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Une approche sémantique pour la réutilisation et ladaptation de données 3D Thèse défendue le 19 décembre 2007 par Ioan Marius BILASCO Claude Chrisment,

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1 Une approche sémantique pour la réutilisation et ladaptation de données 3D Thèse défendue le 19 décembre 2007 par Ioan Marius BILASCO Claude Chrisment, U. Toulouse III – rapporteur Mohand-Saïd Hacid, U. Lyon I – rapporteur Jacques Le Maître, U. Sud Toulon-Var – examinateur Hervé Martin, U. Grenoble – directeur de thèse Marlène Villanova-Oliver, U. Grenoble – encadrant Laboratoire dInformatique de Grenoble Equipe STEAMER

2 2 Contexte Engouement autour de 3D Villes virtuelles, visites virtuelles, e-commerce Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Contexte Problématique Objectifs

3 3 Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Contexte Problématique Objectifs X3D Contexte Donnée 3D Géométrie Texture Structure Structure … Sémantique Sémantique Scène M1R1P1 A A1A2 T1F1 T2F2 maison arbre feuillage tronc M1 R1 P1 T1 F1 T2 F2

4 4 Contexte Réalisme de la visualisation Ouverture au monde Web VRML, X3D, U3D, COLLADA, 3D XML, … Dispositifs 3D hétérogènes Nouveaux domaines dapplications Gestion de linformation 3D Integration, Filtrage, Transformation,... vers un 3D symbolique Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Contexte Problématique Objectifs

5 5 Problématique Applications Web Un musée ? Une maison à acheter ? Bâtiment s à risque ? Comment satisfaire leurs attentes ? Comment assembler des nouvelles scènes ? Plus court chemin ? Quoi et comment montrer ? Sémantique Comment associer? Comment exploiter? Géométrie Apparence Structure Adapter Réutiliser Comment exploiter?

6 6 AdaptationRéutilisation Problématique Application 1 Application 2 Application 4 Application 5 domaine du risque domaine touristique Application 3 RDF MPEG-7 … Sémantique X3D VRML … Données 3D Exploitation

7 7 Problématique Ouvrir le monde 3D aux concepteurs Produire de nouvelles données 3D Réutilisation Diffuser les données 3D Adaptation Exploiter la sémantique Solutions déclaratives + documentaires Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Contexte Problématique Objectifs

8 8 Décrire les données 3D Localiser les objets Caractériser les objets Réutiliser Catégories dobjets Apport sémantique Adapter Adaptation différenciée Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Contexte Problématique Objectifs

9 9 Plan Introduction État de lart Sémantique Recherche et réutilisation Adaptation Synthèse Proposition Expérimentation Conclusion

10 10 La sémantique dans les documents 3D Caractéristiques de lobjet représenté type : bibliothèque nombre détages : 3 risque sismique : normal coord. géo. : (45°1132N, 5°4611E) [Halabala, 03], [Polys, 04], [Albertoni, 05], [Cruz, 05], [Gutierrez, 05], [Hetherington, 04], [Mansouri, 05], [Otto, 05], [Oliverio, 07], [Pittarello, 05] Géométrie points : 91 lignes : 84 … [Albertoni, 05] Apparence couleur dominante : gris [Albertoni, 05], [Mansouri, 05] Topologie isContained by Campus … [Mansouri, 05], [Pittarello, 05] Caractéristiques média taille : 15 Ko encodage : XML/X3D [Albertoni, 05] Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Sémantique Recherche Réutilisation Adaptation Synthèse

11 11 Interne : métadonnées [Polys, 04], [Hetherington, 04], [Cruz, 05], [Pittarello, 05] Externe OWL/RDF : [Albertoni, 05], [Otto, 05], [Oliverio,07] MPEG-7 : [Halabala, 03], [Mansouri, 05] Autres modalités de représentation [SEDRIS, 98], [Active3D, 05], [Gutierrez, 05] Caractérisation partielle + Encodages spécifiques La sémantique dans les documents 3D … …... Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Sémantique Recherche Réutilisation Adaptation Synthèse M1

