DOSSIER DE QUALIFICATION AUX FONCTIONS DE MAÎTRE DE CONFÉRENCES

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1 DOSSIER DE QUALIFICATION AUX FONCTIONS DE MAÎTRE DE CONFÉRENCES PIERRE ROUSSEAU SECTION 27 - INFORMATIQUE

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3 3 Table des matières Curriculum Vitae 5 État civil - Contact Situation Actuelle Formation et Diplômes Activités d enseignement 7 Volume horaire récapitulatif Détail des enseignements réalisés Projets d enseignement Activités de recherche 11 Thématique Contexte Travaux effectués Travaux en cours Travaux futurs Liste des Publications 15 Revue Internationale Conférence Nationale Dissertations Charges collectives 17 Webmaster - École Doctorale Administrateur d un serveur de sauvegarde Annexes 19 M. Djamchid Ghazanfarpour, directeur de thèse M. Vincent Jolivet, co-encadrant de thèse M. Kadi Bouatouch, président du jury de thèse M. Roland Brémond, examinateur de thèse M. Dimitri Plemenos, professeur émérite à l Université de Limoges.. 29 M. Pierre Barral, secrétaire du département d informatique M. Olivier Terraz, responsable de la licence informatique M. Benoît Crespin, responsable du master informatique Rapport de pré-soutenance de M. Kadi Bouatouch Rapport de pré-soutenance de M. Mateu Sbert

4 4 TABLE DES MATIÈRES Rapport de soutenance de thèse Attestation de réussite au diplôme de Doctorat Article Realistic Real-Time Rain Rendering

5 5 Curriculum Vitae État civil - Contact Né le 27 décembre 1981 (25 ans) à Limoges Nationalité Française - Célibataire 35 rue du gué de Verthamont LIMOGES rousseau@msi.unilim.fr Situation Actuelle http :// rousseau ATER à temps partiel à l Université de Limoges (01/09/ /08/2008). Membre de l équipe Synthèse d Images Réalistes de l Institut XLIM, UMR CNRS 6172 (Limoges). Formation et Diplômes Doctorat d Informatique à l Université de Limoges, soutenu le 12 octobre 2007, obtenu avec la mention Très Honorable. Titre : Simulation réaliste de pluie en temps-réel., dirigée par M. Djamchid Ghazanfarpour, et co-encadrée par M. Vincent Jolivet. Composition du jury : Kadi Bouatouch, président et rapporteur, Professeur à l Université de Rennes 1 Mateu Sbert, rapporteur, Professeur à l Universitat de Girona (Espagne) Roland Brémond, examinateur, Chargé de recherche au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Paris) Dimitri Plemenos, examinateur, Professeur émérite à l Université de Limoges Djamchid Ghazanfarpour, directeur de de thèse et examinateur, Professeur à l Université de Limoges Vincent Jolivet, co-encadrant de thèse et examinateur, Maître de conférences à l Université de Limoges

6 6 Curriculum Vitae DEA Image Vision Robotique à l Institut National Polytechnique de Grenoble et l Université Joseph Fourier, Grenoble (Mention Assez Bien) Mémoire intitulé Texturage omnidirectionnel d avatar tridimensionnel réalisé sous la direction de M. Jean-Marc Hasenfratz, Maître de conférences à l INRIA Rhône- Alpes Maitrise Informatique, Université de Limoges (Mention Bien) Licence Informatique, Université de Limoges (Mention Bien) DEUG MIAS, Université de Limoges (Mention Bien) Baccalauréat série S, spécialité Mathématiques, Limoges (mention Assez Bien)

