Добірка наукової літератури з теми "Visualisation et segmentation en 3D"

Powerful, workflow-agnostic and interactive visualisation is essential for the ad hoc, human-in-the-loop workflows typical of cryo-electron tomography (cryo-ET). While several tools exist for visualisation and annotation of cryo-ET data, they are often integrated as part of monolithic processing pipelines, or focused on a specific task and offering limited reusability and extensibility. With each software suite presenting its own pros and cons and tools tailored to address specific challenges, seamless integration between available pipelines is often a difficult task. As part of the effort to enable such flexibility and move the software ecosystem towards a more collaborative and modular approach, we developed blik, an open-source napari plugin for visualisation and annotation of cryo-ET data (source code: https://github.com/brisvag/blik). blik offers fast, interactive, and user-friendly 3D visualisation thanks to napari, and is built with extensibility and modularity at the core. Data is handled and exposed through well-established scientific Python libraries such as numpy arrays and pandas dataframes. Reusable components (such as data structures, file read/write, and annotation tools) are developed as independent Python libraries to encourage reuse and community contribution. By easily integrating with established image analysis tools—even outside of the cryo-ET world—blik provides a versatile platform for interacting with cryo-ET data. On top of core visualisation features—interactive and simultaneous visualisation of tomograms, particle picks, and segmentations—blik provides an interface for interactive tools such as manual, surface-based and filament-based particle picking, and image segmentation, as well as simple filtering tools. Additional self-contained napari plugins developed as part of this work also implement interactive plotting and selection based on particle features, and label interpolation for easier segmentation. Finally, we highlight the differences with existing software and showcase blik’s applicability in biological research.

Background The megalichthyids are one of several clades of extinct tetrapodomorph fish that lived throughout the Devonian–Permian periods. They are advanced “osteolepidid-grade” fishes that lived in freshwater swamp and lake environments, with some taxa growing to very large sizes. They bear cosmine-covered bones and a large premaxillary tusk that lies lingually to a row of small teeth. Diagnosis of the family remains controversial with various authors revising it several times in recent works. There are fewer than 10 genera known globally, and only one member definitively identified from Gondwana. Cladarosymblema narrienense Fox et al. 1995 was described from the Lower Carboniferous Raymond Formation in Queensland, Australia, on the basis of several well-preserved specimens. Despite this detailed work, several aspects of its anatomy remain undescribed. Methods Two especially well-preserved 3D fossils of Cladarosymblema narrienense, including the holotype specimen, are scanned using synchrotron or micro-computed tomography (µCT), and 3D modelled using specialist segmentation and visualisation software. New anatomical detail, in particular internal anatomy, is revealed for the first time in this taxon. A novel phylogenetic matrix, adapted from other recent work on tetrapodomorphs, is used to clarify the interrelationships of the megalichthyids and confirm the phylogenetic position of C. narrienense. Results Never before seen morphological details of the palate, hyoid arch, basibranchial skeleton, pectoral girdle and axial skeleton are revealed and described. Several additional features are confirmed or updated from the original description. Moreover, the first full, virtual cranial endocast of any tetrapodomorph fish is presented and described, giving insight into the early neural adaptations in this group. Phylogenetic analysis confirms the monophyly of the Megalichthyidae with seven genera included (Askerichthys, Cladarosymblema, Ectosteorhachis, Mahalalepis, Megalichthys, Palatinichthys, and Sengoerichthys). The position of the megalichthyids as sister group to canowindrids, crownward of “osteolepidids” (e.g.,Osteolepis and Gogonasus), but below “tristichopterids” such as Eusthenopteron is confirmed, but our findings suggest further work is required to resolve megalichthyid interrelationships.

Minmiis the only known genus of ankylosaurian dinosaur from Australia. Seven specimens are known, all from the Lower Cretaceous of Queensland. Only two of these have been described in any detail: the holotype specimenMinmi paravertebrafrom the Bungil Formation near Roma, and a near complete skeleton from the Allaru Mudstone on Marathon Station near Richmond, preliminarily referred to a possible new species ofMinmi. The Marathon specimen represents one of the world’s most complete ankylosaurian skeletons and the best-preserved dinosaurian fossil from eastern Gondwana. Moreover, among ankylosaurians, its skull is one of only a few in which the majority of sutures have not been obliterated by dermal ossifications or surface remodelling. Recent preparation of the Marathon specimen has revealed new details of the palate and narial regions, permitting a comprehensive description and thus providing new insights cranial osteology of a basal ankylosaurian. The skull has also undergone computed tomography, digital segmentation and 3D computer visualisation enabling the reconstruction of its nasal cavity and endocranium. The airways of the Marathon specimen are more complicated than non-ankylosaurian dinosaurs but less so than derived ankylosaurians. The cranial (brain) endocast is superficially similar to those of other ankylosaurians but is strongly divergent in many important respects. The inner ear is extremely large and unlike that of any dinosaur yet known. Based on a high number of diagnostic differences between the skull of the Marathon specimen and other ankylosaurians, we consider it prudent to assign this specimen to a new genus and species of ankylosaurian.Kunbarrasaurus ieversigen. et sp. nov. represents the second genus of ankylosaurian from Australia and is characterised by an unusual melange of both primitive and derived characters, shedding new light on the evolution of the ankylosaurian skull.

