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ActionUTLSConferences2012-2013Modélisation géométrique
Comment dessine-t-on une forme sur un ordinateur? La phase de modélisation 3D est très souvent précédée d’une phase d’esquisse par un designer pour ébaucher un concept et visualiser différents types de matières et leur interaction avec la lumière. Comment l’ordinateur peut-il assister l’artiste pour décupler sa capacité d’expression artistique lors de cette phase d'esquisse? Nous allons présenter plusieurs outils de dessin assistés par ordinateur qui permettent aux artistes d'exporer rapidement l'apparence d'un concept sans avoir besoin de tout redessiner. [Adrien Bousseau]
Il existe des dispositifs laser capables de mesurer une multitude de points 3D sur des objets physiques. Pour modéliser une forme sur un ordinateur à partir de ces points il faut procéder à une phase de conversion, appelée reconstruction de surfaces. La reconstruction consiste soit à relier les points avec des triangles pour former un maillage lorsque les mesures sont fiables (sans incertitude), soit à utiliser une représentation intermédiaire définie par des équations, qui permet d’éliminer les incertitudes de mesure. Que trouve-t-on derrière les principes de reconstruction de formes ? Comment l’ordinateur « invente-t-il » une surface entre les points mesurés ? Dans quels cas la reconstruction est-elle ambigüe ? L’ordinateur peut-il apprendre à reconnaitre des objets déjà mesurés ? [Pierre Alliez]
Google Earth est un exemple de logiciel de navigation virtuelle où il est possible de visualiser des bâtiments ou des monuments en 3D. On trouve à la fois des monuments célèbres assez bien détaillés car dessinés manuellement et des bâtiments avec très peu de détails : des « boites à chaussures » recouvertes d’images prises à partir de satellites. Comment l’ordinateur peut-il reconstruire automatiquement une ville en 3D à partir d’images? Comment peut-on obtenir plus de détails et reconstruire des parties invisibles depuis les satellites ? [Florent Lafarge]
La géométrie est au cœur de la modélisation de tout ce qui possède une « forme » : que ce soit un objet « abstrait » défini par des équations, un objet physique appréhendé par des mesures, ou un objet simulé informatiquement. Pour décrire la forme d’un objet, par exemple un avion, on peut proposer une approximation de sa surface réelle, par la juxtaposition d’une multitude de petites facettes triangulaires, faciles à décrire. C’est ce qu’on appelle un maillage. Mais que trouve-t-on sous la surface de ces objets numériques ? Comment sont-ils représentés sur un ordinateur, comment les calcule-t-on ? C’est le domaine de la géométrie "informatique" (on parle de géométrie algorithmique) qui nous est présenté ici. [Monique Teillaud, Pierre Alliez]
Réseaux et télécommunications, algorithmique et théorie des graphes
Les réseaux de télécommunications mais aussi les réseaux routiers ou sociaux se modélisent bien avec des graphes. Les sommets représentent les routeurs (abonnés, villes, individus...) et les arêtes des liaisons ou des relations. Au cours de cette conférence, divers algorithmes de la théorie des graphes seront exposés pour résoudre des problèmes tels que trouver un plus court chemin ou bien trouver un chemin qui passe par chaque arête une fois et une seule. Pour modéliser les échanges au sein des réseaux et maximiser la quantité de trafic passant dans un réseau, on s'inspire du problème mathématique suivant : comment réaliser une promenade de 15 lycéens par groupe de 3 pendant 7 jours de sorte que durant ses 7 promenades de la semaine un élève soit exactement une fois et une seule avec un autre ? (voir par exemple http://www.youtube.com/user/Scienceparticipative#p/u/11/mzR-diIWxNA.) Dans le cas de réseaux sans-fil, le problème d'allocation de fréquences radio s'apparente à un problème de colorations de graphe. Ainsi, deux stations voisines doivent avoir des fréquences différentes. On peut regarder différentes variantes et des exemples de réseaux où les cellules sont par exemple en nid d'abeilles. [Jean-Claude Bermond]
