Actions industrielles

CSTB : simulation d'éclairage

Participants : Kadi Bouatouch , Éric Maisel , Samuel Carré

Mots-clés : simulation d'éclairage, éclairage naturel, éclairage artificiel, approche spectrale

Résumé : Réalisation d'un logiciel de simulation d'éclairage appelé GIN dans le cadre de bourses de thèse financées par le CSTB de Nantes.

En collaboration avec le CSTB de Nantes et dans le cadre de deux bourses financées par cet organisme, nous avons développé un logiciel de simulation d'éclairage appelé GIN basé sur une approche physique et spectrale, simulant de vrais luminaires, prenant en compte l'éclairage naturel, permettant de modifier les caractéristiques physiques des matériaux et de recalculer de manière instantanée l'éclairage en effectuant un maillage hiérarchique. Contrairement aux autres logiciels (à part Lise développé par le LCPC) l'approche adoptée est spectrale et le nombre et les valeurs des longueurs d'ondes échantillons sont déterminés automatiquement par le logiciel en fonction de la forme des spectres des sources et des réflectances des matériaux (cf figure

). Le logiciel intègre un certain nombre de critères de confort visuel.

Figure: Éclairage naturel à l'intérieur du Louvre

$\begin{figure} \centering \psfig {file=IMG/louvre.ps,width=7cm}\end{figure}$

Sogitec : niveaux de détail géométriques

Participants : Bruno Arnaldi , Johan Nouvel

Mots-clés : Modélisation géométrique, niveaux de détail

Résumé : La visualisation interactive ou temps réel d'environnements virtuels complexes est actuellement limitée par la performance d'affichage, en terme de nombre de polygones par seconde, des différentes stations graphiques. L'utilisation des niveaux de détail géométrique est un des moyens permettant de repousser ces limites lors de l'étape de visualisation. Le principe général consiste, d'une part, à être capable de produire pour chaque objet géométrique plusieurs versions de sa géométrie à différents niveaux de raffinement et, d'autre part, à gérer les transitions entre ces différents niveaux lors de la visualisation, selon des critères de distance ou de centre d'intérêt, afin de minimiser le nombre de polygones utilisés à un instant donné. Les points que nous avons abordés cette année sont : l'étude de niveaux de détail discrets d'objets permettant de conserver les propriétés de matériaux et de textures, l'étude de niveaux de détail dynamiques (i.e. continus) d'objets permettant de prendre en compte dynamiquement la position et l'orientation de l'observateur par rapport au modèle et l'étude du problème concernant les bases de données terrain (très grandes bases de données géométriques).

La collaboration avec la société Sogitec, matérialisée par une bourse CIFRE (Johan Nouvel), concerne la définition d'outils permettant de créer automatiquement et d'exploiter les différents niveaux de détail d'un objet ou d'un terrain géométrique. Après avoir focalisé les travaux sur la notion d'objet géométrique, nous abordons maintenant l'étude concernant les terrains (grandes bases de données).

Niveaux de détail ``objet''

De manière générale, la génération des différents niveaux de détail d'un objet consiste à évaluer l'intérêt d'un sommet ou d'un polygone en fonction d'une combinaison linéaire pondérée de critères tels que la distance entre les sommets, la longueur des arêtes, la surface des triangles, la topologie des polygones en un sommet, l'écart angulaire entre polygones et la densité des sommets. Ces techniques, fondées sur un processus hors-ligne de génération de niveaux de détail, ne sont pas optimales dans le sens où elles ne tiennent pas compte complètement de la situation de l'objet par rapport à l'observateur (hormis la distance et la position dans le champ de vision). C'est pourquoi nous avons travaillé sur la génération dynamique de niveaux de détail.

Notre objectif a été de permettre de construire des niveaux de détail dynamiques (temps réel) et adaptatifs. Les critères retenus pour cette méthode adaptative sont : l'incidence avec laquelle est vue une arête, la position de l'observateur vis à vis de la silhouette (élément fondamental dans la perception qu'a l'observateur de l'objet) et le respect du volume et de la forme générale de l'objet.