7 7 Activités d enseignement Volume horaire récapitulatif d enseignement (eq. TD) 2004/ / / /2008 Total Licence 25 90h30 70h30 73h30 259h30 Master 0 6h h40 Autres Total 49 97h10 76h30 87h30 310h10 Ces enseignement ont été réalisés pendant ma thèse de 2004 à 2007 sous le statut d enseignant vacataire. Les volumes horaires indiqués pour l année 2007/2008 correspondent à une prévision de service, sous le statut d ATER. Détail des enseignements réalisés Tous mes enseignements ont été réalisés au cours du deuxième semestre. Initiation à l informatique (24h TD). Formation réalisée dans le cadre du Diplôme Universitaire Assistant conseil en milieu rural, proposé par l IUP de Limoges. Cette formation, destinée à des adultes aux parcours très hétérogènes, visait pour certains des participants à acquérir des rudiments d utilisation de l outil informatique, et pour d autres à un approfondissement de leurs connaissances. Le contenu de la formation était essentiellement constitué de bureautique et d utilisation d Internet. Algorithmique 2 (15h TP - 10h eq TD). Ce module est dispensé en première année de Licence MISM, et proposé aux étudiants se destinant à un parcours mathématiques-informatique. Ce module porte sur des connaissances fondamentales en programmation telles que l utilisation de structures de données et de listes, l utilisation de fichiers ou la programmation récursive. Ces notions sont implémentées en langage C lors des travaux pratiques. J ai participé à la création des sujets de TP et d examen de TP. Système d exploitation UNIX (15h TP - 10h eq TD). Ce module est dispensé en 2 année de Licence Informatique, donc à des étudiants ayant clairement orienté leur parcours vers l informatique. Il a pour objectif de faire acquérir aux étudiants des bases solides d utilisation de la ligne de commande UNIX (commandes usuelles ou avancées : ssh, tar, find, grep, cut, vi...) et de

8 8 Activités d enseignement la programmation par scripts shell. J ai participé à la création des sujets de TP et des sujets d examen de TP. Programmation système (7h30 TP - 5h eq TD). Ce module, également dispensé en 2 année de Licence Informatique, est un excellent complément au module Système d exploitation UNIX. Il permet aux étudiants d approfondir leurs connaissances en matière de programmation shell, et de découvrir l utilisation des appels système bas-niveau en langage C. J ai participé à la création des sujets de TP et proposé le sujet de projet sur lequel ont été évalués les étudiants (manipulation d images PGM à l aide de scripts shell, pour former un générateur de portraits-robots) Algorithmique 1 (27h TD, 15h TP - 37h eq TD). Ce module constitue le premier contact avec la programmation pour les étudiants de 1 année de Licence MISM. Il est divisé en deux demi-modules, le premier étant obligatoire pour tous les étudiants, le deuxième optionnel (selon que les étudiants souhaitent suivre un parcours mathématiques-informatique ou physique-chimie). J ai eu en charge un groupe (très majoritairement destiné au parcours mathématiquesinformatique) sur les deux demi-modules, à la fois en TD et en TP. Ce module aborde les notions de base de la programmation impérative, telles que les variables, boucles, exécutions conditionnelles, tableaux, procédures... J ai eu en charge la réalisation de quelques sujets et des examens de TP. Architecture des ordinateurs (30h TD). Ce module dispensé en 3 année de Licence Informatique vise à faire découvrir aux étudiants les détails du fonctionnement d un ordinateur. Après les bases de numération (binaire, hexadécimal, IEEE754, complément à deux...), les circuits logiques combinatoires et séquentiels sont présentés. Le cours présente également le fonctionnement des processeurs et des mémoires. J ai participé à l élaboration du chapitre de cours portant sur le langage assembleur, et proposé la moitié des questions d examen. Bases de Données Avancées (10h TP - 6h40 eq TD). Ce module, dispensé en 1 année de Master Informatique, est le troisième module lié aux bases de données que peuvent suivre les étudiants dans leur cursus. Sous la forme de projets, les étudiants sont amenés à implémenter un mécanisme d arbres équilibrés (en langage C++) permettant l insertion, la recherche, ou la suppression d éléments. Ils ont ensuite du concevoir et constituer une base de données complexe à l aide du moteur PostreSQL. J avais également en charge l administration du serveur sur lesquels les étudiants devaient travailler. Algorithmique 2 (15h TP - 10h eq TD). Licence MISM 1 année. Cf Programmation système (13h30 TD). Licence Informatique 2 année. Après avoir dispensé les travaux pratiques de ce module l année précédente, j ai pu aborder les aspects plus abstraits de ce type de programmation lors de séances de TD.