Depuis maintenant plusieurs années, nous pouvons compter sur l’utilisation des outils numériques d’imagerie 3D pour affiner un diagnostic orthodontique qui se veut de plus en plus précis. Ces différents outils 3D permettent de mettre en évidence de manière plus importante les dysmorphoses, notamment en visualisant le siège de nombreuses asymétries, et ce grâce à la réalisation de superpositions 3D des empreintes optiques et des enregistrements de CBCT (Cone Beam Computed Tomography). Cet article montre de nombreuses possibilités quant à la visualisation d’un patient virtualisé en 3D présentant une Classe II asymétrique dentaire et diverses dysmorphoses.

The three-dimensional (3D) ground-penetrating radar (GPR) has been widely applied in subsurface surveys and imaging, and the quality of the resulting C-scan images is determined by the spatial resolution and visualisation contrast. Previous studies have standardised the suitable spatial resolution of GPR C-scans; however, their measurement normalisation remains arbitrary. Human bias is inevitable in C-scan interpretation because different visualisation algorithms lead to different interpretation results. Therefore, an objective scheme for mapping GPR signals after standard processing to the visualisation contrast should be established. Focusing on two typical scenarios, a reinforced concrete structure and an urban underground, this study illustrated that the essential parameters were greyscale thresholding and transformation mapping. By quantifying the normalisation performance with the integration of image segmentation and structural similarity index measure, a greyscale threshold was developed in which the normalised standard deviation of the unit intensity of any surveyed object was two. A transformation function named “bipolar” was also shown to balance the maintenance of real reflections at the target objects. By providing academia/industry with an object-based approach, this study contributes to solving the final unresolved issue of 3D GPR imaging (i.e., image contrast) to better eliminate the interfering noise and better mitigate human bias for any one-off/touch-based imaging and temporal change detection.

In this work, an automated knee bone segmentation model is proposed. A mask region-based convolutional neural network (RCNN) algorithm is developed to segment the bone and reconstructed into 3D object by using Marching-Cube algorithm. The proposed method is divided into two stages. First, the Mask RCNN is introduced to segment subchondral knee bone from the input MRI sequence. In the second stage, the segmented output from Mask R-CNN is fed as input to the Marching cube algorithm for the 3D reconstruction of knee subchondral bone. The proposed method achieved high dice similarity scores for femur bone 95.35%, tibia bone 95.3%, and patella bone 94.40% using a Mask R-CNN with Resnet-50 as backbone architecture. Improved dice similarity scores for femur bone 97.11%, tibia bone 97.33%, and patella bone 97.05% are obtained by Mask RCNN with Resnet-101 as backbone architecture. It is noted that the Mask RCNN framework has demonstrated efficient and accurate knee subchondral bone detection as well as segmentation for input MRI sequences.

Nous nous intéressons à la détection et au suivi d'objets biologiques divers (cellules, noyaux, etc.) dans des images et séquences tri-dimensionnelles acquises en microscopie par fluorescence. L'observation de phénomènes biologiques in situ étant de plus en plus cruciale pour les experts, il est nécessaire, en plus de l'analyse quantitative, d'effectuer un rendu volumique 3D de la scène et des objets qui y évoluent. De plus, l'automatisation des techniques d'acquisition d'images requiert un haut niveau de reproductibilité des algorithmes et induit souvent des contraintes de temps de calcul que nous nous efforçons de prendre en compte.

Les modèles déformables, également connus sous le nom de contours actifs, font actuellement partie des méthodes de pointe en analyse d'images pour la segmentation et le suivi d'objets grâce à leur robustesse, leur flexibilité et leur représentation à haut niveau sémantique des entités recherchées. Afin de les adapter à notre problématique, nous devons faire face à diverses difficultés. Tout d'abord, les méthodes existantes se réfèrent souvent aux variations locales d'intensité (ou gradients) de l'image pour détecter le contour des objets recherchés. Cette approche est inefficace en microscopie tridimensionnelle par fluorescence, où les gradients sont très peu prononcés selon l'axe de profondeur de l'image. Ensuite, nous devons gérer le suivi d'objets multiples susceptibles d'entrer en contact en évitant leur confusion. Enfin, nous devons mettre en place un système permettant de visualiser efficacement les contours durant leur déformation sans altérer les temps de calcul.

Dans la première partie de ce travail, nous pallions à ces problèmes en proposant un modèle de segmentation et de suivi multi-objets basé sur le formalisme des lignes de niveaux (ou level sets) et exploitant la fonctionnelle de Mumford et Shah. La méthode obtenue donne des résultats quantitatifs satisfaisants, mais ne se prête pas efficacement au rendu 3D de la scène, pour lequel nous sommes tributaires d'algorithmes dédiés à la reconstruction 3D (e.g. la méthode des "Marching Cubes"), souvent coûteux en mémoire et en temps de calcul. De plus, ces algorithmes peuvent induire des erreurs d'approximation et ainsi entraîner une mauvaise interprétation des résultats.

Dans la seconde partie, nous proposons une variation de la méthode précédente en remplaçant le formalisme des lignes de niveaux par celui des maillages triangulaires, très populaire dans le domaine de la conception assistée par ordinateur (CAO) pour leur rendu 3D rapide et précis. Cette nouvelle approche produit des résultats quantitatifs équivalents, en revanche le formalisme des maillages permet d'une part de réduire considérablement la complexité du problème et autorise d'autre part à effectuer un rendu 3D précis de la scène parallèlement au processus de segmentation, réduisant d'autant plus les temps de calculs.

