Sylvain Lefebvre donne une nouvelle vie aux images de synthèse

« Inria est un très bon endroit pour faire de la recherche, défricher, expérimenter... notamment sur des thématiques sur lesquelles une entreprise pourrait difficilement se permettre d'investiguer à cause d’un risque d’échec trop important », estime Sylvain Lefebvre, 41 ans, responsable de l'équipe-projet MFX (pour Matter from Graphics), commune à Inria Nancy Grand-Est et au Loria. Fils de mécanicien tourneur-fraiseur, il a très tôt utilisé l'ordinateur pour créer virtuellement ce qu’il ne pouvait pas encore fabriquer dans la réalité, faute de pouvoir manier des machines-outils trop dangereuses.

Passionné par la synthèse d'image, un sujet maintenant en plein essor grâce au développement des effets spéciaux et du jeu vidéo, il s’oriente vers un mastère en informatique graphique à l’université Grenoble-Alpes et passe plusieurs années à effectuer des recherches dans ce domaine. Mais il revient progressivement vers le monde physique : « J'ai eu envie de sortir les images de l’écran, pour créer des objets réels et tangibles à partir des formes produites par nos algorithmes, ce que l'impression 3D a rendu possible. »

Synthèse de texture à l'affiche

Après ses premières expériences dans la programmation, dès 1983, puis la synthèse d'image, à partir de 1993, son aventure académique débute en 2001 chez Inria à Grenoble. Sylvain Lefebvre rallie l'équipe-projet IMAGIS en tant que thésard. Encadré par Fabrice Neyret, il planche avec succès sur « des problématiques de texture en synthèse d'image », en somme la création — sans les peindre à la main — de tout petits détails sur la surface des objets, avant de s'envoler pour un postdoc d'un an et demi outre-Atlantique, chez Microsoft Research. « J'ai eu la chance de rencontrer lors d'une conférence Hugues Hoppe, l'une des légendes de l'informatique graphique, raconte le chercheur. À la fin de mon doctorat j’ai pu rejoindre Microsoft et travailler avec lui dans un environnement exceptionnel, regroupant plusieurs des chercheurs à l’origine de notre domaine. L'informatique, et en particulier la synthèse d’image, reste une thématique assez récente et il est incroyable de pouvoir discuter avec les chercheurs qui ont inventé les bases de notre discipline ! D’ailleurs, il n'y a pas besoin d’aller très loin, puisque plusieurs d'entre eux sont des collègues français. »

De retour en France, en 2006, Sylvain Lefebvre rejoint cette fois l'équipe REVES d’Inria à Sophia-Antipolis (aujourd'hui GRAPHDECO) et continue de développer des algorithmes permettant d'effectuer de la synthèse de textures automatique. Particularité ? « Les traitements ont vocation à être effectués très rapidement, grâce à des techniques d'utilisation des processeurs massivement parallèles [1] (GPU) sur lesquelles on s'appuie encore actuellement, notamment pour permettre à l'utilisateur de changer interactivement les paramètres sur de grandes images, précise-t-il.  Avec ces technologies, il est aussi possible, dans le cadre d'un jeu vidéo, d’éviter de stocker en mémoire une partie de la représentation virtuelle de l'univers à explorer : les calculs pourront être effectués au fur et à mesure des déplacements du joueur dans l'environnement. »

Travaux sur les représentations de la géométrie

2009 est une année charnière : Sylvain Lefebvre déménage à Nancy et rejoint l’équipe ALICE, où il s'oriente progressivement vers une thématique en apparence distante de son expertise première : la modélisation géométrique. En apparence seulement, car « la frontière entre géométrie et texture, ou entre structure et détails, est floue » : les technologies qui permettent de reproduire des textures par l'exemple pourraient aussi être utilisées pour reproduire des détails géométriques complexes.

L’équipe MFX est née de la volonté d’approfondir le lien entre informatique graphique, fabrication additive et génération semi-automatique de formes et de détails. En 2018, Sylvain Lefebvre crée l’équipe avec trois autres collègues : Samuel Hornus, Jonàs Martínez et Cédric Zanni. « Nous avons vu durant ces dernières années se démocratiser les imprimantes 3D. De notre point de vue, ce sont des outils comparables à des écrans mais qui permettent de fabriquer des objets, et des objets d’une complexité impossible auparavant. Ceci ouvre des pistes de recherche incroyables, notamment parce que les "détails et textures", une fois dans le monde réel, modifient les propriétés physiques d’un objet, et en particulier sa flexibilité, sa porosité, son poids, son équilibre ou sa rugosité... »

Bonnes impressions sur l'impression 3D

Cette approche est à la base du projet Shapeforge que Sylvain Lefebvre a impulsé en 2012 et qui a été financé dans le cadre du très compétitif appel à projets européen ERC 2012 : « Nous avons décidé de nous appuyer sur des méthodes historiquement utilisées pour la conception de films ou de jeux vidéo afin de proposer de nouvelles technologies utiles pour l'impression 3D et la fabrication additive. » Il amorce dans le même temps le développement d'IceSL, un logiciel de modélisation et de « tranchage » (opération qui consiste à fournir les informations des tranches à fabriquer) pour l'impression 3D, documenté au travers d'un grand nombre de publications en open access. Des industriels se montrent intéressés, au même titre que les makers – traduire les passionnés – : on dénombre ainsi à ce jour plus de 50 000 téléchargements de la version communautaire et plusieurs milliers de maillages traités via la version en ligne.

La boucle est bouclée ? Non. Car Sylvain Lefebvre et son équipe étudient d'autres technologies permettant de modéliser et d'imprimer en 3D des formes toujours plus complexes, aux propriétés étonnantes. Et avec des algorithmes toujours plus rapides, pour permettre aux entreprises d'industrialiser les processus de fabrication additive de pièces aussi sophistiquées et différentes que les prothèses médicales, les équipements sportifs, les pièces pour l'aérospatial...

• 2001 : DEA (aujourd’hui mastère 2) à l'université Grenoble-Alpes ;
• 2004 : thèse de doctorat sur les textures en synthèse d'image, sous la direction de Fabrice Neyret, directeur de recherche au CNRS ;
• 2005- 2006 : postdoctorat chez Microsoft Research (Seattle) ;
• 2006 : chercheur chez Inria sur la synthèse de contenu graphique (images, textures, formes), à des fins de modélisation ou de rendu temps réel de formes et de scènes complexes ;
• 2018 : directeur de recherche, création de l'équipe-projet MFX chez Inria à Nancy