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BE Pologne 22  >>  5/04/2013

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Informatique / Algorithmes
Le portrait de Gabriel Fahrenheit recréé grâce à un algorithme génétique

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72718.htm

Des scientifiques de l'Ecole Polytechnique de Gdansk ont généré par ordinateur un portrait de Daniel Gabriel Fahrenheit, le physicien hollandais du 17ème siècle d'origine polonaise, célèbre pour l'élaboration d'une échelle de température qui porte son nom.

Aucun portrait du fameux savant inventeur du thermomètre à mercure n'a survécu jusqu'à nos jours. "Les images de Fahrenheit disponibles sur Internet ne sont que de simples suppositions. Les seules certitudes sont que Fahrenheit est né en 1686 à Gdansk (Dantzig à l'époque, ville libre dans la République nobiliaire de Pologne) et qu'il portait souvent une perruque, une robe et une veste." assure le prof. Krawczyk, recteur de l'Ecole Polytechnique de Gdansk et superviseur du projet, lors d'un entretien téléphonique avec le service scientifique de l'Ambassade de France en Pologne.


Voici, à gauche, le portrait de Daniel Gabriel Fahrenheit créé par l'algorithme génétique. Le professeur Piotr Jozefowicz de l'Académie des Beaux-arts de Gdansk a dessiné une peinture de Fahrenheit à partir de ce portrait, qui sera affichée dans les locaux de l'Ecole. Les deux petites images de droite sont d'autres portraits supposés de Fahrenheit.
Crédits : Ecole Polytechnique de Gdansk / Vincent Galand, Ambassade de France en Pologne

Le projet est né au sein de l'Ecole qui voulait commémorer ce célèbre scientifique né à Gdańsk. Vu qu'aucune source d'images authentiques de Fahrenheit n'a pu être trouvée, une compétition de la meilleure vue d'artiste du physicien a été annoncée.

Le projet a été rendu possible par un "algorithme génétique" développé par Dr. Jerzy Proficz et Tomasz Ziolkowski, un jeune chercheur et un doctorant, respectivement, du Centre Universitaire d'Informatique de l'Ecole Polytechnique de Gdansk. Les algorithmes génétiques sont des algorithmes d'optimisation s'appuyant sur des mécanismes dérivés de la génétique et de l'évolution naturelle : croisements et mutations, puis sélection. Leur but est d'obtenir la meilleure solution à un problème d'optimisation, lorsqu'il n'existe pas de méthode exacte (ou que la solution est inconnue). La nouveauté introduite par ce groupe de chercheurs a été la prise en compte du mécanisme d'enjambement (aussi connu sous le nom de croisement ou recombinaison) en complément des mutations.

"Le programme que nous avons développé permet de créer des portraits virtuels de personnes dont l'apparence est inconnue", explique le prof. Krawczyk. "A partir de données historiques, telles que les portraits de la famille ou des descriptions textuelles d'une personne, nous avons conçu un algorithme génétique capable de créer des portraits susceptibles de ressembler à cette personne." précise-t-il.

Les visages générés par l'algorithme sont ainsi croisés les uns avec les autres afin de créer de nouveaux visages plus "évolués". Alors que les visages sont soumis à des croisements, l'algorithme ajoute, de façon ponctuelle, une phase dans laquelle les solutions sont soumises à de discrets changements aléatoires, semblable à la façon dont l'ADN est parfois sujet à des mutations au cours de la vie. Ces cycles de croisements, de mutations et de génération de nouveaux visages sont ensuite répétés des centaines de fois (voir illustration ci-dessous).


Schéma de deux opérations successives par l'algorithme génétique: un croisement (à gauche) et une mutation (à droite). Ces opérations, répétées des centaines de fois afin de simuler les processus de l'évolution, ont nécessité l'aide d'un supercalculateur de 100 Teraflops et ce pour plusieurs semaines.
Crédits : Ecole Polytechnique de Gdansk / Vincent Galand, Ambassade de France en Pologne

Le "meilleur" portrait ?

Les chercheurs sont arrivés à une observation très curieuse, à savoir qu'à un moment donné, les visages générés par l'algorithme génétique ne changeaient plus. C'est à ce moment là que l'équipe a décidé "Nous ne savons pas si l'on peut en déduire que nous avons trouvé un "point final" de l'évolution, mais c'est un constat très intéressant, qui nous a amené à de longues discussions métaphysiques dans le laboratoire !" s'exclame le Dr. Jerzy Proficz, lors d'un entretien avec l'Ambassade de France en Pologne. Rappelons qu'un supercalculateur de 100 Teraflops a du être sollicité pour faire fonctionner cet algorithme.