9 Dossier de qualification de Pierre Rousseau Algorithmique 1 (13h30 TD, 7h30 TP - 18h30 eq TD). Licence MISM 1 année. Je me suis cette année limité au premier des deux demi-modules. J avais en charge un groupe qui se destinait majoritairement à un parcours physiquechimie, mais qui a malgré tout montré un intérêt certain pour la matière, et obtenu des résultats très satisfaisants aux examens. Bases de Données Avancées (9h TP - 6h eq TD). Master Informatique 1 année. Cf Architecture des ordinateurs (30h TD, 2*9h TP - 42h eq TD). Outre les Licence Informatique 3 année, ce module a cette année été ouvert aux étudiants de 2 année. J avais en charge le groupe de TD de 2 année, plus nombreux (42 étudiants) mais qui a obtenus de meilleurs résultats que le groupe de 3 année. J avais également en charge les TP pour ce groupe, consistant à une mise en pratique des circuits logiques conçus en TD, et à une introduction à la programmation bas-niveau en assembleur x86. J ai rédigé les sujets de TP et les sujets d examen de TP, ainsi que la moitié des questions des examens écrits. Algorithmique 2 (15h TP - 10h eq TD). Licence MISM 1 année. Cf Les enseignements mentionnés ici constituent une prévision de service pour l année en cours. Seul les TP du module Infographie 1 ont été réalisés à ce jour (les autres étant planifiés pour le deuxième semestre). Infographie 1 (15h TP - 10h eq TD). Ce module proposé en 1 année de Master Informatique propose une introduction à l informatique graphique. Outre la réalisation d algorithmes fondamentaux abordés en TD (segment et cercle de Bresenham, courbes de Bézier), le module a permis aux étudiants de découvrir la programmation 3D temps-réel par le biais de l API OpenGL. Les élèves ont été évalués sur la réalisation sous forme de projet d un jeu de dames avec effets visuels avancés (texturage, illumination, picking, animation des pièces...) et se sont enthousiasmés pour ce travail (certains étudiants développant des fonctionnalités non explicitement demandées dans le sujet). J ai eu en charge la préparation des sujets de TP et du sujet de projet. Architecture des ordinateurs (21h CM, 30h TD, 2*9h TP - 73h30 eq TD). Licence Informatique 2 et 3 année. Outre les TD et TP déjà effectués par le passé, j aurais cette année en charge le cours magistral de cette matière. Infographie 2 (6h TP - 4h eq TD). Ce module optionnel proposé en 1 année de Master Informatique prend la suite du module Infographie 1. Les TP consisteront en la réalisation d un moteur de lancer de rayons.

10 10 Activités d enseignement Projets d enseignement À ce jour, j ai eu la chance d être confronté à des publics variés (formation pour adultes, 1 année de Licence à 1 année de Master) ; j ai également pu aborder de multiples disciplines de l enseignement de l informatique (Algorithmique, shell UNIX, bases de données, infographie, programmation assembleur, programmation orientée objet, aspects théoriques de l architecture des ordinateurs). J ai apprécié cette diversité et souhaite continuer à aborder de multiples domaines (face à différents publics) dans mes activités d enseignement, tout en privilégiant les matières proches de mes thématiques de recherche, à savoir l imagerie numérique. J aurais plaisir à intervenir en 2 année de Master, donc face à un public déjà spécialisé, sur des aspects pointus de l informatique graphique. J envisage par exemple un cours présentant les techniques de synthèse d images, et les bases théoriques utilisées dans la simulation de phénomènes naturels (pluie, fluides, feu, végétation, nuages...) Dans un autre registre, et en m appuyant sur mon expérience personnelle (réalisation de plusieurs sites internet), je pourrais proposer un cours de niveau licence sur la création de sites dynamiques reposant sur une architecture PHP/MySQL. Ces techniques intéressent en effet les étudiants pour leur réalité industrielle forte. Je n ai pas encore eu l opportunité d encadrer des projets de fin d année ou des TER (que ce soit en Licence ou en Master), mais je souhaite en faire l expérience et ai déjà envisagé des possibilités de sujets allant dans ce sens (telles que la réalisation d un jeu simple type dames, dans tous ses aspects : graphisme, intelligence artificielle, architecture client serveur permettant le jeu en réseau). Je suis bien évidemment disposé à faire l expérience de nouvelles matières, y compris si elles requièrent un effort de mise à niveau de ma part (comme ce fût le cas de certaines des matières que j ai pu enseigner jusqu à présent).