12 12 Recherche Recherche à base dexemples Descripteurs au niveau signal [Zaharia, 03], [Kazdhan, 03], [Koubaroulis, 01], [Hillaga, 01], … Mesure de similarité Recherche à base de caractéristiques Analyse des métadonnées [Funkhouser, 03] Sémantique externe RDF, MPEG-7 Solutions spécifiques par représentation Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Sémantique Recherche Réutilisation Adaptation Synthèse

13 13 Intégration de données dans nouveaux contenus Mécanismes internes au langage X3D DEF/USE, PROTOs Génération à base de templates [Kleinermann, 05], [Bosca, 07], [Oliverio, 07] Trois étapes spécification – indiquer les entités à inclure mise en correspondance – choisir les templates adéquats génération – instanciation des templates À base didentifiants + Systèmes fermés Réutilisation Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Sémantique Recherche Réutilisation Adaptation Synthèse … … …

14 14 Adaptation Adaptation par dimension Géométrie – techniques de simplification [Kim, 06], [To, 99],... Apparence – techniques dadaptation 2D [Chen, 03], [Lee, 01],... Structure logique – techniques de réorganisation et substitution [Mulloni, 07], [Marvie, 04], [Dachselt, 06], [Estalayo, 2004], … Techniques dadaptation par scène ou par objet Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Sémantique Recherche Réutilisation Adaptation Synthèse

15 15 Synthèse Réutilisation Exploitation RDF MPEG-7 … Sémantique A2 A3 Données 3D A1 Adaptation Arbres Couche daccès à la sémantique R2 R1 App1App2 propriétés relations catégories Aperçu de la proposition Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Sémantique Recherche Réutilisation Adaptation Synthèse

16 16 Aperçu de la proposition Application 1 Application 2 Application 4 Application 5 domaine du risque domaine touristique Application 3 Modèle dannotations sémantiques 3D 3DSEAM Plate-forme daccès à la sémantique 3DAF Plate-forme de réutilisation 3DSDL Plate-forme dadaptation Adapt3D

17 17 Modèle de description de données 3D Approche à base dannotations Localiser une donnée Repères spatio-structurels Caractériser une donnée à trois niveaux Fragment Entité du monde Sémantique : locale, applicative, générale Saffranchir dun encodage spécifique Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

18 18 Modèle de description de données 3D Modèle objet Évolution indépendante de la sémantique Niveau générique multimédia 2D/3D Logical Structure General Semantics Media Instance MMFragment MediaLocator Entity Scene Semantics MediaProfile Local Semantics Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

19 19 Modèle de description de données 3D Niveau spécifique 3D Une dimension = liste de descripteurs Variabilité des descripteurs Modèle de descripteurs Nom, type, associé à un concept dune ontologie Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

20 20 Modèle de description de données 3D Profils sémantiques répertorier les propriétés et relations selon domaine Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

21 21 Modèle de description de données 3D reel.x3d, :StructuralLocator reel.x3d, Box(C(0,-3,0), L(12), H(1),W(2)) :SpatialLocator Exemple de description

22 22 Plan Introduction État de lart Proposition Modèle de description de données 3D (3DSEAM) Une gestion générique des entrepôts 3DSEAM (3DAF) Exploitation de la sémantique dans la réutilisation (3DSDL) Adaptation différenciée des données 3D (ADAPT3D) Expérimentation Conclusion

23 23 Plate-forme de gestion dentrepôts Gérer les entrepôts 3DSEAM Indépendance entre représentation et accès à linformation Géométrie Apparence Topologie Profil Media Sémantique 3DSEAM RDFMPEG-7SRCO meta données X3D SGBD Requête Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

24 24 Plate-forme de gestion dentrepôts Architecture Entrepôt dannotations 3DSEAM Gestionnaire dannotations Entités BC semantique entités fragments Entités Semantique 3DObjets Requête 3DSEAM OQL add remove update select results Plate-forme dannotations 3D (3DAF) Profils Sémantique locale Gestionnaire de requêtes Fragments Sémantique BC Fragments multimédia BC Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