Les performances des deux méthodes proposées sont d'abord évaluées puis comparées sur un jeu de données simulées reproduisant le mieux possible les caractéristiques des images réelles. Ensuite, nous nous intéressons plus particulièrement à l'évaluation de la méthode par maillages sur des données réelles, en évaluant la robustesse et la stabilité de quelques descripteurs de forme simples sur des expériences d'imagerie haut-débit. Enfin, nous présentons des applications concrètes de la méthode à des problématiques biologiques réelles, réalisées en collaboration avec d'autres équipes de l'Institut Pasteur de Corée.

LE but de cette thèse était d'étudier et de développer une méthodologie générale pour détecter, reconstruire, analyser et visualiser les vaisseaux sanguins dans des images médicales en trois dimensions (3d). On utilise les modalités d'acquisition qui sont 3d, qui permettent de visualiser les vaisseaux et qui sont utilisées en routine hospitalière : l'angiographie par tomodensitométrie spirale (atdms) et par résonance magnétique (arm). Aujourd'hui le manque d'outils de segmentation adapte limite les possibilités de visualisation et de mesure sur ces images volumiques. Afin de bien traiter le problème de segmentation, on s'est penché sur la modélisation du vaisseau sanguin (les parties tubulaires). On a retenu le cylindre généralise discret avec une courbe 3d comme axe et des contours fermes 2d (polygones étoiles) orthogonaux sur l'axe. Ces contours sont définis dans un cadre de référence locale le long du vaisseau. En même temps on peut visualiser et analyser les propriétés du vaisseau dans des coupes orthogonales a l'axe. Ainsi on arrive tout de suite au modèle 3d qui est facile à visualiser et permet de faire des mesures directement. En utilisant cette modélisation, on a développé un suiveur de vaisseau, en étendant de 2d à 3d des suiveurs de routes (en imagerie aérienne ou satellitaire) et des suiveurs de vaisseaux (en angiographie classique). Le processus de poursuite ressemble à l'introduction d'un cathéter imaginaire dans le vaisseau. Cet algorithme permet d'extraire des vaisseaux d'intérêt de différentes tailles rapidement. On a étendu cette approche pour l'application spécifique de quantification précise de sténoses qui nécessite une extraction la plus précise possible. L'optimisation de la sélection entre plusieurs candidats de contour est exprimée par une fonction de cout et est effectuée par programmation dynamique. Afin de quantifier le degré de sténose précisément, on a étudié toutes les étapes du système (acquisition, segmentation et mesure) qui influencent la précision. Cette analyse a été effectuée a la fois sur le plan théorique, sur des objets synthétiques et sur des fantômes de tubes. Les tuyaux de faibles diamètres sont surtout susceptibles d'erreurs de localisation des mesures de gradient et des corrections sont proposées. Cela nous a permis de vérifier la bonne précision de nos résultats.

Th. doct.--Signal et images--Paris--ENST, 1996.
Mention parallèle de titre ou de responsabilité : Blood vessel segmentation, quantification and visualization for 3D MR and spiral CT angiography. Textes en français ou en anglais. Bibliogr. p. 151-169. Résumé en français et en anglais.

Dans certaines applications en vision, nous disposons de données volumiques (3D) et des séquences planaires (2D+t). Les données 3D définissent la géométrie en trois dimensions de la scène observée. Elles comportent donc des informations purement spatiales. Les séquences 2D+t sont porteuses d'informations temporelles et partiellement spatiales puisqu'elles décrivent en deux dimensions la dynamique des objets en mouvement. La fusion de ces données permet de restituer une séquence volumique (3D+t) de la scène filmée. Ces travaux s'articulent en deux volets. Le premier volet concerne une étude méthodologique de la reconstruction 3D+t par compensation du mouvent. Nous proposons deux familles d'approches : avec ou sans modèle a priori sur les structures observées dans les données. Le modèle a priori étudiée concernent des objets de géométrie sphérique. Le second volet décrit le traitement d'image multi-dimensionnels (2D, 3D, 2D+t, 3D+t) toujours dans le contexte de forme sphérique. Nous proposons alors diverses applications comme le suivi temporel sur les séquences 2D+t, la visualisation, la segmentation des données 2D ou 3D,. . . Une application possible est donnée en imagerie biologique dans le cadre de la simulation de parois cellulaires, contexte dans lequel nous observons dans diverses modalités des objets sphéroïdes.

