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Simulation de capteurs dans des nuages de points, rendu photo-réaliste de scène par rendu hybride de rasterisation et raytracing

Simulation de capteurs dans des nuages de points, rendu photo-réaliste de scène par rendu hybride de rasterisation et raytracing

Proposition de thèse

SpécialitéInformatique temps réel, robotique et automatique - Paris
Ecole doctoraleSMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur
Directeur de thèseGOULETTE François
Co-directeur de thèseDESCHAUD Jean-Emmanuel
Unité de rechercheMathématiques et Systèmes
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Mots-cléslidar, rendu, système mobile de cartographie, photo-réaliste, lancé de rayon
RésuméCette thèse CIFRE est en lien avec un projet qui a pour objectif de produire de manière automatique des bases de données 3D et une capacité de simulation photo-réaliste d'environnements pour la validation de véhicules autonomes.

L'idée est de simuler de manière réaliste un ensemble de capteurs (caméra, lidar, radar) à partir d'une scène 3D entièrement construite de manière automatique à partir de nuages de points 3D et d'images. Une étape de classification des éléments de la scène et de distinction des matériaux sera le travail d'une autre thèse en amont.

Les logiciels de rendu temps-réel et de réalité virtuelle d'OPTIS sont déjà capables de charger et d'afficher un nuage de points avec des informations de colorimétrie en maintenant une fréquence d'affichage supérieure à 20 images par seconde pour un nombre de point atteignant les 300 millions dans une simulation.

Une première étape sera de charger un ensemble de données encore plus grand, contenant en plus les normales et une information de matériau en chaque point permettant la ré-illumination de la scène. En effet, avec la normale et une information même basique sur la réflectance bidirectionnelle des matériaux, il sera possible de modifier les couleurs qui ont été capturées lors de l'acquisition et de les faire évoluer avec le déplacement des sources lumineuses ou des capteurs dans la simulation.

Une seconde étape consistera à adapter le principe de lancer de rayons sur nuages de points [LINSEN07]. Pour diminuer le temps de calcul et atteindre le temps réel, une solution consistera à utiliser des processeurs graphiques (GPU) au lieu des processeurs classiques (CPU) afin de bénéficier de leur capacité de traitement massivement parallèle.

Enfin, OPTIS a déjà une expertise dans le domaine de la simulation de capteurs pour véhicules. Toutefois, ces capteurs n'ont pas été conçus pour effectuer des simulations sur des environnements réalistes et bruités comme des nuages de points. Un travail de recherche et développement est nécessaire pour adapter les capteurs simulés existants à ces nouveaux environnements et nouvelles techniques de simulation.
ContexteDepuis 1989, OPTIS offre son savoir-faire en lumière et en vision humaine au travers de logiciels de CAO bien connus et de solutions dédiées d'immersion en réalités virtuelles. Cette synergie permet de créer des maquettes aussi vraies que nature permettant aux entreprises de faire des choix importants et pertinents. Aujourd'hui, plus de 2 500 clients dans plus de 50 pays font confiance à OPTIS et innovent chaque jour grâce à ses solutions en s'assurant de l'efficacité et du design de leurs produits.
Mines ParisTech a mis au point une technique de numérisation 3D d'environnements urbains et routiers, utilisant une plateforme de développement appelée L3D2 [GOULETTE06]. Il s'agit d'un véhicule équipé d'un système de localisation géographique précis (GPS, Centrale Inertielle), d'un scanner laser fixé à l'arrière du véhicule, et de caméras. Ce dispositif permet de recueillir des nuages de points 3D, appelés relevés laser mobiles, décrivant avec une bonne précision les éléments présents le long des trajets effectués (routes, ronds-points, façades, arbres, voitures…), et après traitement d'avoir des modèles 3D des scènes numérisées.
EncadrementEncadrement classique
Profil candidat• Niveau Master 2
• Bon relationnel, rigueur et autonomie
• Qualités de rédaction et de présentation à l'oral
• Anglais parlé et écrit.
• (Pour étrangers) Français parlé et écrit.
Références• [HASSAN17] Hassan Bouchiba, Raphael Groscot, Jean-Emmanuel Deschaud, François Goulette, High Quality and Efficient Direct Rendering of Massive Real-world Point Clouds, Eurographics 2017.
• [GOULETTE06] François Goulette, Fawzi Nashashibi, Samer Ammoun, Claude Laurgeau, An integrated on-board laser range sensing system for On-the-Way City and Road Modelling, ISPRS International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2006
• [LINSEN07] Lars Linsen, Karsten Muller, Paul Rosenthal, Splat-based Ray Tracing of Point Clouds, Journal of WSCG, 2007
Type financementConvention CIFRE

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