Les réseaux embarqués dans des satellites doivent envoyer les signaux à transmettre sur des amplificateurs. Pour savoir quel signal doit être acheminé à un routeur donné, il faut savoir comment trier n nombres en utilisant un réseau de comparateurs. Chaque comparateur prend deux entrées et envoie le plus petit nombre sur le fil du haut et le plus grand sur le fil du bas. A la sortie du réseau de comparateurs, les nombres seront triés du plus petit (en haut) au plus grand (en bas). Voir par exemple http://wn.com/sorting_network et aussi sur les tris classiques : Quick-sort (http://www.youtube.com/watch?v=ywWBy6J5gz8) et Bubble-sort (http://www.youtube.com/watch?v=lyZQPjUT5B4) avec des danses folkloriques hongroises et Merge-sort (http://www.youtube.com/watch?v=XaqR3G_NVoo) avec une danse folklorique transylvaine-saxonne. [Jean-Claude Bermond]
Pour le grand public, Internet et le web sont deux synonymes. Pour les chercheurs, le web n'est qu'une petite partie car Internet est composé de technologies, d'applications et de protocoles très différents. Dans cette présentation, on commencera par un rappel historique sur Internet, revenant sur sa fulgurante ascension et ses applications les plus répandues. Ensuite on essaiera de répondre à la question : pourquoi étudier Internet ? À travers des exemples concrets issus de la recherche récente, on montrera comment l'étude d'Internet a des applications concrètes. [Sara Alouf]
Au cours de cette conférence, on verra ce qu'est l'Internet et comment cela fonctionne. Les raisons de son succès mondial sont présentées ainsi que ses problèmes actuels, ce qui nous amènera à discuter de l’évolution de l'Internet et surtout l'évolution de la réponse à la question : qui fait quoi dans Internet ? http://www.canal-u.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs_au_lycee/l_avenir_de_l_internet_walid_dabbous.6627 [Walid Dabbous]
Autour des ordinateurs: systèmes distribués, systèmes embarqués et temps réel
L'électronique et l'informatique embarquées pénètrent de plus en plus d'objets de la vie courante, et on peut aller jusqu'à dire que sous certains aspects les voitures, avions et téléphones du futur (et du présent souvent) sont/seront des ordinateurs qui roulent (qui volent, qui causent...). Néanmoins ces domaines conservent certaines caractéristiques propres qui font que les programmes qu'on y exécute ne sont souvent pas complètement les mêmes que ceux qu'on exécutait sur un ordinateur de bureau naguère. Le traitement en temps-réel des flux de données et signaux, la sécurité critique de certains traitements, l’économie de la puissance des batteries posent des nouveaux défis, et les architectures matérielles dédiées reflètent ces contraintes. Nous illustrerons ces différents aspects, en soulevant certains voiles sur la structure électronique de certains objets du quotidien, et leur méthodes de conception. Nous verrons aussi comment désormais ce sont les ordinateurs dits classiques qui récupèrent ce mouvement, au nom d'une certaine convergence entre ultrabooks et tablettes/pads. [Robert de Simone]
