Modélisation géométrique, Simulation et Interaction
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), Christoph Paulus (Allocataire INRIA à partir du 01/2014), Thomas Pitiot (Allocataire CNRS / Région Alsace du 10/2012 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 basées 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
Dans le cadre de 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]
Séparation des degrés de liberté pour la manipulation d'objets
Notre préoccupation en interaction est d'améliorer la création et la manipulation interactive d’objets numériques. L’espoir suscité par la réalité virtuelle à ses débuts était que les environnements immersifs seraient de nature à améliorer la perception des objets 3D et les opérations de création et de manipulation. En réalité, si la vision stéréoscopique procure une sensation de 3D, elle rend les manipulations directes moins précises. Notre objectif a donc été de proposer des solutions qui permettent de tirer parti de ces environnements immersifs.
Nous avons obtenu des résultats convaincants pour des tâches de positionnement et d’orientation d’un objet grâce à la séparation des degrés de liberté et à l’utilisation de la proprioception (connaissance que l’on a sur la position de son propre corps). En consécration de ces travaux, nous avons obtenu une publication dans la meilleure conférence internationale de réalité virtuelle IEEE VR’2011 [4-VCB11] où cette année-là ce devait être le seul papier long accepté issu d’un laboratoire français.
Prédiction et sélection de cibles en environnement dense
Dans le cadre de la thèse de Jonathan Wonner [8-Wonn13], nous avons proposé des aides à la sélection de cibles en environnement immersif. Après avoir étudié le geste de sélection de l’utilisateur afin de prédire la cible visée [5-WGCB11], nous avons ensuite travaillé sur la planification du geste en permettant de localiser la cible grâce à une indication de son orientation [4-WGCB13]. Enfin, nous avons défini une technique performante de sélection d’une cible en environnement dense [4-WGCB12].
Facteur de perception des distances en environnement virtuel
Dans le cadre de la thèse de Sabah Boustila, la navigation virtuelle a été étudiée dans le cadre de la revue de projet de maquettes virtuelles de maisons. Un protocole permettant de tester si la vitesse de navigation, l’ameublement des maisons ou le profil cognitif des utilisateurs peuvent avoir un impact positif sur la perception des distances et des volumes (habitabilité) en environnement virtuel a été mené et les résultats ont été publiés à IHM et à ACM VRST CORE Rank A [5-BBC15, 4-BCB15]. Un nouveau type de projection 3D a également été expérimenté pour élargir le champ de vue vertical et améliorer la perception des volumes [4-BCB16a, 4-BCB16b].
Autres publications
[2-CFB16]