25 25 Plate-forme de gestion dentrepôts OQL [Cattel, 94] Extension spécifique 3DSEAM Opérations de jointures fonctionnelles Semantics(obj3d) sem Propriétés complexes Semantics.gpsCoord.latitude prop Profils sémantiques Semantics!Geospatial.altitude prop Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

26 26 Plate-forme de gestion dentrepôts Exemple de requête 3DSEAM OQL Trouver tous les objets de couleur grise, leur profil géospatial et leur catégorie. SELECTobj3d, s!Geospatial, s!Catégorisation.catégorie FROM Object3D obj3d, Semantics(obj3d) s, Appearence(obj3d) app WHERE (app.dominantColor=GRAY) Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

27 27 Plate-forme de gestion dentrepôts Résultats auto-descriptifs « à la XML » Encodage XML dune instance Encodage XML dune propriété Encodage XML dun profil sémantique SELECT obj3d, s!Geospatial, s!Catégorisation.catégorie FROM Object3D obj3d, Semantics(obj3d) s, Appearance(obj3d) app WHERE (app.dominantColor=GRAY) G1 ENSIMAG_D G1_ML … 45°1135N 5°4606S 230 bâtiment …

28 28 Plan Introduction État de lart Proposition Modèle de description de données 3D (3DSEAM) Une gestion générique des entrepôts 3DSEAM (3DAF) Exploitation de la sémantique dans la réutilisation Adaptation différenciée des données 3D (ADAPT3D) Expérimentation Conclusion

29 29 Exploitation de la sémantique dans la réutilisation Processus de réutilisation sémantique Récupération des repères (3DAF) Récupération de la sémantique (3DAF) Extraction des fragments Ajout des métadonnées Inclusion au sein de la nouvelle scène Réutilisation par catégories dobjets Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

30 30 SELECT obj3d{id,MediaLocator} FROM Object3D obj3d, Appearance(obj3d) app WHEREapp.dominantColor=GRAY SELECT obj.id, sem!Geospatial.gpsCoord, FROMObject3D obj, Semantics(obj) sem WHEREobj.id in ($OBJ_IDs) Exploitation de la sémantique dans la réutilisation Réutilisation par catégorie dobjets Critères dappartenance Apport sémantique Génération de requêtes 3DSEAM OQL {[Appearance!dominantColor=GRAY]} {[Semantics!Geospatial.gpsCoord]} Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

31 31 Exploitation de la sémantique dans la réutilisation Extraction de fragments X3D - langage pivot Ajout dinformations sémantiques Utilisation des nœuds Metadata[Set, String…] …. … XSLT Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

32 32 Interface de communication Plate-forme de réutilisation Récupération de propriétés Récupération de repères Attachement de la sémantique Assemblage de scène Extraction de fragments 3D Contrôleur de réutilisation ID et repères dobjets par Catégories Propriétés sémantiques Fragments 3D Extraction(objID,Locator) {[Criteria1],[Criteria2]…} {[prop_list; ids_list]…} Ajout sémantique (objID1,…, objIDN) Assemblage objID1,.., objIDN {BUS, xpath://doc(campus.x3d) //group[DEF=BUS]} {BUS, gpsCoord} gpsCoord {[Appearance!dominantColor=GRAY]} {[Semantics!Geospatial.gpsCoord]}

33 33 Plan Introduction État de lart Proposition Modèle de description de données 3D (3DSEAM) Une gestion générique des entrepôts 3DSEAM (3DAF) Exploitation de la sémantique dans la réutilisation (3DSDL) Adaptation différenciée des données 3D (ADAPT3D) Expérimentation Conclusion

34 34 Adaptation différenciée de données 3D Méthodes dadaptation Description au niveau documentaire Catégories dobjets Combiner différentes techniques dégradation, filtrage, substitution, … Adaptation à base de règles Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