Quel est le point commun entre un téléphone, un distributeur de boissons et un PC? à priori ce sont des objets très différents mais ils font partie de la même famille, celle des ordinateurs. Pour beaucoup de monde, un ordinateur est une sorte de boite mystérieuse qui prend des données en entrée (par exemple ce que tape l'utilisateur grâce au clavier) et fournit un résultat en sortie (une image à l'écran, un son...). Le but de cette conférence est de décortiquer cette boite et voir que, comme dans tous les tours de magie, il y a un truc ou plutôt des trucs. Nous verrons tout d'abord l'architecture matérielle, c'est à dire le processeur, la mémoire (RAM) et le stockage (Disque dur). Cela nous amènera à la notion de langage de programmation et de programme. Nous passerons un peu de temps sur le programme le plus important, le système d'exploitation (Windows, Linux...). Véritable chef d'orchestre, il fait la liaison entre le matériel et les autres programmes grâce aux pilotes (drivers). Il permet aux autres programmes d'accéder aux différents éléments de la machine, s'assure que tout fonctionne normalement, et prend des actions parfois brutales quand un programme ne suit pas les règles. Enfin, nous verrons à travers l'exemple d'un navigateur Internet comment tout ces éléments collaborent pour afficher une page web. [Fabrice Huet]
Quelle que soit la puissance individuelle d'un ordinateur, il existe toujours des calculs qui sont excessivement longs ou tout simplement impossibles. Par exemple un calcul peut nécessiter plus de mémoire qu'il n'est physiquement possible d'avoir sur la machine, ou bien prendrait plusieurs années de calcul. Comment faire dans ce cas? la réponse est évidente, si un seul ordinateur ne suffit pas, alors il faut en utiliser plusieurs! C'est ce qu'on appelle un système distribué. La mise en oeuvre est malheureusement un peu plus compliquée. Le premier problème est de savoir comment relier entre eux ces ordinateurs, ce qui dépend beaucoup de l'argent disponible. Une fois que nous avons nos ordinateurs bien installés, il faut ensuite écrire des programmes pour faire nos calculs, ce qui passe par des algorithmes distribués. À travers des exemples simples, nous verrons que certains problèmes (traitement d'image, recherche d'information) se traitent très facilement en distribué alors que d'autres (trier des données) nécessitent un peu plus de travail. Finalement, nous pousserons le raisonnement initial encore plus : si plusieurs ordinateurs sont meilleurs qu'un seul, pourquoi ne pourrait-on pas mettre plusieurs ordinateurs dans un ordinateur? Ça a l'air un peu fou mais pourtant nous le faisons, c'est le multi-coeur! [Fabrice Huet]
Informatique et programmation
Comprend-on bien que le numérique, aujourd'hui, loin de se cantonner aux ordinateurs, est bien plus répandu dans les objets technologiques les plus divers, des téléphones aux avions ? Quelles en sont les implications, les qualités mais aussi les inconvénients, à commencer par les bugs ? Une vision de l'informatique au sens large axée sur ses fondements scientifiques est présentée ici. [Thierry Vieville?]
Nous avons tous vu qu'un ordinateur peut effectuer des opérations très variées sur des types de données très variées : des nombres, des lettres, des images, des sons, des textes, des vidéos, .. Il peut être utilisé pour retoucher une photo, la mettre sur un blog ou un site web, la conserver dans un album, .. Un ordinateur est donc une machine complètement polyvalente: tout les automatismes peuvent être programmés sur un ordinateur. A l'inverse des machines à café ou des aspirateurs qui servent à une seule chose : faire le café, aspirer la poussière, .. Un ordinateur lui doit ``être programmé´´ pour retoucher une photo, la mettre sur un blog ou un site web, .. C'est pour cela que les ordinateurs ont besoin de programmes. Cette notion de programme est également ce qui distingue l'ordinateur de certaines machines comme les calculatrices (non-programmables). Cependant, ces tâches sont fixées une fois pour toutes et on ne peut pas programmer une calculatrice pour lire une vidéo, alors qu'on peut programmer un ordinateur pour faire tout ce que fait une calculatrice. Découvrons comment ici, à partir d'un exemple très concret. [Thierry Vieville?]