Figure: NDD adaptatif en temps réel d'un hélicoptère

$\begin{figure} \centering \epsfig {file=Ps/resDyn.eps,width=13cm}\end{figure}$

Niveaux de détail ``terrain''

Les spécificités du terrain par rapport à des objets standards viennent essentiellement de la taille relative de la base de données, de la liaison qui existe entre la structure surfacique du sol et les éléments linéaires (routes, fleuves, ...) ou en élévation (arbres, maisons, ...) qui sont localisés sur la surface. De plus, compte tenu de la nature du terrain, plusieurs niveaux de détail peuvent cohabiter lors de la visualisation : modèle précis pour l'environnement proche de l'observateur, modèle intermédiaire pour l'environnement peu éloigné et modèle grossier pour l'environnement lointain.

Généralement, la structure d'un terrain est décomposée en deux constituants : d'une part, la planimétrie qui est une représentation en 2D des éléments constituant la couverture au sol et, d'autre part, l'altimétrie qui est le relevé des altitudes définissant le relief.

La méthode générale que nous proposons est la suivante. Nous calculons les contours des structures planimétriques via une gestion de cartes planaires, ce calcul nous donne un ensemble de contours, sans chevauchement représentant les structures du terrain pour des conditions de visualisation données puis nous effectuons le choix des points altimétriques et enfin nous réalisons une triangulation de ce réseau de points altimétrique et de contours.

Sogitec : simulation de rayonnement infrarouge

Participants : Bruno Arnaldi , Kadi Bouatouch , Rémi Cozot , Éric Maisel , Daniel Meneveau

Mots-clés : Simulation de rayonnement, infrarouge

Résumé : L'objectif de cette collaboration est de réaliser un environnement de développement d'application pour la SYnthèse THERmique (SYTHER), temps réel, d'environnements extérieurs (bases de données ``terrain''). L'étude que nous menons porte sur deux points : d'une part, la réalisation d'une architecture logicielle modulaire intégrant la possibilité d'effectuer des calculs multi-fréquentiels (grande constante de temps telle que les phénomènes météorologiques et faible constante de temps telle que le déplacement temps réel d'un observateur) et, d'autre part, l'étude et la réalisation des modules de calculs élémentaires entrant dans la composition du simulateur (le modèle de ciel, le modèle atmosphérique, le modèle de propagation de rayonnement, le modèle de calcul d'équilibre thermique sur les matériaux, etc).

Cette coopération a pour thème la simulation de rayonnement infra-rouge pour les simulateurs temps réel en environnement extérieur (base de donnée terrain). Dans un premier temps, nous avons spécifié les caractéristiques fonctionnelles d'un tel simulateur et un premier prototype de validation de l'architecture a été réalisé. Nous avons ensuite travaillé sur les modèles permettant de traiter la propagation du rayonnement infrarouge.

Nous avons essentiellement étudié et réalisé deux modules de l'environnement SYTHER :

le module de calcul du rayonnement provenant du ciel : ce module, évalue, pour chaque point échantillon de la base de données, la quantité d'énergie (approche spectrale et directionnelle) provenant de la voûte céleste. L'évaluation de la quantité d'énergie tient compte des phénomènes de masquage de visibilité entre les éléments géométriques de la base de données (traitement des ombres portées en infrarouge) ;
le module de calcul de l'équilibre thermique sur les matériaux par conduction : ce module effectue une conversion de l'énergie reçue en température de surface, puis effectue un calcul permettant de déterminer la température du support (température en profondeur). Il permet de tenir compte de phénomènes tels que l'inertie thermique des corps et la prise en compte de sources de chaleur.

Alias/Wavefront : contrôle du mouvement pour l'animation

Participants : Bruno Arnaldi , Jean-Luc Nougaret

Mots-clés : animation, contrôle du mouvement, système dynamique

Résumé : Disposant du logiciel PowerAnimator de Alias / Wavefront, nous développons des modules logiciels prototypes permettant de tester des nouvelles fonctionnalités d'animation.