Cette thèse porte sur l'hypothèse que des interactions mécaniques locales simples entre un nombre limité de composants puissent régir l'émergence de l'architecture 3D des tissus biologiques. Pour explorer cette possibilité, nous développons deux modèles mathématiques. Le premier, ECMmorpho-3D, vise à reproduire un tissu conjonctif non-spécialisé réduit à la matrice extra-cellulaire, c'est-à-dire à un réseau 3D de fibres interconnectées dynamiquement. Le second, ATmorpho-3D, est obtenu par ajout de cellules sphériques apparaissant et croissant spontanément dans ce réseau de fibres afin de modéliser la morphogenèse du tissu adipeux, un tissu conjonctif spécialisé ayant une grande importance sur le plan biomédical. Pour analyser les données produites par ces deux modèles, nous construisons un outil générique permettant de visualiser en 3D des systèmes composés d'un mélange d'éléments sphériques (cellules) et de bâtonnets (fibres) et de détecter automatiquement dans de tels systèmes des amas d'objets sphériques séparés par des bâtonnets. Cet outil peut également être utilisé pour traiter des images biologiques issues de microscopie en 3D, permettant ainsi une comparaison directe entre les structures in vivo et in silico. L'étude des structures produites par le modèle ECMmorpho-3D via des simulations numériques montre que ce modèle peut générer spontanément différents types d'architectures, que nous identifions et caractérisons grâce à notre outil d'analyse. Une analyse paramétrique approfondie nous permet d'identifier une variable émergente, le nombre de liens par fibre, qui explique et, dans une certaine mesure, prédit le devenir du système modélisé. Une analyse temporelle révèle que l'échelle de temps caractéristique de ce processus d'auto-organisation est fonction de la vitesse de remodelage du réseau et que tous les systèmes suivent la même trajectoire évolutive. Enfin, nous utilisons le modèle ATmorpho-3D pour explorer l'influence de cellules sphériques sur l'organisation d'un réseau de fibres dynamique, en prenant comme référence le modèle ECMmorpho-3D. Nous montrons que le nombre de cellules influence l'alignement local des fibres mais pas l'organisation globale du réseau. Par ailleurs, les cellules s'organisent spontanément en amas entourés de feuillets de fibres, dont les caractéristiques morphologiques sont très proches de celles des structures cellulaires in vivo. De plus, la distribution des différentes morphologies d'amas cellulaires est similaire dans les systèmes in silico et in vivo. Ceci suggère que le modèle est capable de produire des morphologies réalistes non seulement à l'échelle d'un amas mais aussi à l'échelle du système entier, en reproduisant les variabilités structurelles observées dans les échantillons biologiques. Une analyse paramétrique révèle que la proportion de chaque morphologie dans un système in silico est gouvernée principalement par les capacités de remodelage du réseau de fibres, pointant le rôle essentiel des propriétés de la matrice extra-cellulaire dans l'architecture et le fonctionnement du tissu adipeux (ce qui concorde avec plusieurs constatations biologiques ainsi que des résultats antérieurs en 2D). Le fait que ces modèles mathématiques très simples puissent générer des structures réalistes corrobore notre hypothèse selon laquelle l'architecture des tissus biologiques pourrait émerger spontanément à partir d'interactions mécaniques locales entre les composants du tissu, indépendamment des phénomènes biologiques complexes se déroulant dans ce tissu. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives quant à notre compréhension des principes fondamentaux gouvernant la manière dont l'architecture d'un tissu émerge durant l'organogenèse, est maintenue au cours de la vie et peut être affectée par diverses pathologies. Les applications potentielles vont de l'ingénierie tissulaire à la possibilité de promouvoir la régénération chez les mammifères adultes
In this thesis, we investigate whether simple local mechanical interactions between a reduced set of components could govern the emergence of the 3D architecture of biological tissues. To explore this hypothesis, we develop two mathematical models. The first one, ECMmorpho-3D, aims at reproducing a non-specialised connective tissue and is reduced to the Extra-Cellular Matrix (ECM) component, that is a 3D dynamically connected fibre network. The second, ATmorpho-3D, is built by adding to this network spherical cells which spontaneously appear and grow in order to mimic the morphogenesis of Adipose Tissue (AT), a specialised connective tissue with major biomedical importance. We then construct a unified analysis framework to visualise, segment and quantitatively characterise the fibrous and cellular structures produced by our two models. It constitutes a generic tool for the 3D visualisation of systems composed of a mixture of spherical (cells) and rod-like (fibres) elements and for the automatic detection of in such systems of clusters of spherical objects separated by rod-like elements. This tool is also applicable to biological 3D microscopy images, enabling a comparison between in vivo and in silico structures. We study the structures produced by the model ECMmorpho-3D by performing numerical simula- tions. We show that this model is able to spontaneously generate different types of architectures, which we identify and characterise using our analysis framework. An in-depth parametric analysis lead us to identify an intermediate emerging variable, the number of crosslinks per fibre, which explains and partly predicts the fate of the modelled system. A temporal analysis reveals that the characteristic time-scale of the organisation process is a function of the network remodelling speed, and that all systems follow the same, unique evolutionary pathway. Finally, we use the model ATmorpho-3D to explore the influence of round cells over the organisation of a fibre network, taking as reference the model ECMmorpho-3D. We show that the number of cells can influence the local alignment of the fibres but not the global organisation of the network. On the other hand, the cells inside the network spontaneously organise into clusters with realistic morphological features very close to those of in vivo structures, surrounded by sheet-like fibre bundles. Moreover, the distribution of the different morphological types of clusters is similar in in silico and in vivo systems, suggesting that the model is able to produce realistic morphologies not only on the scale of one cluster but also on the scale of the whole system, reproducing the structural variability observed in biological samples. A parametric analysis reveals that the proportion in which each morphology is present in an in silico system is governed mainly by the remodelling characteristic of the fibres, pointing to the essential role of the ECM properties in AT architecture and function (in agreement with several biological results and previous 2D findings). The fact that these very simple mathematical models can produce realistic structures supports our hypothesis that biological tissues architecture could emerge spontaneously from local mechanical inter- actions between the tissue components, independently of the complex biological phenomena taking place around them. This opens many perspectives regarding our understanding of the fundamental principles governing how biological tissue architecture emerges during organogenesis, is maintained throughout life and can be affected by various pathological conditions. Potential applications range from tissue engineering to therapeutic treatment inducing regeneration in adult mammals