Beaucoup de "calculs symboliques" (développer une expression, résoudre une équation, étudier une fonction, ..) sont tellement mécaniques . . que vous pouvez les faire automatiquement sur un logiciel comme Maple ou Mathematica. Ne vous en privez pas ! Car trois choses merveilleuses vont se produire: (i) vous allez pouvoir consacrer votre temps à faire autre chose, (ii) vous serez "bons en maths" même si vous détestez ça, (iii) vous allez "comprendre" des tas de choses qui parraissaient rébarbatives avant ! Fini d'être l'esclave des mathématiques, devenez le boss ! D'ailleurs quand les scientifiques en sont à calculer un Airbus A380 ou ce que fait le cerveau d'un lapin, aucune chance de pouvoir faire ces quelques siècles de calcul à la main. Regardons ensemble ce qui peut être mécanisé en mathématiques et, à contrario, ce que seul l'esprit humain peut appréhender. [Thierry Vieville]
Cette conférence montre les principes de programmation d'un jeu vidéo. Au menu : principes d'animation 2D et 3D, effets sonores, algorithmes de déplacement des personnages contrôlés par l'ordinateur (par exemple dans les jeu de stratégie temps réel ou les jeux de course), détection de collisions, gestion des états d'un jeu. Cette conférence sera illustrée de nombreux exemples ainsi qu'un petit tutorial permettant d'écrire soi même un jeu vidéo simple de type "jeu d'arcade 2D". [Michel Buffa]
Autour du web
(version interactive : Les labyrinthes du web: une histoire dont vous êtes les héros.)
Vous connaissez le web, oui mais lequel ? Le web documentaire tel qu’il naquît ? Le web applicatif qui surgit des premiers moteurs de recherche ? Le web social qui ressuscita des premiers wikis ? Le web des services qui mondialise les messes-basses des machines ? Le web mobile qui vous suit comme votre ombre ? Le web des données liées qui se tisse actuellement entre nos dépôts publiques ? Le web sémantique qui propage nos modèles et leurs logiques ?... Vous lisiez le premier, que ferez-vous des autres ? Dans cette présentation dont vous êtes les héros, comme sur le web, vous choisirez vous-mêmes un parcours dans ces questions.
http://videos.rennes.inria.fr/confLunch/Fabien-Gandon/index.html [Fabien Gandon]
(version linéaire : Le conte des quatre aveugles et l'éléphant web, ou les chroniques d'un web non documentaire)
Nous connaissons tous le Web, mais sous quel angle : Web documentaire, applicatif, social, web de services, web mobile, web de données ? Pourquoi toutes ces facettes et pour quels usages ? Tel est l'objet de cette conférence.
Plus de 10 ans après la publication de la norme HTML4, son successeur HTML5 promet de révolutionner notre usage du Web. Cette conférence propose de faire une rétrospective de l'histoire du web, retracer les évolutions remarquables et présenter ce que HTML5 présage des nouvelles applications du web. [Michel Buffa]
Faisons d'abord un bref aperçu historique histoire de présenter les choses telles quelles étaient lorsqu'elles ont été inventées. C'est que l'usage qui est fait du Web a beaucoup changé en vingt ans ! Nous verrons ensuite les éléments qui permettent d'afficher une page web sur un ordinateur : le serveur, le navigateur, les documents, le protocole HTTP. Nous finirons cette conférence avec une discussion autour de l’évolution du Web et de l'apparition des réseaux sociaux et des exemples de recherche liés au Web. [Sara Alouf/Fabrice Huet/Giovanni Neglia]
Modélisation mathématique
La théorie des jeux : sous ce titre se cache un vaste domaine de recherche né à la frontière de l'économie et des mathématiques, qui a trouvé des applications jusqu'en biologie et dans l'analyse de l'Internet. De quels jeux s'agit-il ici ? Rien à voir avec les jeux vidéos, mais plutôt avec toutes les situations où des acteurs, appelés « joueurs», sont amenés à prendre « au mieux » des décisions dont les effets dépendent de ce que font les autres. Il s'agit alors de déterminer ce qu’on va appeler « solution », ou « équilibre », qui dépend des circonstances, et de calculer cet équilibre. On verra que cette théorie est aujourd'hui incontournable, mais très imparfaite. On pourra au choix développer une ou deux applications de la théorie des jeux en traffic urbain (analyser la répartition du trafic entre divers itinéraires possibles), ou en économie (la non unicité de l'équilibre de Nash), ou encore en écologie comportemantale (utilisation de parasitoïdes pour lutter contre la pyrale du maïs) [Pierre Bernhard]
