Algorithmes de visualisation des incertitudes en géomodélisation sur GPU, GPU-Based uncertainty visualization algorithms for geomodeling

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Sous la direction de Jean-Jacques Royer, Bruno Levy
Thèse soutenue le 05 octobre 2010: INPL
En géosciences, la majeure partie du sous-sol est inaccessible à toute observation directe. Seules des informations parcellaires ou imprécises sont donc disponibles lors de la construction ou de la mise à jour de modèles géologiques ; de ce fait, les incertitudes jouent un rôle fondamental en géomodélisation. La théorie des problèmes inverses et les méthodes de simulations stochastiques fournissent un cadre théorique permettant de générer un ensemble de représentations plausibles du sous-sol, également nommées réalisations. En pratique, la forte cardinalité de l'ensemble des réalisations limite significativement tout traitement ou interprétation sur le modèle géologique.L'objectif de cette thèse est de fournir au géologue des algorithmes de visualisation permettant d'explorer, d'analyser et de communiquer les incertitudes spatiales associées à de larges ensembles de réalisations. Nos contributions sont les suivantes : (1) Nous proposons un ensemble de techniques dédiées à la visualisation des incertitudes pétrophysiques. Ces techniques reposent sur une programmation sur carte graphique (GPU) et utilisent une architecture garantissant leur interopérabilité ; (2) Nous proposons deux techniques dédiées à la visualisation des incertitudes structurales, traitant aussi bien les incertitudes géométriques que les incertitudes topologiques (existence de la surface ou interactions avec d'autres surfaces) ; (3) Nous évaluons la qualité des algorithmes de visualisation des incertitudes par le biais de deux études sur utilisateurs, portant respectivement sur la perception des méthodes statiques et par animation. Ces études apportent un éclairage nouveau sur la manière selon laquelle l'incertitude doit être représentée
-Incertitude
-Géomodélisation
-Corendu
-Perception
-Gpu
Most of the subsurface is inaccessible to direct observation in geosciences. Consequently, only local or imprecise data are available when building or updating a geological model; uncertainties are therefore central to geomodeling. The inverse problem theory and the stochastic simulation methods provide a framework for the generation of large sets of likely representations of the subsurface, also termed realizations. In practice, however, the size of the set of realizations severely impacts further interpretation or processing of the geological model.This thesis aims at providing visualization algorithms to expert geologists that allow them to explore, analyze and communicate on spatial uncertainties associated to large sets of realizations. Our contributions are: (1) We propose a set of techniques dedicated to petrophysical uncertainty visualization, based on a GPU programming approach that maintains their interoperability; (2) We propose two techniques dedicated to structural uncertainty visualization that can handle both geometrical and topological uncertainties (e.g., the existence of the surface or its relationships with other surfaces); (3) We assess the quality of our uncertainty visualization algorithms through two user studies, which respectively focus on the perception of static and animated methods. These studies bring new elements on how uncertainty should be represented
-Uncertainty
-Geormodeling
-Corendering
-Gpu
Source: http://www.theses.fr/2010INPL042N/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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Ecole Nationale Superieure de Geologie
Institut National
Ecole doctorale RP2E
Polytechnique de Lorraine
ALGORITHMES DE
VISUALISATION DES
INCERTITUDES
EN GEOMODELISATION
SUR GPU
THESE
presentee et soutenue publiquement le 5 octobre 2010
pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Specialite Geosciences
par
Thomas VIARD
Composition du jury
Rapporteurs : Georges-Pierre BONNEAU
Klaus MOSEGAARD
Examinateurs : Guillaume CAUMON
Bruno JOBARD
Invite : Marek CZERNUSZENKO
Directeurs : Jean-Jacques ROYER
Bruno LEVY
Centre de Recherches Petrographiques et Geochimiques
Laboratoire d’Infographie et d’Analyse de Donnees
Rue du Doyen Marcel Roubault - 54500 Vand uvreRemerciements
Pour arriver a bon port, une these requiert de laisser libre cours a la creativite du
doctorant, tout en l’orientant dans la bonne direction a grand renfort de discussions ani-
mees et d’idees eclairees. Je tiens donc a remercier Jean-Jacques Royer et Bruno Levy,
non seulement pour m’avoir encadre tout au long de ces trois annees de these, mais aussi
pour avoir su me communiquer leur passion pour ces deux mondes dierents que sont la
geostatistique et la visualisation scientique. Je souhaite egalement remercier Guillaume
Caumon pour avoir initie cette these, et surtout pour sa participation active a la plupart
des aspects presentes dans le manuscrit. Ca aura ete un vrai plaisir de travailler au sein du
groupe Gocad sous ta direction. Je tiens bien entendu a remercier chaleureusement l’en-
semble des membres du jury pour avoir accepte d’evaluer mes travaux { outre Guillaume
Caumon qui a aussi ete examinateur de cette these, merci a Georges-Pierre Bonneau et
Klaus Mosegaard pour avoir tenu le r^ole de rapporteurs, ainsi qu’a Bruno Jobard pour
avoir ete le second examinateur.
Je tiens egalement a remercier l’ensemble des membres du consortium Gocad, et plus
particulierement la compagnie ExxonMobil, pour avoir nance ces travaux de recherche.
