Parcours GIG (Géométrie et Informatique Graphique)

 

Responsable de la formation : Jean-Luc Mari

 

Le master GIG en quelques mots

Ca veut dire quoi, GIG ?
Ça veut dire "Géométrie et Informatique Graphique". C'est un nouveau parcours du Master Informatique de la Faculté des Sciences (Aix-Marseille Université) ouvert depuis septembre 2018.

Comment prononce-t-on le nom étrange de ce parcours ?
GIG se prononce "guigue" (c'est-à-dire /ɡɪɡ/ en phonétique). C'est comme ça.

Quels sont les mots-clés associés à ce parcours ?
Les thématiques du parcours tournent autour des modèles géométriques, de l'analyse de formes 3D, de la réalité virtuelle et augmentée, du rendu et de l'animation, de la modélisation 3D.

 

Présentation

Le parcours GIG (Géométrie et Informatique Graphique) s’adresse aux étudiants informaticiens qui s’intéressent aux aspects graphiques de l’informatique, c’est-à-dire en particulier aux modèles 3D, à la reconnaissance des formes, à la réalité virtuelle et augmentée, à l’animation, au rendu.
Dans ce parcours, le modèle géométrique joue une place centrale : il faut apprendre à le représenter, à le manipuler, à le visualiser, soit pour analyser des formes 3D, soit pour les générer.

 

Domaines applicatifs

Les domaines applicatifs sont très variés : le monde du jeu vidéo et du film d’animation bien sûr, mais aussi l’astrophysique (où il est nécessaire de pouvoir analyser des modèles 3D d’astéroïdes ou de surfaces planétaires), la géologie numérique (où l’on doit pouvoir exploiter des données scannées de massifs rocheux), l’archéologie (où l’on va analyser la géométrie de sculptures antiques), le domaine médical (où l’on va manipuler des modèles 3D d’organes pour mieux comprendre certaines pathologies), la foresterie (où l’on va détecter automatiquement des arbres dans une acquisition 3D Lidar), l’aéronautique (où l’on va analyser en temps-réel les données géométriques externes à un aéronef), l’architecture (où l’on va générer automatiquement et de manière procédurale des bâtiments), la CAO (Conception Assistée par Ordinateur, où l’on va générer des formes dans le but de pouvoir les fabriquer effectivement), l’urbanisme (où l’on va générer des maquettes virtuelles pour pouvoir ensuite les explorer et les manipuler), l’impression 3D (où il faut pouvoir générer et optimiser des modèles 3D respectant certaines contraintes de fabrication).

 

Lien avec les entreprises

Ce parcours a pour objectif de répondre à la demande des entreprises dans tous les domaines cités plus haut, partout où il est question de générer ou d’analyser des formes en 3D ou en 4D.

Les entreprises qui travaillent sur ces thématiques et qui recoivent des étudiants en stage (en France et à l'étranger) sont nombreuses : Dassault Systèmes, Airbus, Ubisoft, Autodesk, Optis, Technodigit, Vizua 3D, Perpectives, AMD, Retail VR, Abys Medical, E2VR, Nothing2Install, PreVu 3D, DPT Lab, Polygonal Design, Avantix, Exkee, Sopra Seria, I-MC, Diginext, SNEF Technologies.

 

Liens avec la recherche

Outre ces domaines applicatifs, les aspects théoriques de la modélisation géométrique et de la géométrie discrète sont développés, pour les étudiants qui souhaitent se tourner vers les métiers de la recherche ou les secteurs R&D des entreprises. Il sera notamment question d’approfondir les problématiques d’extraction automatique d’information dans les maillages ou dans les nuages de points, les problèmes de squelettisation de formes, de description de formes par des graphes, de déformations contraintes, d’analyse sémantique de formes, de réparation et simplification de maillages, de suivi du mouvement automatisé, d’analyse de la topologie des formes, de reconstruction, d’analyse de la géométrie, de manipulation de modèles 3D.

Le parcours GIG est adossé au LIS (Laboratoire d’Informatique et des Systèmes), une unité mixte de recherche du CNRS.
L’équipe pédagogique est constituée de chercheurs de plusieurs équipes de recherche de ce laboratoire : G-Mod, QARMA, ACRO et DIAMS.

          

Au niveau national, les différentes communautés de recherche qui soutiennent le master GIG sont les suivantes :

AFIG : Association Française d’Informatique Graphique
GTMG : Groupe de Travail en Modélisation Géométrique
GdR IGRV : Groupement de Recherche en Informatique Graphique et en Réalité Virtuelle
GT GéoDis : Groupe de Travail en Géométrie Discrètee et Morphologie Mathématique
GdR IM : Groupement de Recherche en Informatique Mathématique

Des stages en laboratoire sont régulièrement proposés, ainsi que des offres de thèses.