Pour réaliser le portrait de Fahrenheit, les scientifiques ont utilisé des images de la famille et des résidents contemporains de Dantzig qui ont eu une expérience de vie et un statut social similaire, tels que des aristocrates, des universitaires et des membres du clergé. Au total, 28 portraits d'habitants de Dantzig de la fin du 17ème et du début du 18e siècle, des photographies du père et du grand-père de Fahrenheit, ont été recueillies à la Bibliothèque de l'Académie polonaise des Sciences et le Musée National de Gdansk.

"L'algorithme de Fahrenheit était une nouvelle expérience pour moi, une tâche d'autant plus difficile puisque je savais dès le début qu'une reconstruction fidèle à 100 pour cent serait impossible", dit Ziolkowski. "Il était donc nécessaire de faire une sélection d'une variété de données." Les yeux, la bouche, le nez, le front et le contour du visage ont été enregistrés par l'algorithme (voir ci-dessous).


Pour fonctionner, l'algorithme génétique a enregistré certains points du visage responsables des expressions faciales et de l'apparence. Les yeux, la bouche, le nez, le front et le contour du visage ont été analysés par l'algorithme.
Crédits : Ecole Polytechnique de Gdansk

Est-ce que les scientifiques pensent que ce portrait est le plus fidèle de Fahrenheit ? "Non" répond Ziolkowski. En effet, à l'heure actuelle, le seul moyen de reconstituer le visage d'un personnage historique est basé sur les restes du crâne. "Des individus peuvent être très différents de leurs parents en raison de certains événements aléatoires que nous sommes incapables de prédire à ce stade de développement de la science. Nous avons fait ce que l'état actuel des connaissances nous a permis de faire".

"Notre algorithme est encore imparfait et il est trop tôt pour le commercialiser", explique Ziolkowski. "Nous voulons maintenant établir une collaboration avec des généticiens pour identifier conjointement des facteurs supplémentaires qui pourraient améliorer notre algorithme."

--

Daniel Gabriel Fahrenheit

Daniel Gabriel Fahrenheit est né à Dantzig en 1686, dans une famille de marchands. A l'âge de 15 ans, après la mort de ses parents, il quitte la ville et se rend aux Pays-Bas et par la suite en Angleterre, où il se concentre sur ses recherches. Il devient en 1724 membre de la Royal Society britannique. Bien que vivant à l'étranger, Fahrenheit a visité Gdańsk à plusieurs reprises, notamment en 1710 et 1712. Il est meurt à La Haye en 1736.

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Pour en savoir plus, contacts :

- Professeur Henryk Krawczyk, directeur du département d'informatique et recteur de la polytechnique de Gdansk - TEL : (+48) 583 47 12 69 - MEL : rektor@pg.gda.pl
- Dr. Jerzy Proficz, Centre informatique universitaire de l'Ecole Polytechnique de Gdansk - TEL : (+48) 583 48 63 43 - MEL : j.proficz@task.gda.pl
- "Les algorithmes génétiques" : http://www.alliot.fr/fgenetic.html.fr
- Site internet du Centre informatique universitaire de l'Ecole Polytechnique de Gdansk : http://www.task.gda.pl/english/index

Code brève
ADIT :
72718

Sources :

- "Gabriel Fahrenheit à la Polytechnique de Gdansk" (en polonais) : http://www.pg.gda.pl/?kat=aktualnosci&id=4302
- "Des informaticiens de la polytechnique de Gdansk créent un portrait virtuel de Daniel Gabriel Fahrenheit" (en polonais) : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/9DIif
- Site internet de l'Ecole Polytechnique de Gdansk (en anglais) : http://www.pg.gda.pl/en/

Rédacteurs :

Vincent GALAND, Ambassade de France en Pologne - MEL : vincent.galand@diplomatie.gouv.fr - TEL : 0048.69.003.70.28. Retrouvez toutes nos informations et activités sur http://institutfrancais.pl/sciences-universites/. Pour s'abonner au Bulletin Electronique : http://www.bulletins-electroniques.com/emailix/abonnements.htm

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Origine :

BE Pologne numéro 22 (5/04/2013) - Ambassade de France en Pologne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72718.htm
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