Étude portant sur la modélisation d'images a traiter. Application des fonctions spline. Diverses techniques d'approximation sont mises en œuvre et des algorithmes spécifiques sont développés pour s'adapter au volume important des données. L'intérêt de cette représentation confirmée est illustré sur trois exemples d'origine médicale

Dans cette thèse, nous étudions les images médicales obtenues par IRM et par CT. Le premier aspect considéré est l'amélioration de la qualité de ces images. Et le deuxième aspect est le choix de méthodes de segmentation adaptées aux images médicales. Nous avons opté pour la segmentation stochastique basée sur un modèle de mélange. La compression du volume de donnée 3D est aussi étudiée. Une méthode de compression simple et efficace est proposée et évaluée au moyen de critères de qualité subjective et objective. Les résultats obtenus sont encourageants et montrent encore une fois que la réticence quand à l'utilisation des méthodes de compression avec perte dans le cas des images médicales n'est pas trés justifiée. Il s'agit dans cette thèse de répondre à des besoins spécifiques en apportant des solutions originales qui tiennent compte de l'existant, de la nature des images et de leur usage. Nous avons aussi insisté sur les critères de temps de calcul, de flexibilité et de fiabilité.

3D city models have been widely used in various applications such as urban planning, traffic control, disaster management etc. Efficient visualisation of 3D city models in different levels of detail (LODs) is one of the pivotal technologies to support these applications. In this thesis, a framework is proposed to visualise the 3D city models online. Then, generalisation methods are studied and tailored to create 3D city scenes in different scales dynamically. Multiple representation structures are designed to preserve the generalisation results on different level. Finally, the quality of the generalised 3D city models is evaluated by measuring the visual similarity with the original models.   In the proposed online visualisation framework, City Geography Makeup Language (CityGML) is used to represent city models, then 3D scenes in Extensible 3D (X3D) are generated from the CityGML data and dynamically updated to the user side for visualisation in the Web-based Graphics Library (WebGL) supported browsers with X3D Document Object Model (X3DOM) technique. The proposed framework can be implemented at the mainstream browsers without specific plugins, but it can only support online 3D city model visualisation in small area. For visualisation of large data volumes, generalisation methods and multiple representation structures are required.   To reduce the 3D data volume, various generalisation methods are investigated to increase the visualisation efficiency. On the city block level, the aggregation and typification methods are improved to simplify the 3D city models. On the street level, buildings are selected according to their visual importance and the results are stored in the indexes for dynamic visualisation. On the building level, a new LOD, shell model, is introduced. It is the exterior shell of LOD3 model, in which the objects such as windows, doors and smaller facilities are projected onto walls.  On the facade level, especially for textured 3D buildings, image processing and analysis methods are employed to compress the texture.   After the generalisation processes on different levels, multiple representation data structures are required to store the generalised models for dynamic visualisation. On the city block level the CityTree, a novel structure to represent group of buildings, is tested for building aggregation. According to the results, the generalised 3D city model creation time is reduced by more than 50% by using the CityTree. Meanwhile, a Minimum Spanning Tree (MST) is employed to detect the linear building group structures in the city models and they are typified with different strategies. On the building level and the street level, the visible building index is created along the road to support building selection. On facade level the TextureTree, a structure to represent building facade texture, is created based on the texture segmentation.   Different generalisation strategies lead to different outcomes. It is critical to evaluate the quality of the generalised models. Visually salient features of the textured building models such as size, colour, height, etc. are employed to calculate the visual difference between the original and the generalised models. Visual similarity is the criterion in the street view level building selection. In this thesis, the visual similarity is evaluated locally and globally. On the local level, the projection area and the colour difference between the original and the generalised models are considered. On the global level, the visual features of the 3D city models are represented by Attributed Relation Graphs (ARG) and their similarity distances are calculated with the Nested Earth Mover’s Distance (NEMD) algorithm.   The overall contribution of this thesis is that 3D city models are generalised in different scales (block, street, building and facade) and the results are stored in multiple representation structures for efficient dynamic visualisation, especially for online visualisation.
QC 20111116
ViSuCity

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'application de l'approche orientée objets pour la modélisation, la visualisation et l'animation d'objets graphiques en 3 dimensions. Une première phase de cette étude a consiste en la construction d'une extension orientée objets de standards graphiques existants. Pour la construction du graphe d'héritage des classes, une méthode nouvelle est présentée qui consiste à utiliser a la fois l'héritage comportemental et l'héritage implémentationnel. Une extension orientée objets des systèmes core et cgi est présentée pour illustrer ces idées. Une étude exhaustive des méthodes de modélisation des courbes, des surfaces et des solides a permis de montrer l'intérêt des classes et de l'héritage pour réduire la difficulté de confection d'un logiciel de modélisation d'objets géométriques 3d. En ce qui concerne la visualisation des objets, nous montrons les avantages et les limites de l'approche orientée objets pour l'élimination des faces cachées, la manipulation des couleurs et le rendu réaliste (lancer de rayons). Nous montrons ensuite comment décrire l'animation des objets avec les concepts de classes et d'héritage et nous comparons cette approche avec celle des acteurs. La validation de cette approche a consiste à réaliser une application d'animation de robots articules en c++ sous x window. Ce travail démontre que la méthodologie orientée objets permet d'avoir une approche unifiée a la fois pour la modélisation géométrique, la visualisation des objets graphiques et pour leur animation

