Suivi spatio-temporel de structures hautement déformables
Le premier axe s’intéresse au développement de solutions logicielles permettant d’étudier le devenir spatio-temporel de structures hautement déformables. Développé en collaboration étroite entre les groupes des professeurs D. Ploton (MéDIAN – UMR CNRS 6142) et L. Lucas (CReSTIC EA3804) dans le domaine de l’imagerie biologique du vivant, il a notamment conduit à la conception d’un logiciel appelé 4DReAM dont les principales spécifications adressent le traitement et la visualisation interactive 3D de données acquises au cours du temps. Le suivi des objets biologiques est opéré au moyen d’un modèle déformable surfacique hiérarchique détectant les changements de topologie et construisant dynamiquement un graphe d’état des événements topologiques rencontrés. Différents types d’informations sont fournis par le système qu’il est possible soit de visualiser immédiatement, soit de traiter en temps différé.
Ces informations se répartissent en deux catégories selon qu’il s’agit de données quantitatives comme le maillage d’un objet et son volume, ou d’informations liées à la filiation. En aval du système de suivi, différents modes de visualisation sémantique du graphe précédemment décrit sont proposés. Il s’agit ici de méthodes partielles dites à un temps fixé ou de méthodes synthétiques permettant d’intégrer la totalité du graphe dans l’image. Ces derniers éléments nous ont en outre permis de proposer des développements originaux en matière de visualisation volumique, de suivi hiérarchique et de segmentation robuste.
Ce logiciel fait actuellement l’objet d’une valorisation industrielle suite à la signature d’un contrat de licence d’exploitation en partenariat avec la société Mercury Computer Systems, société leader dans le secteur de l’édition de logiciels graphiques 3D et auteur du logiciel AMIRA. Cette opération qui vise à coupler 4DReAM à AMIRA, est une première pour notre groupe de recherche ainsi que pour l’URCA puisqu’elle nous permet, en collaboration avec Mercury Computer Systems, de devenir un acteur économique important dans le cadre du développement industriel d’un logiciel développé en interne à l’université.
Nous nous attachons aujourd’hui à proposer différentes évolutions à ce logiciel, notamment en matière de visualisation scientifique en environnement de travail collaboratif. Ce projet intitulé « Virtual Microscope » a pour objectif de fournir de nouvelles solutions informatiques pour l’interprétation de données spatio-temporelles obtenues par microscopie photonique. La difficulté induite par la complexité de ces données dans l’interprétation des structures géométriques identifiées dynamiquement, nous conduit à proposer de nouveaux outils intuitifs de visualisation et d’interaction associant environnement de travail collaboratif et réalité virtuelle.
L’émergence de ces outils dans des conditions proches du réel, permet aujourd’hui de faire de l’expérimentation virtuelle en s’affranchissant de nombreuses contraintes. Le cadre applicatif touche à la biologie cellulaire en s’intéressant plus spécifiquement à l’imagerie du vivant. Ce projet se situe à l’intersection de plusieurs thématiques de recherche autour de l’informatique graphique associant la visualisation interactive, l’IHM, le traitement numérique des images et de façon plus anecdotique l’intelligence artificielle. Au plan graphique, nous comptons proposer de nouvelles métaphores symbolisant au mieux les données espace-temps sur lesquelles nous travaillons.
L’utilisation de techniques émergentes de rendu non-photoréaliste (NPR) est une piste que nous souhaitons étudier pour influer spécifiquement sur l’expressivité des images. Dans le cadre particulier de données spatio-temporelles, la généralisation de l’algorithme LIC (Line Integral Convolution), comme l’utilisation des approches par flots optiques sont des solutions pertinentes aux problèmes de la visualisation de ce type de données tensorielles. Elles sont aussi un moyen élégant de caractérisation et de représentation des changements de topologie d’un ensemble d’objets évoluant au cours du temps.