Stage de D.E.A. effectué à l'Université de Groningen (Pays-Bas)
Isotopies de graphes planaires avec applications à la métamorphose.

Résumé

Étant donné un graphe planaire G, une isotopie de G est une déformation d'un plongement de G en un autre plongement. Notre étude des isotopies est initialement motivée par des applications à la métamorphose (morphing).

Soient deux plongements Gamma et Gamma' de G dans le plan tels que les deux faces externes sont incidentes aux mêmes sommets de G, ceux-ci étant situés aux mêmes positions dans les deux plongements. L'objectif est alors de donner une construction algorithmique d'une isotopie, c'est-à-dire une famille continue de plongements Gamma_t, t entre 0 et 1, avec Gamma_0=Gamma et Gamma_1=Gamma'.

Notre approche du problème de calcul d'une isotopie repose sur l'idée physique suivante. Fixons les sommets extérieurs de Gamma, et remplaçons par la pensée les arêtes non incidentes à la face externe par des ressorts (de longueurs à vide nulles), les sommets intérieurs pouvant se déplacer en restant fixés à ces ressorts. Tutte a démontré que, dans des conditions raisonnables (graphe 3-connexe, complémentaire de la face externe convexe, constantes de raideur >0), l'équilibre du système physique ainsi créé constitue un plongement : les arêtes ne se croisent pas. Maintenant, si l'on modifie petit à petit les constantes de raideur des ressorts, l'équilibre se déplace ; on peut ainsi déformer le graphe.

Nous calculons, grâce à la correspondance de Maxwell-Cremona, des constantes de raideur de ressorts (stress) correspondant à l'équilibre Gamma (resp. Gamma'). Le problème est maintenant d'interpoler les deux familles de constantes de raideur pour passer de Gamma à Gamma', sans créer de croisements d'arêtes. Cela se fait sans difficulté par interpolation linéaire si tous les coefficients sont >0. Cependant, cette condition n'est pas toujours réalisable, et dans ce cas le problème n'est pas toujours résolu avec cette approche.

Précisions

Ce stage s'est déroulé du 2 avril au 13 juillet 2000, ŕ l'université de Groningen (Pays-Bas), sous la direction de Gert Vegter en collaboration avec Michel Pocchiola. Entre autres choses, on trouvera dans le rapport une preuve complète (en anglais) du théorème de plongement barycentrique de Tutte.

Le rapport de stage est disponible (ps.gz, pdf, bib)


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