Cette thèse présente une nouvelle méthode de segmentation interactive et incrémentale d'images médicales 3D. Nous proposons une manière plus locale, de modéliser les connaissances a priori décrivant les structures d'intérêt. Des relations spatiales sont également apprises entre ces régions et ont pour objectif de permettre le positionnement automatique des atlas locaux au sein de l'image entière. Lors de la segmentation, ces informations sont utilisées suivant un processus incrémental permettant de réaliser des segmentations partielles et rapides tout en choisissant l'ordre de segmentation des différentes régions. L'utilisateur peut intervenir sur le positionnement des atlas locaux afin d'améliorer la qualité de la segmentation obtenue. En outre, notre méthode englobe un post-traitement capable de corriger les erreurs systématiques que notre méthode de segmentation peut produire
This research work describes a new interactive and incremental method for the segmentation of 3D medical images. The a priori information associated to the anatomical structure to analyze is leamed in a local way. Several local atlases, each one describing only one anatomical structure are constwcted from a training dataset. Spatial relationships are also leamed between those regions aiming to position the local atlases inside the whole image. During the segmentation process, the graph is used in an incremental way allowing fast and partial segmentation. fle user can also interact during the local atlas posiboning in order toimprove the segmentation quality. A voxel classification by a hidden Markov random field is employed toprovide the local segmentations. We also propose s post-processing step in order to correct the systematiceuors that a segmentation can achieve

Image registration, segmentation, and visualization are three major components of medical image processing. Three-dimensional (3D) digital medical images are three dimensionally reconstructed, often with minor artifacts, and with limited spatial resolution and gray scale, unlike common digital pictures. Because of these limitations, image filtering is often performed before the images are viewed and further processed (Behrenbruch, Petroudi, Bond, et al., 2004). Different 3D imaging modalities usually provide complementary medical information about patient anatomy or physiology. Four-dimensional (4D) medical imaging is an emerging technology that aims to represent patient motions over time. Image registration has become increasingly important in combining these 3D/4D images and providing comprehensive patient information for radiological diagnosis and treatment.

Abstract The ideas presented by Hurn et al. offer an excellent review of the impressive work carried out by the statistical community on the Bayesian framework and its application to image analysis. Necessarily the presentation could not be exhaustive and with respect to applications, a consensus has guided the text with modelling illustrated mainly for restoration problems. My aim is to draw attention to detection, labelling, and eventually three-dimensional (3D) segmentation.

Autotransplantation de germes dentaires au centre hospitalier de Pau : une série de cas Alande C1, Landric C2 1. Interne en Chirurgie Orale, UFR Odontologie, Service ORL et Stomatologie CH Pau 2. Spécialiste en Chirurgie Orale, Assistante hospitalière, CH Pau. INTRODUCTION : L’autotransplantation correspond au déplacement d’un organe fonctionnel (transplant) d’un site donneur vers un site receveur, sur un même patient. Dans le cadre de l’organe dentaire, le transplant est placé dans une alvéole osseuse intrabuccale naturelle ou préparée chirurgicalement. Les indications sont nombreuses : délabrement carieux, expulsion traumatique, défaut d’éruption, agénésie. C’est une technique chirurgicale peu utilisée, pourtant les métaanalyses les plus récentes font état d’un taux de succès compris entre 75 et 91% (1). Ce travail expose une série de 07 transplantations. OBSERVATION : Les 7 transplantations ont été réalisées au Centre Hospitalier de Pau entre aout 2017 et janvier 2018. Les patients étaient initialement adressés par leur dentiste ou leur othodontiste pour des avulsions. Les indications résultaient toutes d’un délabrement carieux de premières molaires maxillaires ou mandibulaires, ces dernières étant non restaurables. Les patients étaient âgés de 17 à 23 ans. Les transplants étaient tous des germes de 3ème molaire incluse situées au stade 7-8 de Nolla. Le même protocole chirurgical a été systématiquement utilisée pour chacun des patients, à savoir : avulsion de la dent délabrée, révision et rinçage alvéolaire, préparation du site receveur, avulsion du germe, temps extra-alvéolaire le plus court possible, positionnement dans le site receveur avec ajustement si nécessaire, mise en sous occlusion par améloplastie, contention. Un soin tout particulier était accordé à la préservation des cellules desmodontales du transplant. Les patients n’ont pas présenté de complication per ou postopératoire. Leur suivi post-opératoire est en cours et est réalisé de façon systématique à 1 semaine, 1 mois, 2 mois avec orthopantomogramme et 6 mois. Pour être considérées comme un succès, les transplantations devaient présenter les critères suivants : poursuite de l’édification radiculaire, absence de mobilité du transplant, absence de signes infectieux cliniques et radiologiques, visualisation radiologique d’un ligament alvéolo-dentaire sans signe d’ankylose. DISCUSSION : De plus en plus d’études tendent à montrer que la préservation des cellules desmodontales est un des facteurs majeurs pour la réussite du traitement (2). Avec l’avènement de la planification 3D (3), ce paramètre pourra être d’avantage contrôlé. Les taux de succès de cette thérapeutique, déjà élevés, pourraient être amenés à augmenter d’avantage. Les transplantations sont aujourd’hui une alternative de choix au traitement implantaire chez les jeunes patients.

