Compression progressive de maillages surfaciques texturés

par Florian Caillaud

Thèse de doctorat en Compression

Sous la direction de Guillaume Lavoué.

Soutenue le 17-01-2017

à Lyon , dans le cadre de École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) , LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Lyon, Rhône) (laboratoire) et de Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information / LIRIS (laboratoire) .

Le président du jury était Dominique Bechmann.

Le jury était composé de Guillaume Lavoué, Dominique Bechmann, Pierre Alliez, George-Pierre Bonneau, Florent Dupont, Céline Hudelot, Vincent Vidal.

Les rapporteurs étaient Pierre Alliez, George-Pierre Bonneau.


  • Résumé

    Depuis plusieurs années, les modèles 3D deviennent de plus en plus détaillés. Cela augmente considérablement le volume de données les décrivant. Cependant, dans un même temps, un nombre croissant d’applications sont contraintes en mémoire et/ou en vitesse (visualisation sur périphériques mobiles, jeux vidéos, etc.). Dans un contexte Web, ces difficultés sont encore plus présentes. Cette situation peut entraîner des incompatibilités, des latences de transmission ou d’affichage qui sont souvent problématiques. La compression progressive de ces modèles est une des solutions envisageables. Le but étant de compresser les informations (géométrie, connectivité et attributs associés) de façon à pouvoir reconstruire progressivement le maillage. À la différence d’une compression dite single-rate, la compression progressive propose très rapidement un aperçu fidèle du modèle 3D pour ensuite le raffiner jusqu’à retrouver le maillage complet. Ceci permet un meilleur confort pour l’utilisateur et une adaptation de la quantité d’éléments à visualiser ou à traiter en fonction des capacités du périphérique de réception. Généralement, les approches existantes pour la compression progressive se focalisent sur le traitement de maillages 2-variétés triangulaires. Très peu de méthodes sont capables de compresser progressivement des maillages surfaciques non-variétés et, à notre connaissance, aucune ne permet de compresser génériquement un maillage surfacique quel que soit son type (i.e. non-variété et polygonal). Pour supprimer ces limitations, nous présentons une méthode de compression progressive générique permettant de traiter l’ensemble des maillages surfaciques (non-variétés et polygonaux). De plus, notre approche tient compte de l’attribut de texture potentiellement associé à ces maillages, en gérant correctement les coutures éventuelles. Pour ce faire, nous décimons progressivement le maillage à l’aide d’un nouvel opérateur générique de simplification. Cette décimation est guidée par une métrique locale qui a pour but de préserver la géométrie et la paramétrisation de la texture. Durant cette simplification, nous encodons progressivement les informations nécessaires à la reconstruction. Afin d’améliorer le taux de compression, nous mettons en oeuvre certains procédés de réduction de l’entropie, ainsi que des dispositifs de prédiction basés sur la géométrie pour l’encodage de la connectivité et des coordonnées de texture. Pour finir, l’image de texture est compressée progressivement puis multiplexée avec les données relatives au maillage. Ce multiplexage est réalisé à l’aide d’une métrique perceptuelle afin d’obtenir le meilleur rapport débit-distorsion possible lors de la décompression.

  • Titre traduit

    Porgressive compression of surface textured meshes


  • Résumé

    Since several years, 3D models become more and more detailed. This increases substantially the amount of data needed to describe them. However, in the same time, a rising number of applications are constrained in memory and/or in speed (mobile device visualization, video games, etc.). These difficulties are even more visible within a Web context. This situation can lead to incompatibilities, latency in transmission or rendering, which is generally an issue. The progressive compression of these models is a possible solution. The goal is to compress the information (geometry, connectivity and associated attributes) in order to allow a progressive reconstruction of the mesh. Contrary to a single-rate compression, progressive compression quickly proposes a faithful draft of the 3D model and, then, refines it until the complete mesh is recovered. This allows a better comfort for the user and a real adaptation of the rendered element number in adequacy with the terminal device properties. The existing approaches for progressive compression mainly focus on triangular 2- manifold meshes. Very few methods are able to compress progressively non-manifold surface meshes and, to our knowledge, none can deal with every surface meshes (i.e. nomanifold and polygonal), in a generic way. So as to suppress these limitations, we present a new generic progressive method allowing the compression of polygonal non-manifold surface meshes. Moreover, our approach takes care of the texture attribute, possibly associated to these meshes, by handling properly potential texture seams. For that purpose, we progressively decimate the mesh using a new generic simplification operator. This decimation is driven by a local metric which aims to preserve both the geometry and the texture parametrisation. During the simplification, we progressively encode the necessary information for the reconstruction. In order to improve the compression rate, we propose several entropy reduction mechanisms, as well as geometry based prediction strategies for the connectivity and UV coordinates encoding. Finally, the texture map is progressively compressed then multiplexed with mesh data. This multiplexing is achieved using a perceptual metric to provide the best rate-distortion ratio as possible during the decompression.


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