A l’aide de concepts mathématiques (plus ou moins) élémentaires deux sens différents de cette phrase seront commentées : celui du langage courant et le sens scientifique. On illustrera par de nombreux exemples pourquoi cette maxime favorite est tout sauf hasardeuse. Chemin faisant on parlera, entre autres, de modélisations probabilistes en biologie, des subprimes et de la crise financière, de stabilisation par des bruits aléatoires, et de grandes équations de la physique abordées mathématiquement et numériquement par des méthodes de la théorie des probabilités. Enfin on expliquera pourquoi la complexité du monde et les moyens informatiques actuels font bien les choses pour le hasard. http://images.math.cnrs.fr/Le-hasard-fait-bien-les-choses.html [Denis Talay]
Les fonctions et surtout leurs courbes représentatives sont présentes partout: dans les journaux, à la télévision, sur le web et dans tous les domaines: physique, ingénierie, biologie, économie ... Elles représentent les variations d'une quantité par rapport à une variable qui est souvent le temps, mais pas toujours ! Comment ces courbes sont-elles obtenues ? En quoi sont-elles utiles ? Nous nous intéresserons plus particulièrement à un problème d’ingénierie, le filtrage des ondes fréquentielles et aux questions qui se posent dans ce domaine. [Martine Olivi]
Modèles numériques, calcul, simulation
Autrefois, les théories étaient dans les cerveaux et sur les feuillets des chercheurs. Aujourd’hui, on les trouve aussi dans les ordinateurs. Qu’est-ce que cela signifie ? L' ordinateur a changé les pratiques des mathématiciens et des ingénieurs, en les aidant à énoncer des hypothèses et des résultats, en produisant la démonstration de théorèmes qu’aucun humain ne peut mener, en validant des procédés trop coûteux à réaliser sous forme de maquettes physiques. L’idée de la simulation consiste ici à réaliser un micro-monde numérique, le plus semblable possible au monde réel ou à sa partie pertinente, et à le faire « tourner » grâce à l’ordinateur, pour prévoir le temps de demain, le fonctionnement du futur avion ou savoir comment se comporteront les marchés l’année prochaine si tel événement se produit. [Jean-Antoine Désidéri]
Il est bien connu que la simulation numérique de phénomènes physiques, biologiques, financiers... a connu des progrès considérables avec l'amélioration des performances des ordinateurs. Accroitre la capacité de calcul, mesurable par exemple par le nombre d opérations réalisées par seconde, donne accès a des champs exploratoires nouveaux. Mais disposer de grosses machines de calculs ne fait pas tout. Il est aussi indispensable de concevoir de manière soignée les algorithmes de calcul, les suites d opérations que devra effectuer l'ordinateur. On illustrera ceci à travers l'exemple amusant du système de Lifshitz-Slyozov, des équations décrivant la formation de certains alliages. En dépit de sa simplicité apparente, ce système reste un challenge mathématique...[Thierry Goudon]
Les systèmes de communication sans fil se développent très rapidement; les technologies et les modes d'utilisation évoluent en permanence. En particulier, les interrogations sur les rayonnements des téléphones mobiles et des antennes-relais sont telles que de nombreuses études, expérimentales ou épidémiologiques, sont conduites aujourd'hui à travers le monde pour en étudier l'impact sur la santé humaine. Dans la majeure partie des études expérimentales on réalise des mesures d'exposition sur des maquettes de têtes remplies d'un liquide possédant les propriétés diélectriques d'un tissu (généralement le cerveau). Or la tête est un milieu hétérogène qui contient de nombreux tissus différents. C’est pourquoi les études expérimentales sont de plus en plus associées à des simulations sur ordinateurs qui mettent en jeu un modèle numérique de l'exposition des tissus de la tête aux ondes électromagnétiques. Dans cet exposé, nous montrerons comment la physique, les mathématiques et l'informatique s'associent harmonieusement pour modéliser l'exposition des personnes aux ondes électromagnétiques de façon à s'assurer de l'innocuité des technologies de télécommunication mobile et de la pertinence des normes d'exposition imposées aux fabricants et aux opérateurs. [Stéphane Lantéri]