ABSTRACT MicroCT imaging is performed before and after confined compression testing on a minicore of Boise sandstone in order to extract quantitative information regarding the microstructural controls on compaction initiation and distribution, with the ultimate goal of formulating compressibility predictions at in situ conditions. In contrast with traditional compaction studies, our analysis focuses on local statistics among regions of a given sample as opposed to global statistics in a sample set. The original workflow includes a segmentation strategy and the definition of a series of metrics that are evaluated throughout the entire image volumes before and after testing. The results suggest that local porosity and sorting are the main controls on local strength, whereas neighborhoods with larger mean grain size do not appear to be more prone to yielding. This is consistent with previous findings on confined comminution which emphasize the tendency of grain size distributions to become self-similar through the elimination of same size neighbors at all scales. INTRODUCTION The limited ability to predict the onset and development of compaction at the pore scale in high porosity reservoir rocks undergoing depletion represents a substantial barrier to the optimization of appraisal and production planning. Compaction may be potentially beneficial as a pressure support mechanism but can also be a hindrance to overall flow properties through reservoir compartmentalization and fines production/migration. This topic has been the focus of many studies both within industry and academia (Fatt, 1958; Zhang et al., 1990a; Schutjens et al., 1998; Wong and Baud, 1999; Olsson et al., 2002). Beyond conventional reservoir operations, better understanding of the mechanical behavior of confined granular aggregates is of interest in many other subsurface applications from 4D seismic interpretation to storage and subsidence, but also across industries in environmental and civil engineering domains. As a powerful extension of traditional microscopy work, non-destructive X-ray CT imaging has been enabling investigations that were not previously possible. An example is the in-situ monitoring of 3D microstructural changes occurring in materials under active loading, with the continuous introduction of ever more sophisticated setups (e.g. Renard et al., 2016; Voltolini et al., 2019; Shahin et al., 2022; Francois et al., 2022).

ObjectiveGrasp planning is a popular topic in the fields of robotic and Digital Human Model (DHM) (4, 6, 7, 9, 10, 11). So far, the proposed planners do not consider the final posture of the DHM has a criteria when determining potential grasps. In (4), a grasping algorithm has been developed to automatically grasp known tools. The present work introduces a grasp planner for single-hand grasp on an unknown object, further referred as “part”.MethodThe grasp planner gives has a result a grasp pose (position + orientation) for the posture solver (Smart Posturing Engine) to reach. The input necessary to the grasp planner are the 3D model of the object to grasp and of the surrounding environment, and an initial manikin position that is automatically determines by the posture solver algorithm.First the part is approximated by its oriented bounding box (OBB), limiting the grasp poses to 6 (one for each face of the OBB). Then precise grasp types (5) and apertures are chosen based on the face’s dimensions (i.e. width and depth), ranging from a small face (i.e. pinch) to larger ones (i.e. medium wrap or precision sphere).To determine what is the best face of the OBB to grasp, accessibility checks are performed by validating that the space around the face is free of collision. The faces are checked using a specific order (i.e. top, right or left, bottom, front, back) that is determined using the relative initial position of the manikin. As soon as a face is found to be graspable and accessible, the algorithm stops and choose that face as the best one to grasp.Using the selected face target, the hand is positioned using an inverse kinematic solver, free to rotate around the target using extra hand degrees-of-freedom inside a limited range (4). Giving the posture solver more possibilities to find a realistic posture.ResultsThe grasp planner described above leaded to believable grasps for the simulated tasks as well as a believable overall DHM posture. Examples of postures will be shown on assembly tasks performed on a gearbox assembly line.DiscussionThe proposed grasp planner seems really promising. In its current form, it is most suitable for small parts and bigger ones well represented by their OBB. More complex and bigger parts may require further segmentation into multiple smaller sub-parts (9, 10), allowing to perform the proposed checks at more specific and believable locations on the object. This would allow to obtain grasps on a wider range of objects. The object weight is also important and is currently being added to grasp type selection. The present planner is used by the Smart Posture Engine (SPE) framework (1, 2 and 3) inside Dassault Systèmes application “Ergonomic Workplace Design”. With the Ergo4All (12) technology the SPE allows to assess and minimize ergonomic risks involved in simulated workplaces.1. Lemieux, P.-O., Barré, A., Hagemeister, N., Aissaoui, R.: Degrees of freedom coupling adapted to the upper limb of a digital human model. Int. J. Hum. Factors Model. Simul. 5(4), 314–337 (2017)2. Lemieux, P., Cauffiez,M., Barré, A., Hagemeister, N., Aissaoui, R.: A visual acuity constraint for digital human modeling. In: 4th Conference proceedings (2016)3. Zeighami, A., Lemieux, P., Charland, J., Hagemeister, N., Aissaoui, A.: Stepping behavior for stability control of a digital human model. ISB/ASB (2019)4. Bourret, Q., Lemieux, P., Hagemeister, N., Aissaoui, R.: Flexible hand posture for tools grasping. DHM (2019)5. FEIX, Thomas, ROMERO, Javier, SCHMIEDMAYER, Heinz-Bodo, et al. The grasp taxonomy of human grasp types. IEEE Transactions on human-machine systems, 2015, vol. 46, no 1, p. 66-77.6. BEKEY, George A., LIU, Huan, TOMOVIC, Rajko, et al. Knowledge-based control of grasping in robot hands using heuristics from human motor skills. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, vol. 9, no 6, p. 709-722.7. Holleman, C.; Kavraki, L.E.; A framework for using the workspace medial axis in PRM planners, in Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No. 00CH37065), IEEE, Vol 2, 2000, 1408-1413. https://doi.org/10.1109/ROBOT.2000.8447958. FEIX, Thomas, BULLOCK, Ian M., et DOLLAR, Aaron M. Analysis of human grasping behavior: Correlating tasks, objects and grasps. IEEE transactions on haptics, 2014, vol. 7, no 4, p. 430-4419. Díaz, C.; Puente, S.; Torres, F.; Grasping points for handle objects in a cooperative disassembly system, IFAC Proceedings Volumes, 40(2), 2007, 112-117. https://doi.org/10.3182/20070523-3-ES-4907.0002010. Miller, A.T., Knoop, S., Christensen, H.I. and Allen, P.K., Automatic grasp planning using shape primitives. in Robotics and Automation, 2003. Proceedings. ICRA'03. IEEE International Conference on, (2003), IEEE, 1824-1829.11. Goussous, Faisal Amer. Grasp planning for digital humans. The University of Iowa, 2007.12. Bourret, Quentin, et al. "Ergo4All: An Ergonomic Guid

