With the detph information available from the 3D model, the detccted obstacle are then localized. Experimental results are compared with Lidar measurements

Dans les hautes vallées alpines, on observe des conflits d'intérêts entre l'économie du ski et les objectifs de préservation de la biodiversité dans le cadre du changement climatique global. Les enjeux sont importants et la concertation en matière d'aménagement devient très difficile Nous avons cherché à développer une méthodologie et un instrument d'aide à la concertation par heuristique visuelle. L'expérimentation de cet instrument est conduite sur le territoire de la Savoie et de la Haute Savoie. Cette thèse se développe en trois temps. Le premier temps définit le contexte général du changement climatique d'un point de vue global. Nous établissons ensuite un changement d'échelle pour nous rapprocher de l'échelon local. Il s'agit d'identifier les mécanismes d'émergence des conflits d'intérêts en fonction des enjeux simultanés économie du ski/préservation de la biodiversité. Le second temps développe une méthodologie pour aider la concertation autour de ce type de conflits par simulation interactive. C'est l'approche par heuristique visuelle. Nous montrons comment, une base de données doit être conçue, pour permettre la mise en œuvre de ce concept. Nous définissons également les types d'outils qui doivent être utilisés ainsi que leurs agencements pour la construction de l'environnement de simulation. Cette partie propose également une stratégie particulière d'amélioration de l'information continue quand il apparaît un besoin d'interpolation sur un faible jeu de données. Enfin, le dernier temps développe l'expérimentation sur notre terrain d'étude.

La reconstruction de bâtiments à partir de photographies aériennes et d’autres données spatiales urbaines multi-sources est une tâche qui utilise une multitude de méthodes automatisées et semi-automatisées allant des processus ponctuels au traitement classique des images et au balayage laser. Dans cette thèse, un système de relaxation itératif est développé sur la base de l'examen du contexte local de chaque bord en fonction de multiples sources d'entrée spatiales (masques optiques, d'élévation, d'ombre et de feuillage ainsi que d'autres données prétraitées, décrites au chapitre 6). Toutes ces données multisource et multirésolution sont fusionnées de manière à extraire les segments de ligne probables ou les arêtes correspondant aux limites des bâtiments. Deux nouveaux sous-systèmes ont également été développés dans cette thèse. Ils ont été conçus dans le but de fournir des informations supplémentaires, plus fiables, sur les contours des bâtiments dans une future version du système de relaxation proposé. La première est une méthode de réseau de neurones à convolution profonde (CNN) pour la détection de frontières de construction. Le réseau est notamment basé sur le modèle SRCNN (Dong C. L., 2015) de super-résolution à la pointe de la technologie. Il accepte des photographies aériennes illustrant des données de zones urbaines densément peuplées ainsi que leurs cartes d'altitude numériques (DEM) correspondantes. La formation utilise trois variantes de cet ensemble de données urbaines et vise à détecter les contours des bâtiments grâce à une nouvelle cartographie hétéroassociative super-résolue. Une autre innovation de cette approche est la conception d'une couche de perte personnalisée modifiée appelée Top-N. Dans cette variante, l'erreur quadratique moyenne (MSE) entre l'image de sortie reconstruite et l'image de vérité de sol (GT) fournie des contours de bâtiment est calculée sur les 2N pixels de l'image avec les valeurs les plus élevées. En supposant que la plupart des N pixels de contour de l’image GT figurent également dans les 2N pixels supérieurs de la reconstruction, cette modification équilibre les deux catégories de pixels et améliore le comportement de généralisation du modèle CNN. Les expériences ont montré que la fonction de coût Top-N offre des gains de performance par rapport à une MSE standard. Une amélioration supplémentaire de la capacité de généralisation du réseau est obtenue en utilisant le décrochage. Le deuxième sous-système est un réseau de convolution profonde à super-résolution, qui effectue un mappage associatif à entrée améliorée entre les images d'entrée à basse résolution et à haute résolution. Ce réseau a été formé aux données d’altitude à basse résolution et aux photographies urbaines optiques à haute résolution correspondantes. Une telle différence de résolution entre les images optiques / satellites optiques et les données d'élévation est souvent le cas dans les applications du monde réel
Building reconstruction from aerial photographs and other multi-source urban spatial data is a task endeavored using a plethora of automated and semi-automated methods ranging from point processes, classic image processing and laser scanning. In this thesis, an iterative relaxation system is developed based on the examination of the local context of each edge according to multiple spatial input sources (optical, elevation, shadow & foliage masks as well as other pre-processed data as elaborated in Chapter 6). All these multisource and multiresolution data are fused so that probable line segments or edges are extracted that correspond to prominent building boundaries.Two novel sub-systems have also been developed in this thesis. They were designed with the purpose to provide additional, more reliable, information regarding building contours in a future version of the proposed relaxation system. The first is a deep convolutional neural network (CNN) method for the detection of building borders. In particular, the network is based on the state of the art super-resolution model SRCNN (Dong C. L., 2015). It accepts aerial photographs depicting densely populated urban area data as well as their corresponding digital elevation maps (DEM). Training is performed using three variations of this urban data set and aims at detecting building contours through a novel super-resolved heteroassociative mapping. Another innovation of this approach is the design of a modified custom loss layer named Top-N. In this variation, the mean square error (MSE) between the reconstructed output image and the provided ground truth (GT) image of building contours is computed on the 2N image pixels with highest values . Assuming that most of the N contour pixels of the GT image are also in the top 2N pixels of the re-construction, this modification balances the two pixel categories and improves the generalization behavior of the CNN model. It is shown in the experiments, that the Top-N cost function offers performance gains in comparison to standard MSE. Further improvement in generalization ability of the network is achieved by using dropout.The second sub-system is a super-resolution deep convolutional network, which performs an enhanced-input associative mapping between input low-resolution and high-resolution images. This network has been trained with low-resolution elevation data and the corresponding high-resolution optical urban photographs. Such a resolution discrepancy between optical aerial/satellite images and elevation data is often the case in real world applications. More specifically, low-resolution elevation data augmented by high-resolution optical aerial photographs are used with the aim of augmenting the resolution of the elevation data. This is a unique super-resolution problem where it was found that many of -the proposed general-image SR propositions do not perform as well. The network aptly named building super resolution CNN (BSRCNN) is trained using patches extracted from the aforementioned data. Results show that in comparison with a classic bicubic upscale of the elevation data the proposed implementation offers important improvement as attested by a modified PSNR and SSIM metric. In comparison, other proposed general-image SR methods performed poorer than a standard bicubic up-scaler.Finally, the relaxation system fuses together all these multisource data sources comprising of pre-processed optical data, elevation data, foliage masks, shadow masks and other pre-processed data in an attempt to assign confidence values to each pixel belonging to a building contour. Confidence is augmented or decremented iteratively until the MSE error fails below a specified threshold or a maximum number of iterations have been executed. The confidence matrix can then be used to extract the true building contours via thresholding