Les étudiants intéressés par la recherche sont incités à publier des articles dans les conférences nationales qui sont organisées tous les ans par ces communautés.

 

International

Des stages à l’international, dans des entreprises ou des laboratoires, sont proposés chaque année.

Quelques exemples de stages dans des universités étrangères qui sont régulièrement ouverts chaque année :
- Université de Montréal, Canada
- ETS Montréal, Canada
- Université de Séville, Espagne
- Université Technique de Sofia, Bulgarie
- University of Western Ontario, Canada

D’autres possibilités à New York (Cornell Tech NY, NYU et Columbia University) et à Atlanta (Georgia Tech) sont envisageables selon les années. Contactez le responsable du parcours pour plus d’informations sur les opportunités actuelles.

 

Localisation

La formation a lieu sur le campus de Luminy, à Marseille.

 

Environnement

Tout au long du master, les étudiants pourront travailler sur des serveurs équipés de GPU puissants ainsi que d’une imprimante 3D dans le cadre de certains cours et projets. Des périphériques de type casques d’immersion de réalité virtuelle sont également mis à disposition.

 

Equipe pédagogique du master GIG

L'équipe pédagogique est composée d'enseignants-chercheurs d'Aix-Marseille Université (Faculté des Sciences, Polytech, IUT), de l'Ecole Nationale des Arts des Métiers d'Aix-en-Provence, ainsi que de professionnels issus de l'industrie dans le domaine de l'informatique graphique : Alexandra Bac, Marc Daniel, Brett Desbenoit, Anatole DupratAldo Gonzalez-Lorenzo, Nicolas Hoareau, Jean-Luc Mari, Sébastien Mavromatis, Noël Novelli, Karim Nouioua, Arnaud Polette, Romain Raffin, Eric Remy, Jean Sequeira, Edouard Thiel, Sébastien Thon, Ricardo Uribe-Lobello.

 

Liste des modules spécifiques au parcours GIG

En première année de master

Modélisation géométrique et maillages
3 crédits
Intervenant : Jean-Luc Mari, Arnaud Polette

Description : La modélisation géométrique est l’ensemble des outils informatiques, numériques et mathématiques, qui combinés permettent de construire un modèle virtuel (ou modèle informatique) d’un objet réel. Cet objet peut être plus ou moins complexe, plus ou moins schématisé. Il peut être le fruit de l’imagination (jeux vidéo, films d’animation), d’une tendance ou une solution plus ou moins exacte d’un problème physique donné, voire un compromis entre les deux. Ce module propose un tour d’horizon des modèles géométriques les plus courants (surfaces à pôles, maillages, nuages de points) et des algorithmes spécifiques pour représenter, modifier et analyser des formes 3D dans les contextes de la CAO, du jeu vidéo et de l’impression 3D.

Programmation graphique
3 crédits
Intervenants : Edouard Thiel, Noël Novelli

Description : Le développement d'interface de visualisation ou d'édition de données graphiques nécessite la gestion d'un canevas spécifique (où l'affichage 2D ou 3D est accéléré par la carte graphique), une boucle de rendu pour une visualisation dynamique, le contrôle des événements (clavier, souris, timers…). L'affichage utilise des primitives simples (points, lignes, faces triangulaires) et nécessite donc une modélisation géométrique des objets à afficher (structures de données, choix de la représentation). Environnement de développement : interfaces QT et pipeline graphique OpenGL.

Modélisation de surfaces 3D
3 crédits
Intervenant : Romain Raffin

Description : Ce module propose de découvrir la modélisation géométrique via des objets décrits paramétriquement ou par transformation d'objets maillés. On y verra notamment le lien entre les objets continus (courbes et surfaces paramétriques) et leurs discrétisations (selon les besoins une paramétrisation peut être préférée : conservant les longueurs, les détails, ou contrainte par un nombre de points/faces). Les surfaces de subdivision permettent également de manipuler des objets géométriques maillés ou continus. Enfin, des constructions par combinaison d'objets seront être présentées.