The maritime industry is experiencing rapid evolution, fueled by technological advancements that offer unprecedented opportunities for enhancing navigation performances. Virtual Reality (VR), renowned for its immersive and interactive capabilities, has successfully penetrated various domains. Integrating VR into ship bridge design promises to redefine design capabilities by facilitating interactive scenarios, engaging end-users and stakeholders, and streamlining both design production and evaluation processes. This paper presents an innovative approach to leverage VR technology as a transformative tool in the human-centered ship bridge design process. The focus is on enhancing performances during maritime navigation. The proposed methodology underscores the pivotal roles of prototypes and scenarios in producing and evaluating design concepts. It elucidates which design phases and activities in ship bridge design procedure are suitable for utilizing VR prototypes and scenarios, contributing to a more informed and participatory design process.Despite advancements in navigation equipment and automated aids, human errors persist as significant contributors to maritime accidents (Grech, 2008). Acknowledging this, the necessity is to address latent risks and underlying problems associated with human errors (Wróbel, 2021). As Norman (2019) proposed, shifting from technology-centered design to human-centered design (HCD), will benefit the complex social-technical system of ship bridge, to to upgrade the human machine interaction (HMI) with minimum cognitive load and optimal situation awareness (SA).VR technology, recognized for its effectiveness in maritime crew training, offers experiential learning through well-designed simulation tasks (Stevens and Kincaid, 2015). The "sense of being there" in virtual environments enhances spatial understanding, providing navigators with contextual and scenario-based learning experiences (Mallam and Nazir, 2021). Beyond training, the paper advocates for leveraging VR in ship bridge domain for iterative design processes and usability tests, ensuring a friendly and intuitive user experience (UX).VR is confirmed as a novel mode of visualisation and interaction to support design reviews (Wolfartsberger, 2019). Representative prototypes were adopted in usability testing within the cycled design process to help designers identifying problems and seeking correction. By engaging with end-users, those model representations (physical & digital, 2D & 3D, with & without context) could elicit useful feedback on design parmeters basing on partipated users’ experiential refelctions, which increase designers’ understandings of user needs, working contexts, and existing design issues, and inpired innovative and well-supported design solutions (Osterman, Berlin, and Bligard, 2016). In most cases, the physical prototype’s production are time-consuming and expensive. Additionally, it always requires more time and effort for remaking to adapt design changes. VR can make up for the deficiency of physical prototypes forementioned. Besides, it create realistic environment and scenarios for participants to engage and interact with. In summary, VR enables cost benefits and agility in the design and development process. Recently, a web-based collabrative platform launched for designing ,sharing, and reviewing 3D models (Bezel, 2022), which may help design and develop team to accelarte working efficiency on VR environment establishment. Moreover, VR-based evaluation approach can simulate a dynamic and immersive context which allows review design solutions both by designers and participated users during an intuitive interaction process. The use of VR has been adopted in automobile sector to execute usability testing with virtual prototypes, dynamic simulations, and component aesthetic evaluations (Freitas et al., 2020). The domain of ship bridge should also orchestrate with VR during the iterative design process for enhanced performances of maritime navigation. In this complex and safety-critical realm, ensuring the optimal SA for navigators is paramount. VR has potentials to integrate the SA assessing measurements into the scenarios intuitively to avoid bias results caused by interventions.In summary, this paper proposes a methodology for applying VR techniques in human-centered ship bridge design. It demonstrates periodical outcomes of developed VR prototypes and scenarios, aiming to minimize cognitive workload and optimize situational awareness in maritime navigation. The findings are expected to benefit ship bridge designers and have broader implications for creating intuitive HMIs in contemporary industries.