35 35 Adaptation différenciée de données 3D Règles dadaptation Étendue Opérations ensemblistes sur les catégories dobjets Technique dadaptation Ensemble extensible de modules dadaptation Paramètres dadaptation Exemples (Arbres, SUBSTITUTE, [url =arbres_simples.x3d] ) (Bâtiments diff UFR, ALTER, [color =$User.preferredColor ]) Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

36 36 Adaptation différenciée de données 3D Une architecture extensible (ADAPT3D) Modèle de descripteurs Moteurs dadaptation Moteur basique dadaptation autres … Gestionnaire de documents X3D autres …... Extraction de fragments Gestionnaires de documents Transformation de scène Adaptation dobjets Interface de communication id scène règles Interface dinterrogation 3DAF Contrôleur dadaptation Récupération dobjets OQL 3DSEAM Stratégie dadaptation Stratégie séquentielle autres … Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions 3DSEAM 3DAF 3DSDL ADAPT3D

37 37 Plan Introduction État de lart Proposition Expérimentation Conclusion

38 38 for $obj in let $loc : = $obj/MediaLocator let $s := let $categ:=$s/Label[contains(Name/text(),Catégorisation)]/Term[contains(Name/text(),catégorie)] where (contains($categ/Definition/text(),bâtiment') return {$loc} Expérimentation Scénario : Modélisation de scènes urbaines Représentation des entrepôts 3DSEAM Extension de MPEG-7 : pour la localisation 3D Nouveau Description Schema pour Object3D Semantic Base DS pour Semantics Traduction de 3DSEAM OQL en XQuery Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions SELECT loc FROM Object3D obj, MediaLocator(obj) loc, Semantics(obj) s WHERE s!Catégorisation.catégorie="bâtiment"

39 39 Expérimentation Interface de réutilisation et dadaptation Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions

40 40 Expérimentation Catégories dobjets Category Arbres:= {[Semantics!Catégorisation.catégorie="arbre"]} Category Bâtiments := {[Semantics!Catégorisation.catégorie="bâtiment"} Règles dadaptation pour lexclusion des arbres (a) a) {[ Arbres ], [ EXCLUDE], [ ]} Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions

41 41 Expérimentation Catégories dobjets Category Arbres:= {[Semantics!Catégorisation.catégorie="arbre"]} Category Bâtiments := {[Semantics!Catégorisation.catégorie="bâtiment"} Règles dadaptation pour lexclusion des arbres (a) et la substitution géométrique par la boîte englobante des bâtiments (b) a) {[ Arbres ], [ EXCLUDE], [ ]} étendue méthode paramètres b) {[ Bâtiments ], [DEGRADE_GEOM], [ type=BBOX]} Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions

42 42 Plan Introduction État de lart Proposition Expérimentation Conclusion Rappels Bilan Perspectives

43 43 Conclusion Rappel des objectifs Espace de partage de données 3D Réutilisation et adaptation déclarative Rappel des manques de lEA Sémantique Caractérisation partielle de données 3D Liée à un type dencodage spécifique Réutilisation Individuelle à base didentifiants Adaptation Homogène ou à base didentifiants Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Rappels Bilan Perspectives

44 44 Conclusion Bilan 3DSEAM Lensemble de dimensions dune donnée 3D 3DAF Indépendance du choix dencodage 3DSDL Réutilisation à base de catégories ADAPT3D Adaptation différenciée suivant les catégories dobjets Expérimentation Réutilisation et adaptation de scènes 3D urbaines Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Rappels Bilan Perspectives

45 45 Conclusion Perspectives Implémentation Validation dans contextes différents Passage à léchelle Sémantique Règles déquivalence Réutilisation Patrons de conception de haut-niveau Adaptation Calcul des stratégies dadaptation Introduction Etat de lart Proposition Expérimentation Conclusions Rappels Bilan Perspectives

46 46 Merci pour votre attention!


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