Modélisation géométrique, Simulation et Interaction

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Modélisation géométrique, Simulation et Interaction

Bilan de 2011 à mi-2016 et prospective du thème Modélisation, simulation et interaction

Objectifs / Challenges

Le principal objectif est d'améliorer la qualité en termes d'efficacité et de robustesse des opérations de modélisation géométrique et de simulation. Pour atteindre cet objectif, nous exploitons nos modèles topologiques à base de cartes combinatoires qui facilitent la conception d’opérations de modélisation géométrique grâce à leur généricité, en terme de dimension et de type de cellule, et grâce également à la séparation de la topologie et du plongement des objets qui en est le concept de base.

Participants

• Deux professeurs : Dominique Bechmann et David Cazier
• Un directeur de recherche : Stephane Cotin
• Trois maîtres de conférences : Antonio Capobianco, Jérôme Grosjean et Pierre Kraemer
• Deux ingénieurs : Thierry Blandet et Sylvain Thery
• 5 Doctorants : Sabah Boustila (Contrat Projet CIMBEES du 12/2012 au 09/2015), Lionel Untereiner (Allocataire Unistra du 10/2010 au 09/2013), Jonathan Wonner (Allocataire Normalien du 01/2011 au 12/2013).

Résultats

Modèle volumique adaptatif et multi-résolution

Une tendance forte en modélisation géométrique est d'utiliser la multirésolution afin de représenter des objets à différentes échelles. Nous avons proposé un modèle tout à fait original, les cartes combinatoires multirésolutions basée sur le modèle des cartes combinatoires. Ces travaux ont été étendus avec la thèse de Lionel Untereiner [ 8-UNTE13 ] à des maillages de dimension quelconque. Nous avons défini des opérateurs topologiques et géométriques permettant de travailler d’abord en dimension 3 sur des maillages tétraédriques et hexaédriques, puis plus généralement sur des topologies arbitraires avec une approche multi-échelles [ 3-UCB12, 2-UCB13 ].

Si des représentations multirésolution sont étudiées depuis longtemps pour les surfaces, les modèles multirésolution supportant des représentations volumiques ou de dimension supérieures sont très rares et limités à des applications très spécifiques. La mise au point de modèles génériques multirésolution équipés d’opérateurs de simplification, de subdivision et de raffinement à la fois topologiques et géométriques représente un enjeu majeur en modélisation géométrique. Ces travaux ont été implémentés dans la plateforme de modélisation CGoGN [ 4-KUJT13 ]. Une représentation implicite, plus compacte, a également été proposée [ 2-UKCB15 ].

Détection des collisions dans des scènes en mouvement

Dans le cadre de l’animation ou de la simulation temps-réel, nos modèles combinatoires permettent une structuration de l’espace dans lequel les objets évoluent, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour aborder des problèmes importants en géométrie algorithmique, comme la détection de collision ou la recherche de plus proches voisins. Nous avons utilisé ce principe en exploitant une subdivision topologique de l’environnement particulièrement bien adaptée au cadre de la simulation de foules. Nos modèles permettent de subdiviser à la volée les cellules quand la densité d’agents augmente. A contrario, lorsque celle-ci baisse, les cellules sont simplifiées. Cette approche nous a permis d’obtenir des requêtes de proximité exécutées en temps constant quel que soit la densité de la scène simulée [ 2-JKC12 ].

D'abord limité à des agents ponctuels, ces travaux ont été étendus avec la thèse de Thomas Pitiot [ 8-PITI15 ] à des agents polygonaux déformables [ 2-PCJH14 ], puis utilisés dans le cadre d'applications médicales pour suivre les déplacements d'une aiguille au sein des tissus et structures anatomiques traversés.

Simulation de découpes et déchirures en temps réel

En 2014, avec la thèse de Christoph Paulus, nous avons exploité nos modèles combinatoires volumiques, pour la simulation de découpe d'objets déformables [ 2-PUCC15 ]. En particulier, nous avons développé des opérateurs de subdivision permettant d'approximer une surface de séparation tout en garantissant que le nombre de noeuds et d'éléments ajoutés soient aussi réduit que possible. Ce dernier point étant essentiel pour garantir des temps de calcul compatible avec des simulations temps réel.

Ces travaux ont été utilisés pour la détection et le suivi automatique de découpes et déchirures dans des séquences vidéos [4-PHCC15a ]. L'analyse des trajectoires de points caractéristiques sélectionnés dans les images est couplée à la structure combinatoire de nos modèles pour reproduire les déchirures observées sur les modèles virtuels ce qui permet leur utilisation dans le cadre d'application en réalité augmentée. Les dernières publications dans la communauté de l’informatique médicale témoignent de l’intérêt de cette approche [ 4-PHCC15, 2-PHKSxx ]

Prédiction et sélection de cibles en environnement dense

(thèse Wonner 2013 [8-Wonn13]) : [4-WGCB13, 4-WGCB12, 5-WGCB11]

Séparation des degrés de liberté pour la manipulation d'objets

(IEEE VR2011) : [4-VCB12, 4-VCB11, 4-VCB10, 4-VCB09]

Facteur de perception des distances en environnement virtuel

(thèse Sabah Boustila 2016) : [4-BCB16a, 4-BCB16b, 4-BCB15, 5-BBC15]

Autres publications

[2-CFB15]

Perspectives

bechman