Images, modèles et algorithmes pour la médecine et la biologie
Quel lien entre comportement d'insectes parasitoïdes et les mathématiques ? C'est la pointe de la conférence, fournie par la théorie de l'évolution. On montre in fine comment une modélisation et un raisonnement mathématiques accessibles aux élèves de seconde (mais mieux de terminale) permettent de dire des choses pertinentes sur ce comportement. Des perspectives seront ouvertes sur des mathématiques plus difficiles nécessaires pour faire un modèle plus fidèle, et de là vers la recherche contemporaine en écologie comportementale. Un lien sera aussi fait avec l'activité industrielle des producteurs de trichogrammes. [Pierre Bernhard]
Grâce aux images médicales, par exemple, les neurochirurgiens peuvent voir ce qui reste invisible à l'œil nu : l'intérieur du cerveau. Mais, pendant l'intervention, dès qu'ils ouvrent la boîte crânienne et regardent par eux-mêmes, ils n'ont plus qu'une vision de surface. Pour voir au dessous, ils doivent inciser. L'imagerie médicale pendant l'opération pourra leur permettre de voir en profondeur. Au delà de cet exemple, la simulation numérique peut offrir des avantages incommensurables pour le chirurgien : la capacité à apprendre à partir de ses erreurs, la possibilité de s'exercer seul ou avec un formateur, ainsi qu'une adaptabilité supérieure permettant la simulation de divers scénarios allant des pathologies standard à des cas extrêmement rares. [Maxime Sermesant, Grégoire Malandain]
Les métaphores sont tentantes. Qui n’a ainsi jamais pensé : « Si notre cerveau fonctionnait comme un ordinateur, l’esprit en serait le logiciel et les neurones le matériel ». Pas simple. Mais lorsque nous regardons une image, combien de temps faut-il à notre cerveau pour y reconnaître des objets ? Une seconde, une demi-seconde, un dixième de seconde ? Moins ? La réponse à cette question a de nombreuses implications, non seulement pour améliorer la connaissance des mécanismes physiologiques, mais aussi pour définir des méthodes de classification automatiques. En prenant des exemples concrets, nous allons pouvoir expliquer comment fonctionnent quelques grandes fonctions cognitives comme la reconnaissance d'objet ou la génération de trajectoire. [Thierry Viéville]
Les images ont un rôle de plus en plus important dans la société moderne. Les média modernes tels que youTube en sont un exemple frappant. Mais les images jouent également un rôle prépondérant en science. Elles permettent en effet de visualiser et de modéliser des phénomènes à toutes les échelles. Cela va de l'astronomie aux nano particules. Dans cet exposé nous verrons différentes applications de l'imagerie. Nous aborderons des questions de surveillance de la planète, comme par exemple lors d'une marée noire, de cartographie du couvert forestier, ainsi que des applications médicales allant de l'organe jusqu’à la cellule. [Xavier Descombes]
Curiosités mathématiques
Voici un problème simple à énoncer mais difficile à résoudre : comment construire des réseaux (graphes) de degré et de diamètre donnés ? Plus explicitement, comment construire des réseaux avec beaucoup de sommets, où chaque sommet a un petit nombre de voisins et où la distance entre deux sommets est petite ? On fera un exemple avec chaque sommet ayant 3 voisins et deux sommets reliés directement ou via un autre sommet. On montrera comment utiliser cela pour un tour de cartes.
Support (pour l'enseignant) le colloquium Morgenstern : http://www-sop.inria.fr/colloquium/intervenant.php?nom=Bermond&prenom=Jean-Claude [Jean-Claude Bermond]
Le nombre d'or est connu depuis l'antiquité. Mais s'il a quelques propriétés amusantes, il n'a ni le caractère quasi magique qu'on lui prête, ni connu l'usage antique, ni même moderne, qu'on prétend. [Pierre Bernhard]
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