Sous-sections

Animation et modélisation



Participants : Marie-Paule Cani, François Faure, Jean-Dominique Gascuel, Fabrice Neyret,

David Bourguignon, Gilles Debunne, Eric Ferley, Dan Stora.


Plaquage de texture



Participants : Marie-Paule Cani, Fabrice Neyret.

La mise au point de l'aspect des surfaces par le biais de textures constitue une phase importante du travail de modélisation par les utilisateurs de la synthèse d'image (pour les effets spéciaux comme pour les jeux vidéo). La méthode usuelle de texturation comporte deux stades: la conception d'une carte de texture (i.e. l'image) et la mise en place d'un mapping (spécification du plaquage de cette carte sur la surface). L'image peut couvrir en une fois toute la surface, ou bien constituer un échantillon de texture à répéter pour couvrir la surface. Cependant le mapping comporte fatalement des distortions d'autant plus graves que la surface est courbe ou topologiquement complexe (car seules les surfaces développables sont paramétrables sans distortion ni discontinuité). Les utilisateurs contournent ce problème en distordant leurs images et en plaçant les défauts aux endroits les moins visibles.

Nous avons introduit une nouvelle approche permettant de texturer toute surface à l'aide d'échantillons de texture sans distortion ni discontinuité, sans périodicité apparente, et offrant à l'utilisateur un contrôle de l'hétérogènéité (par contre l'approche s'applique essentiellement aux textures isotropes). L'idée consiste à remplacer la paramètrisation globale de la surface (intrinsèquement problématique) par une suite de paramètrisations locales et de contraintes de continu-dérivabilité portant le contenu des échantillons. Notre méthode consiste d'une part à créer automatiquement un maillage triangulaire régulier dont les triangles sont projetés sur la surface afin d'obtenir des domaines triangulaires courbes (définissant les paramètrisations locales), et d'autre part à créer (intéractivement ou automatiquement) une série d'échantillons triangulaires mutuellement compatibles (en général quatre). Pour la génération des échantillons, nous avons adapté deux méthodes procédurales (textures de Perlin et textures de Worley) et testé deux méthodes intéractives (images réelles et dessins). Les échantillons sont alors associés aux domaines triangulaires de manière à respecter la compatibilité des valeurs sur les frontières par tirage aléatoire contraint, incorporant éventuellement des contraintes de l'utilisateur. Ces travaux, illustré sur la Figure 7, on fait l'objet d'une publication à Siggraph [10].

On peut noter que cette méthode de texturation est compatible avec la plupart des techniques associées aux textures (synthèse de Fourier, bump-mapping, textures volumiques), et est utilisable tant dans le cadre du rendu réaliste que de la réalité virtuelle. En particulier, nous l'avons utilisée pour plaquer un pattern de cellules sur un foie virtuel dans le cadre d'un simulateur de chirurgie (voir 5.4).

Figure 7: Texturation de diverses surfaces avec différents types d'échantillons (de gauche à droite et de haut en bas: textures procédurales de Perlin et de Worley, édition d'image réelle, tracé manuel). On peut constater l'absence de distortion, de discontinuité et de périodicité.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize =6.3cm\epsfbox {FIGURES/texturnondisto.eps}% 14\end{center}\end{figure}

Modélisation à l'aide de surfaces implicites



Participants : Marie-Paule Cani, Jean-Dominique Gascuel, Eric Ferley.

Nos travaux de modélisation géométrique ont porté pour cette année sur l'utilisation des surfaces implicites dans le cadre d'un logiciel de sculpture virtuelle. Le modèle de surface utilisé est líso-surface d'un potentiel discrétisé sur une grille. Ce travail est décrit en détail dans la partie réalité virtuelle du rapport (voir 5.4).


Animation de coulées de lave



Participants : Marie-Paule Cani, Jean-Dominique Gascuel, Fabrice Neyret, Dan Stora.

La réalisation d'effets spéciaux purement numériques demande de savoir modéliser et animer des phénomènes naturels complexes, tout en offrant à la fois des temps de calcul acceptables et un bon réalisme visuel. L'animation de coulées de lave donne un exemple intéressant de cette complexité: la lave est en effet un liquide visqueux dont la viscosité et l'aspect de surface changent en fonction de la température, cette dernière pouvant être calculée en simulant les transferts de chaleur. De plus, le modèle proposé doit être capable de rendre compte de phénomènes d'échelles très différentes, du calcul de la trajectoire de la coulée sur un modèle numérique de terrain à la modélisation des aspérités de la croûte qui se solidifie progressivement.