11 11 Activités de recherche Thématique Mes activités de recherche ont trait à la simulation de phénomènes naturels en synthèse d images. En particulier, les travaux que j ai menés au cours de ma thèse ont porté sur la simulation de pluie en temps-réel, avec pour objectif une application aux jeux vidéos. Je me suis intéressé à deux aspects de la simulation de pluie : son animation au cours de sa chute, et son rendu prenant en compte les phénomènes optiques visibles au travers d une goutte d eau. Contexte Ma thèse a été réalisée dans le cadre du projet Européen GameTools (site web : http :// visant à rassembler des acteurs européens majeurs du monde universitaire et du monde de l industrie des jeux vidéos, afin de développer des bibliothèques logicielles offrant des fonctionnalités de pointe aux créateurs de jeux dans le domaine de l illumination, du traitement la visibilité ou de la géométrie. Dans ce cadre, j ai été amené à développer une application illustrant mes travaux de recherche, et pouvant s intégrer aisément au sein de jeux vidéos. Dans ce but, j ai travaillé en utilisant le moteur de rendu 3D temps-réel Ogre3D, préconisé par le projet GameTools. L objectif principal de mes travaux de doctorat était le développement de modèles permettant un rendu et une animation réalistes de pluie, utilisant des bases physiques et nécessitant des temps de calcul limités afin de pouvoir être intégrés dans des jeux vidéos. De telles applications impliquent de fortes contraintes quant à la rapidité d exécution, et ne disposent que de peu de temps de calcul à consacrer à des simulations telles que les effets météorologiques. Il était donc essentiel que les modèles développés puissent s exécuter rapidement en tirant avantage des capacités des cartes graphiques programmables récentes. Travaux effectués La première phase de mes travaux de doctorat a consisté à réaliser une étude des propriétés physiques de la pluie. D un point de vue dynamique d abord, la taille, forme, et vitesse de chute des gouttes d eau a été analysée. À partir des propriétés optiques, j ai pu déterminer que l apparence d une goutte d eau était majoritairement

12 12 Activités de recherche dûe au phénomène de réfraction. L influence de la réflexion, quantifiée par le facteur de Fresnel, est négligeable à l exception des angles rasants. En me basant sur cette étude, j ai pu proposer un modèle efficace de simulation de l apparence d une goutte d eau. Les gouttes sont ici approchées par des imposteurs. Un pixel shader est employé pour appliquer sur chaque goutte une texture d environnement dynamique. Ce plaquage est paramétré par l emploi de masques générés dans une phase de précalcul, permettant de connaître pour chaque pixel d une goutte la direction dans laquelle les rayons lumineux sont réfractés après avoir traversé la goutte. J ai par la suite étendu ces travaux par le biais de deux extensions. La première permet une simulation du phénomène de persistance rétinienne, qui fait qu une goutte de forme ellipsoïdale apparaît floue et allongée verticalement à un observateur. Cette extension a été mise en œuvre en modifiant la forme des particules afin qu elle prenne en compte les oscillations périodiques subies par une goutte au cours de sa chute. Chaque pixel appartenant au contour de la goutte oscillante est ensuite calculé en mélangeant la contribution de plusieurs positions successives de gouttes, calculées en utilisant la méthode précédente. La deuxième extension que j ai apportée à ce modèle permet la prise en compte de l illumination des particules depuis des sources lumineuses. Dans ce cas en effet, l hypothèse simplificatrice du modèle de départ, établissant que la contribution de la réflexion à l apparence d une goutte pouvait être négligée, n est plus valide. La réflexion est alors simulée en appliquant une modification empirique de l intensité lumineuse des pixels de la goutte, établie en prenant en compte la position des sources lumineuses présentes dans la scène. La dernière phase de mes travaux a porté sur la mise en œuvre d un système de particules complexes, s exécutant sur la carte graphique. Des textures sont ici employées pour stocker les positions et vélocités des particules, et sont mises à jour par l emploi d un pixel shader. Les particules, initialement placées à des positions arbitraires, obtiennent leur position réelle à partir de la texture de position, au cours de la phase de transformation géométrique (dans un vertex shader). Le mouvement des particules est modifié par l influence de vent, et par les collisions entre les particules et la scène. Le vent est modélisé interactivement par l utilisateur, qui dispose d une interface dédiée intuitive permettant de combiner des primitives simples (vent homogène, vortex, concentration du vent en un point...) afin d obtenir des flux complexes. Le flux de vent généré à partir de ces primitives est enregistré dans une texture 3D, utilisée dans le processus de calcul des vélocités et positions des particules. La détection des collisions entre les particules et la scène est réalisée en utilisant une carte de hauteur dynamique (permettant donc les collisions avec des objets en mouvement). Travaux en cours Mes travaux actuels consistent essentiellement en des prolongations de ceux réalisés au cours de ma thèse. Je travaille en particulier sur une amélioration du système de particules utilisé dans notre simulation, qui devrait rapidement aboutir à la soumission d un article.