Cette these aura ete l’occasion d’echanges fructueux avec plusieurs des sponsors du consor-
tium. I especially want to thank Marek Czernuszenko, who o ered me an internship at
ExxonMobil URC in Houston and gave me the opportunity to work within a professio-
nal environment. Besides the o cial acknowledgements, I also want to thank him for our
friendly informal discussions ; I really appreciated our cultural exchanges, and I hope you
liked my French bread recipe ! J’ai egalement eu l’occasion de rendre visite a CGGVeritas
a Crawley sur l’invitation de Remi Moyen, je le remercie chaleureusement pour son accueil
la bas, pour ses nombreuses suggestions et critiques constructives envers mon travail, et
pour ces sorties \hors travail" qui m’ont fait voir de plus pres la vie a Crawley. Je tiens
aussi a remercier Alexandre Hugot et Emmanuel Gringarten pour leur participation a
cette these en ce qui concerne les incertitudes dynamiques, et notamment pour les nom-
breuses simulations d’ecoulement qu’ils ont realise sur les modeles Nancy1 et Brugge.
La vie au laboratoire aura ete riche en rencontres qui ont egayees le paysage Nan-
ceen. Parmi les \anciens", merci a Anlor qui a su me convaincre de me lancer dans la
these, a Luc pour nos parties endiablees de Dota et de karting (et accessoirement, pour
m’avoir aide a surmonter mes premieres dicultes techniques), a Lise pour ses petits
g^ateaux (sans toi, le concours de desserts perd son soue !), et a Marco pour avoir par-
tage ses experiences americaines. Parmi ceux qui peuplent encore le labo, je voudrais
remercier Vincent pour m’avoir supporte tout ce temps (deux, quatre, six. . . ouite ?),
Pauline pour sa bonne humeur permanente et ses talents de guide Houstonienne ( !),
Florent pour ses chipoglycemies et ses nombreuses defaites a Volemon, Nico Cherpeau
pour son humour tranquille (et au milieu coule une these !), Gautier pour ses sabres lasers
(wioooooooooom !), Romain pour ses discussions aquariophilosophiques (avec mes felici-
itations pour le petit Joachim !), Julien pour m’avoir insue la tactaque du baby, l’autre
Pauline pour son energie, son enthousiasme et sa navete sans limites, Nacim pour nos
echanges franco-canadiens (tabernacle ! Y causent pas comme icitte ces quebecois. . .), et
Jeanne pour ses gentilles ra^leries (mais ca va pas du tout ca !). La liste serait incomplete
sans mentionner Fatima, qui m’a inlassablement aide sur les problemes administratifs di-
vers et varies, Christophe, qui est toujours disponible pour une resolution de bug ou une
discussion geeko-technique, et Pierre, qui a du gerer mes nombreux hackages du serveur
de licences en plus de m’aider a gerer mes problemes Linuxiens. Enn, merci egalement
2aux etudiants que j’ai pu encadrer { Florian, Caroline, Thibault, Philippe, Gautier , les
deux Charlotte, Gaetan, Solene et Gregoire { d’abord pour avoir supporte ma volonte
de perfectionnisme tout au long de leur projet, et pour leurs e orts et leur gentillesse
constante.
Hors du laboratoire, un grand merci a toute l’equipe de l’URC pour leur accueil parmi
eux, et merci aux stagiaires Houstoniens (Antoine, Derek, Eitan et tous les autres) { je
suis heureux d’avoir pu ne pas comprendre les regles du baseball malgre toutes vos expli-
cations !
Parmi mes amis de longue date, un grand merci a Marion pour son soutien inde-
fectible (b^e^e^e^e^e^e^e^e^eh !), Morgane pour son eternelle fraicheur ([Ton plus aigu] b^e^e^e^e^e^e^e^e^eh !),
Delph pour son caractere bien trempe (mrou ?), Wiwi pour notre entente et nos frequents
debats (alors, c’est quoi un monde ideal en n de compte ?), Raph pour nos echanges
percussionistes, ainsi que Geo rey et Pierrot les orleanais et Virginie la metzine. Merci
aussi aux disparus, particulierement Serge et Kevin, auxquels je pense regulierement ;
j’espere que tout va bien pour vous, les amis. De moins longue date, merci aux membres
du Vladimir Express et de l’orchestre de l’INPL pour ces delicieuses pauses musicales {
Vincent, Elodie, Armand, Philippe, Marion et les autres, j’ai adore grattouiller la peau de
mon djembe pendant que vous faisiez de la musique.
Je tiens egalement a remercier toute ma famille pour m’avoir fait avancer jusqu’a
aujourd’hui - papa, maman, papi et mamie, Annie et Georget, Nanine, Sylvie et Mar-
cot, Gwen, David (felicitations a toi et a Delphine pour la petite Margaux !), Monique et
Georges. Quelle que soit la distance, vous restez sans cesse dans mes pensees. Merci aussi
a ma belle famille pour m’avoir soutenu ces dernieres annees - Michel et Louise, Melanie,
Maguelone. Votre accueil me fait toujours chaud au c ur. Enn, un grand merci a ma
future femme, Rebecca, qui a toujours su ^etre derriere moi quand j’en avais besoin. Plus
que quelques mois avant de te dire oui !
Pour conclure ces remerciements, je souhaite faire un grand dougoudouk a Topaze
et Elodee. Vos incessantes prises de bec me manquent beaucoup.
ii

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