La solution que nous avons développée s'appuie sur l'utilisation d'un ``modèle à couches'': les mouvements à grande échelle dus aux interactions au sein de la coulée et avec le terrain sont calculés grâce à un système de particules lissées. Le flot de particules obtenu est ensuite habillé par une surface en mouvement dont la texture et la rugosité évoluent avec la température sous-jacente. Ce travail a fait l'objet d'une publication à la conférence Graphics Interface'99  [35].

Figure 8: Simulation de coulée de lave.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize =11cm\epsfbox {FIGURES/lave.eps}\end{center}\end{figure}

Animation de structures articulées



Participants : Francois Faure, Jean-Dominique Gascuel, Laure France.

L'ensemble des fonctionnalités déjà développées à iMAGIS pour simuler efficacement le mouvement et les interactions d'objets rigides articulés (animation par positions clés, cinématique inverse, dynamique directe, dynamique inverse, calcul des forces de réaction et de frottement lors de collisions ou de contacts entre solides) a été mis à profit dans le cadre de la thèse de Laure France [3], portant sur la simulation graphique d'un robot bipède. Les capacités sensorielles de ce robot ont été modélisées grâce à la simulation, exploitant le hardware graphique, de capteurs proximétriques. Ces derniers rendent le robot réactif à son environnement [24].

D'autre part, Francois Faure, qui vient d'être recruté en octobre 99, va reprendre l'activité du projet sur le thème des structures articulées et des interactions entre objets rigides.

Animation de formes organiques



Participants : Marie-Paule Cani, David Bourguignon, Gilles Debunne, Dan Stora.

La modélisation de tout ou partie du corps humain est l'un des défis de l'animation de synthèse. Les applications d'une telle modélisation vont de l'enseignement et de l'aide au diagnostic en médecine à l'animation de modèles sophistiqués de personnages pour les applications à l'audiovisuel.

Dans le premier contexte, nous avons entamé une étude sur la modélisation des tissus myocardiques en vue de la simulation pédagogique d'un coeur humain, dans le cadre du projet de DEA de David Bourguignon. De premiers résultats ont été obtenus sur la modélisation de l'activation électrique et celle du processus de contraction (voir Figure 9). Ce travail, qui se poursuit actuellement par une thèse, s'inscrit de l'action incitative inter-GDR-PRC ``Coeur Battant'', soutenue par le MENRT.

D'autre part, nous développons un modèle à couche temps-réel pour un foie virtuel, dont les déformations à grande échelle s'appuient sur un modèle élastique adaptatif original. Ce modèle, destiné à un simulateur de chirurgie, est décrit en détail dans la section réalité virtuelle (voir la partie 5.4).

Figure 9: Simulation de la contraction du muscle papilaire, dans le cadre de la modélisation d'un coeur animé.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize =8cm\epsfbox {FIGURES/papilaire.eps}\end{center}\end{figure}

En ce qui concerne l'animation de personnages dans leur ensemble, le projet de DEA de Dan Stora a permis de mettre en route une étude sur l'animation interactive des couches muscle/chair/peau d'un personnage animé dont le mouvement du squelette est donné. Les déformations dues à l'inertie de la chair sous l'effet de l'accélération du squelette sont restituées de manière simplifiée sans nuire à l'interactivité de l'animation, comme on le voit sur la figure 10.

Figure 10: Déformations automatiques de la chair d'un personnage en fonction de l'accélération de son squelette, à partie de la forme du personnage au repos données à gauche.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize =7cm\epsfbox {FIGURES/deformePerso.eps}\end{center}\end{figure}

Enfin, nous poursuivons notre travail sur la simulation de chevelures, un point important pour le réalisme visuel des acteurs de synthèse, dans le cadre d'une collaboration avec l'Université de Montréal. Nous avons déjà mis au point un modèle à couches permettant de structurer une chevelure virtuelle en un ensemble de mèches inter-agissantes. Cette technique permet l'animation de longues chevelures en interaction avec le corps du personnage animé.