13 Dossier de qualification de Pierre Rousseau 13 D autre part, je travaille également à l heure actuelle, en partenariat avec des membres du programme transversal SeFSI (Sécurité et Fiabilité des Systèmes d Information) de l institut XLIM, sur le développement d un protocole réseau accéléré grâce aux capacités de calcul des cartes graphiques. J interviens sur ce projet au titre de mes compétences en programmation de carte graphique, mais n en suis pas l instigateur. Travaux futurs Dans un futur proche, j envisage d évaluer mes méthodes d un point de vue perceptif. Ces travaux, prévus en partenariat avec le Laboratoire Central des ponts et Chaussés, viseront à comparer les résultats de nos simulations avec des données réelles, afin d en obtenir une validation qualitative. Pour cela, nous utiliseront des techniques de mesure de la sensibilité aux contrastes et d autres critères objectifs d évaluation de la perception comme l utilisation d anneaux de Landolt, pour déterminer si la dégradation de la qualité de vision liée à la pluie obtenue par notre méthode est comparable avec celle mesurée sur des données réelles. À plus long terme, je souhaites continuer à étudier la simulation de phénomènes naturels en synthèse d images. Dans ce vaste domaine, de nombreux sujets (simulation de feu, fumée, nuages, brouillard, végétation...) ont déjà fait l objet de multiples études ; toutefois, le fait qu un observateur soit confronté quotidiennement à la plupart de ces phénomènes implique un important besoin de réalisme afin que les phénomènes simulés paraissent visuellement crédibles, ce qui induit de nombreuses pistes de recherche possibles.

14 14 Activités de recherche

15 15 Liste des Publications Revue Internationale avec comité de sélection Realistic Real-Time Rain Rendering Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, Djamchid Ghazanfarpour Computers & Graphics, special issue on Natural Phenomena Simulation Volume 30, Number 4, Août 2006 Conférence Nationale sans comité de sélection Rendu Réaliste de Pluie en Temps-Réel Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, Djamchid Ghazanfarpour Journées AFIG, Novembre 2006 Dissertations Simulation Réaliste de Pluie en Temps-Réel Pierre Rousseau Mémoire de Doctorat, Octobre 2007 Texturage Omnidirectionnel d Avatar Tridimensionnel Pierre Rousseau Mémoire de DEA, Juin 2004

16 16 Liste des Publications

17 17 Charges collectives Septembre 2005 à Août 2007 Responsable des sites internet du Collège des Écoles Doctorales de l Université de Limoges. Dans le cadre d un contrat à temps partiel (4h par semaine), j ai eu en charge l administration des sites de l École Doctorale Sciences, Technologie, Santé, et de l École Doctorale Science de l Homme et de la Société. Ma tâche consistait à assurer la publication et la mise en forme régulière de nouveaux contenus, ainsi que l évolution logicielle de l architecture des sites. J ai également eu à réaliser intégralement la conception et la réalisation du site dédié à l Université d été Diagonales, organisée conjointement par l Université de Limoges, et l Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand. J ai développé à cet effet un site complet en PHP, proposé en Français et en Anglais, et disposant de fonctionnalités complexes comme un album photo dynamique. Les sites : http :// http :// http :// Depuis Mai 2007 Administrateur d un serveur informatique dédié aux sauvegardes de données des doctorants de l équipe Synthèse d Images Réalistes de l institut XLIM. J ai en charge l administration générale, la gestion des comptes utilisateur et l installation des outils logiciels permettant de simplifier les sauvegardes pour les utilisateurs.

18 18 Charges collectives

19 19 Annexes Vous trouverez dans la suite de ce dossier des lettres de recommandations et attestations de la part des personnes suivantes : M. Djamchid Ghazanfarpour, professeur à l Université de Limoges, directeur de thèse. M. Vincent Jolivet, Maître de conférences à l Université de Limoges, co-encadrant de thèse. M. Kadi Bouatouch, Professeur à l Université de Rennes I, président du jury de thèse. M. Roland Brémond, Chargé de Recherche au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, examinateur de thèse. M. Dimitri Plemenos, Professeur Émérite à l Université de Limoges, membre du jury de thèse. M. Pierre Barral, Maître de Conférences à l Université de Limoges, secrétaire du département d informatique. M. Olivier Terraz, Maître de Conférences à l Université de Limoges, responsable de la licence informatique. M. Benoît Crespin, Maître de Conférences à l Université de Limoges, responsable du master informatique. Vous trouverez ensuite les rapports de pré-soutenance (établis par MM. Kadi Bouatouch et Mateu Sbert, rapporteurs), le rapport de soutenance du jury de thèse, l attestation de réussite au diplôme de Doctorat, et un exemplaire de l article Realistic Real-Time Rain Rendering publié dans la revue Computers & Graphics.