Logiciels

Simulation dynamique

Résumé : Il s'agit de développer une librairie pour la simulation dynamique utilisable via FTP par l'ensemble de notre communauté scientifique. Cette librairie intègre les algorithmes les plus récents en matière de modèles géométriques et calcul de distances, ainsi que les modèles déformables et algorithmes développés au sein du projet Sharp. Afin de garantir la portabilité et l'évolutivité, l'ensemble est basé sur les standards actuels (C++, STL, OpenGL). Il est à noter que la partie géométrique de ces librairies peut aussi être considérée comme une base pour un logiciel de CAO-robotique.

$Robot\Phi$ est un simulateur dynamique qui permet de calculer le mouvement d'un objet, ses déformations ainsi que les interactions avec les autres objets et l'environnement. Deux versions du système existent : une version sous Unix qui utilise Geomview pour la visualisation 3D, et une sous Windows 95/NT qui utilise la bibliothèque graphique OpenGL pour la visualisation 3D.

Les caractéristiques principales de ce système sont les suivantes :

Intégration de la dynamique d'objets rigides et déformables.
Simulation de comportements visco-élastique et visco-plastique.
Prise en compte de trois types d'interactions : les collisions, les frottements (statique et dynamique), et la viscosité du milieu.
Utilisation d'une approche adaptative pour résoudre l'équation différentielle qui caractérise le comportement dynamique des objets. Cette approche permet d'accélérer le temps de calcul, d'éviter la divergence numérique et d'estimer l'erreur commise.
Construction semi-automatique du modèle dynamique d'un objet à partir de son modèle géométrique, tout en respectant ses propriétés d'inertie et en optimisant le niveau de discrétisation.
Utilisation d'un algorithme de détection de contact dont la complexité est linéaire pour les objets déformables et constante pour les objets rigides.
Utilisation d'un algorithme d'identification qui permet d'identifier les paramètres physiques d'un objet (rigidité, viscosité) et de respecter certaines contraintes (définies par l'utilisateur) sur le comportement de l'objet.
La complexité totale de l'algorithme qui calcule, à chaque pas de temps, la nouvelle position d'un objet polyédrique est linéaire en fonction du nombre de ses sommets.

La première version de $Robot\Phi$ a déjà été intégrée dans la machine d'effets spéciaux 3D Psy développée et commercialisées par Getris-Images GDI. Un ``plug-in'' pour le système 3DStudio Max (de Kinetix) a également été développé. Une nouvelle version de $Robot\Phi$ (utilisant les notions de programmation orientée objet, programmation orientée donnée et programmation générique) est en cours de développement. Cette version comportera en plus les caractéristiques suivantes:

Une interface programmable par l'utilisateur grâce à un interpréteur Lisp intégré.
La possibilité pour l'utilisateur de définir des contraintes dynamiques qui lui permettent de traiter des objets dont le comportement n'est pas visco-élastique ou visco-plastique.
L'approche orientée objet nous permettra d'optimiser le choix des algorithmes et des modèles à appliquer au cas par cas, et ceci en fonction des propriétés des objets considérés : rigide ou déformable, convexe ou concave, complexe ou simple, besoin de précision numérique ou non.
La nouvelle architecture permettra l'exécution en parallèle sur plusieurs processeurs.
Le simulateur pourra intégrer plusieurs modèle dynamiques (système de particules, dynamique d'objets rigides, dynamique de chaînes articulées, éléments finis, etc.).

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