Résumé

Les contenus 3D statiques et dynamiques sont aujourd’hui exploités à grand échelle dans le cadre d’applications multimédias professionnelles et grand public (Conception Assistée par Ordinateur, télé-médecine, jeux vidéos, films d’animation 3D...). Pour des raisons d’interopérabilité multi-plateformes, de généralité ou encore de protection de la propriété intellectuelle, ces contenus sont le plus souvent représentés sous forme de maillages 3D, statiques ou dynamiques. L’inconvénient majeur de cette représentation est lié aux coûts importants de stockage et de transmission, ce qui nécessite d’élaborer des outils de compression efficace optimisés pour ce type de contenus. Cette thèse propose quatre approches originales de compression de maillages 3D : deux concernent les modèles statiques et les deux autres les modèles dynamiques. En outre, une méthode de segmentation au sens du mouvement d’un maillage 3D animé est également développée.

La première méthode, appelée TFAN (Triangle Fan-based compression), vise à assurer une représentation 3D compacte, sous une contrainte de basse complexité de calcul au niveau du décodeur. Validée sur le corpus CAO du projet RNRT SEMANTIC-3D, la méthode TFAN se montre particulièrement efficace pour la compression de maillages 3D de topologies arbitraitres. Elle offre des gains significatifs en termes de taux de compression (6 à 33%) et de temps de décodage (de l’ordre de 50%), par rapports aux méthodes de l’état de l’art. Le codeur TFAN a été récemment (Avril 2008) retenu par le standard ISO/MPEG-4 pour une normalisation future.

La deuxième approche est dédiée au codage des maillages 3D denses comme ceux issus des scanners 3D. Elle exploite une approximation (sans perte de connectivité) par surfaces BSplines, couplée à un codage JPEG2000. Elle offre des performances de compression efficaces à bas débit tout en assurant la fonctionnalité de scalabilité en qualité.

La troisième technique, appelée MCGV (Multi-Chart Geometry Video), traite de la compression de maillages 3D dynamiques. MCGV exploite une représentation sous forme d’images géométriques 2D, compressée par les codeurs standardisés JPEG ou MPEG-4. L’approche MCGV assure de hautes performances de compression à bas débit et des fonctionnalités avancées de streaming, de scalabilité temporelle et en qualité.

Enfin, la quatrième contribution de cette thèse concerne la méthode de compression dite FAMC (Frame-based Animated Mesh Compression), fondée sur une stratégie de compensation du mouvement 3D par modèle de peau (skinning). FAMC s’appuie sur un algorithme de segmentation de maillages 3D au sens du mouvement. Cet algorithme permet de déterminer automatiquement et sous contrainte d’erreur moyenne de compensation de mouvement, une partition d’un modèle 3D en parties ayant des mouvements quasi-affines. En raison de ses hautes performances de compression et de l’ensemble des fonctionnalités supportées, FAMC est promu dans le standard ISO/MPEG-4 en tant qu’amendement 2 de la partie 16 - AFX.