Afin de favoriser l'ajout de nouvelles fonctionnalités dans leurs produits, les fournisseurs de logiciels d'animation ouvrent en partie leurs systèmes à leurs utilisateurs ou à des développeurs tiers. Dans le cas du logiciel Alias / Wavefront, l'accès à la base de données du système est fourni sous la forme de classes C++, permettant de manipuler les structures internes à l'aide de différentes méthodes de contrôle. Ce type d'architecture nous a permis de mettre au point de nouvelles fonctionnalités d'animation, et de les tester dans le cadre d'une intégration complète au sein du logiciel Alias/Wavefront. Cette étude de l'intégration porte sur les aspects systèmes, sur les interfaces utilisateur et couvre jusqu'aux modes opératoires. Nous avons également mis au point une chaîne complète d'outils logiciels, permettant de spécifier le comportement dynamique d'un modèle de mouvement, jusqu'à l'encapsulation automatique du code de simulation numérique, sous la forme d'un module logiciel pour Alias / Wavefront. Le module peut être lié dynamiquement, à la demande de l'utilisateur, lors de l'exécution du logiciel. Pour le projet SIAMES, ce type de partenariat permet de suivre les évolutions de l'existant en terme d'outils d'animation professionnelle et d'identifier à court, moyen et long terme, les tendances et les applications potentielles de nos recherches.

CCETT : application interactive 3D multimédia

Participants : Bruno Arnaldi , Jean-Luc Nougaret , Franck Multon , Rémi Cozot , Bernard Valton

Mots-clés : multimédia, VRML, Java

Résumé : Les applications interactives font de plus en plus appel à des modèles sophistiqués d'objets 3D et à des modèles d'animation évolués. De plus, les applications distribuées mettent en évidence la complexité de gérer la cohérence spatiale et temporelle des objets d'une scène en interaction avec plusieurs utilisateurs distants.
Ce travail a pour objectif d'étudier, d'une part, les apports potentiels des récentes avancées dans le domaine de l'informatique graphique appliquée au domaine du multimédia interactif et, d'autre part, l'apport des nouveaux standards tels que VRML 2.0 et Java.

Cette collaboration, matérialisée par l'encadrement d'un doctorant (Bernard Valton) financé par le CCETT, concerne les applications interactives 3D multimédia et plus particulièrement la notion de forums interactifs (lieux de rencontre virtuels). On trouve dans ce genre d'application un certain nombre de composants liés au domaine de l'informatique graphique : la modélisation 3D d'un environnement virtuel, la visualisation 3D temps réel, l'animation réaliste de personnages (avatars), la simulation distribuée, etc ...

A travers l'utilisation de nouveaux standards de développement tels que VRML2.0 (pour l'environnement 3D et les personnages) et Java (pour le développement de l'applicatif), nous étudions l'apport des récentes avancées du domaine de l'informatique graphique dans le contexte du forum interactif : les modèles haut niveau de génération de mouvement (modèle générateur, modèle comportemental), les modèles de contrôle du mouvement (locomotion) et les niveaux de détail géométrique pour les grandes bases de données.

Après avoir effectué une bibliographie étendue sur le sujet (modèles d'animation et outils), une première expérimentation sur la locomotion d'un humanoïde a été effectuée sur la base d'une modélisation géométrique en VRML2.0 et du développement du moteur de marche en Java.

CISI : engagement en milieu urbain

Participants : Bruno Arnaldi , Stéphane Donikian , Franck Multon ,

Mots-clés : modélisation géométrique, environnement urbain, animation comportementale, simulateur

Résumé : La simulation d'engagement en environnements urbains représente un enjeu important vis à vis des préoccupations des états majors militaires. En effet, par rapport à un engagement en milieu ouvert, ces engagements urbains présentent de nombreuses particularités quant à la progression, l'équipement, la communication, la perception des différentes unités.
Le but de ce projet est d'une part de réaliser une préétude bibliographique sur les différents composants d'un tel simulateur et de proposer une structure fonctionnelle d'un futur simulateur d'engagement en environnement urbain.

Les études menées dans le cadre de cette collaboration visent à identifier les différents composants d'un simulateur d'engagement en environnement urbain. Un tel simulateur doit nécessairement prendre en compte un modèle géométrique de l'environnement, un modèle du combattant (au sens ressource), un modèle de comportement et un modèle de perception.

Après avoir étudié la littérature consacrée à ces différents points en y incluant l'étude des systèmes logiciels et matériels de restitution d'images en temps réel [25], nous avons proposé une structure fonctionnelle d'un simulateur complet d'engagement en environnement urbain faisant intervenir les grandes classes de problèmes : environnement urbain statique ou dynamique, aspect topologique et sémantique de l'environnement, comportements individuels et comportement de groupe, intervisibilité entre combattants, etc ...

Le rapport bibliographique ainsi que la proposition de structure fonctionnelle du simulateur doit conduire à envisager un projet de réalisation partielle ou totale de ce simulateur.

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