Projet de M1 : TER (Travail d'Etude et de Recherche)
6 crédits
Quelques exemples de sujets proposés lors des années précédentes :
- Outil de préparation de maillages pour l’impression additive 3D
- Génération de maillages mixtes par fusion tétraédrique
- Un environnement pour la réalisation de visites en réalité augmentée
- Effet du changement d'échelle sur le calcul d'un squelette discret
- Vision et manipulation d'objets 3D en réalité virtuelle
- Voxélisation d’un maillage
- Segmentation hiérarchique d’un maillage
- Fragment Shader et courbes de niveaux
- Rendu off-screen et WebGL
- Labellisation de maillages par l’usage de CNN

 

En deuxième année de master

Fondamentaux pour l’informatique graphique
3 crédits
Intervenant : Jean Sequeira

Description : Ce cours a pour objectif de donner aux étudiants les fondements théoriques et pratiques nécessaires à la mise en œuvre des méthodes qui seront présentées en Informatique Graphique, dans les autres cours de ce Master 2. Il s’agit d’une part de concepts algébriques (et de leur mise en œuvre au niveau algorithmique), permettant, entre autres, de calculer la projection d’un modèle géométrique à partir d’une caméra virtuelle mobile (et de faire évoluer cette caméra de manière fluide), et d’autre part de méthodes numériques permettant la résolution d’équation ou l’optimisation de critères sous contraintes.

Modèles géométriques : représentations et traitement
6 crédits
Intervenants : Jean-Luc Mari, Ricardo Uribe Lobello, Alexandra Bac

Description : Les modèles géométriques offrent un paysage varié (discrets, linéaires par morceaux, continus) et permettent ainsi de représenter le réel de différentes manières. Selon les besoins, les applications, les possibilités, on choisira d'utiliser une représentation plutôt qu'une autre. Ce module fera le point sur les modèles possibles d’une part, et les traitements associés d’autres part. Cette deuxième partie couvrira les méthodes récentes développées en "geometry processing", un domaine de plus en plus actif qui traite de l’acquisition, la reconstruction, l’analyse, la manipulation, la simulation et la transmission de modèles 3D complexes.

Géométrie discrète
6 crédits
Intervenants : Edouard Thiel, Ricardo Uribe Lobello, Eric Remy, François-Xavier Dupé

Description : Le contexte de la géométrie discrète s’intègre dans le cadre général de la modélisation et l’analyse géométrique et topologique d’objets définis sur des structures régulières (par exemple les grilles régulières à deux ou trois dimensions) ou combinatoires (graphes, cartes, etc.). Généralement, les axiomes et propriétés de la géométrie euclidienne classiques ne sont plus valides lorsque l’on considère des ensembles de voxels et des redéfinitions sont à faire. L’originalité de ce domaine réside dans le fait qu’en exploitant les propriétés du support sur lequel sont décrits nos objets, nous pouvons obtenir des algorithmes efficaces, certifiés et précis pour répondre à des problèmes de caractérisation géométrique ou topologique d’objets discrets (2D, 3D, nD, etc.). Le caractère discret des données à traiter et donc l’utilité de l’approche discrète se retrouve dans de nombreux contextes applicatifs.

Animation et rendu
3 crédits
Intervenant : Sébastien Thon

Description : Ce module étudiera les procédés d’animation et de rendu en synthèse d’image, pour des applications temps réel ou image par image. Les techniques d’animation abordées porteront sur l’animation par interpolation, l’animation procédurale, les systèmes de particules, la cinématique, la capture de mouvements, l’animation comportementale, l’animation physique, la détection de collisions. Le rendu traitera des modèles d’illumination, des textures et de leurs multiples utilisations.

Programmation graphique et applications industrielles
6 crédits
Intervenants : Romain Raffin, Jean-Luc Mari, ainsi que des professionnels du secteur.

Description : Manipuler un modèle 3D dans toutes les étapes de la production industrielle (modélisation, numérisation, réparation, traitements, préparation à la visualisation ou à l'impression) nécessite la satisfaction de contraintes, la conservation d'une sémantique, d'une qualité du maillage. Ce module permettra de mener de bout en bout le processus de prototypage d'un objet 3D, de la numérisation à l'impression numérique, ou à la visualisation sur l’internet. La majorité des enseignements de ce module sont donnés par des professionnels du secteur.

Projet de fin d'études
6 crédits
Quelques exemples de sujets proposés lors des années précédentes :
- Recalage de nuages de points multi-vues issus d'un scanner à main
- Extraction des squelettes à partir des maillages simpliciaux n-dimensionnels
- Génération de modèles numériques de terrain par Deep Learning
- Segmentation 3D par la méthode du Livewire
- Entrainement d'un réseau de neurones par des images de synthèse
- Analyse de maillages imprimés
- Reconstruction fine de surfaces par MLS/triangulation
- Décimation de maillages par la mesure de la qualité visuelle
- Alignement de nuages de points issus d’une structure multi-capteurs
- Génération automatique et réaliste de déformations de maillage

 

Contact

Pour toute information complémentaire ou toute prise de rendez-vous, n’hésitez pas à contacter le responsable du parcours.