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Milieu mécanique déformable multirésolution pour la simulation interactive

Thèse de doctorat, Universit� Joseph Fourier. juin 2008.
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R�sum� :
Les mod�les dynamiques sont incontournables en synth�se d'animations car ils permettent la simulation r�aliste de ph�nom�nes physiques et accordent une meilleure immersion dans un monde virtuel.Plusieurs approches performantes permettent l'animation d'objets d�formables, mais les sc�nes sont souvent complexes � mod�liser rendant leur utilisation difficile en pratique.Dans cette th�se nous proposons une solution simplifiant l'animation physique interactive d'objets d�formables. Nous sugg�rons de plonger et d'interpoler l'objet dans une grille d�formable sur laquelle s'appliquent des lois m�caniques. Une m�thode d'�l�ments finis rapides et robustes a �t� �tendue afin de prendre en compte la r�partition de la mati�re etplusieurs propri�t�s de mat�riaux � l'int�rieur d'un �l�ment, et ainsi offrir un comportement am�lior� � des r�solutions grossi�res. Afin de concentrer les calculs l� o� ils sont le plus n�cessaires, une formulation multir�solution simple est propos�e.Puis nous analysons deux m�thodes permettant d'am�liorer la propagation des d�formations pour des mat�riaux "mal conditionn�s" : une formulation hi�rarchique des �l�ment finis, lourde � mettre en place mais permettant facilement la multir�solution, et une formulation multigrid, �l�gante et performante, mais plus difficile � d�cliner en multir�solution.Enfin nous validons la pr�cision de notre m�thode en la soumettant � diverses exp�riences.Il en r�sulte une m�thode rapide, robuste, pr�cise et facile d'utilisation aussi bien pour un infographiste, qui peut animer n'importe quel mod�le sans connaissances pr�alables, que pour la mod�lisation individualis�e d'un patient � partir d'images m�dicales segment�es.

Abstract:
Physically based models are invaluable in the field of animation synthesis because they permit realistic simulation of physical phenomena and allow for better immersion in a virtual world.Several approches exist for animating soft bodies, but the modelling is often complex and difficult to use in practice.In this thesis, we introduce simplified process for the interactive, realistic physical animation of deformable objects. In this approach, the object is imbedded within a deformable grid to which mechanical laws are applied. A fast and robust finite element method is extended to take into accountthe distribution of material and material properties inside an element, thereby offering improved behavior for coarse resolutions. To allow for interactive running times, a simple multiresolution formulation is proposed to focus computations where they are most necessary. To improve the propagation of deformations for "poorly conditioned" materials, two methods are evaluated: a hierarchical finite elements formulation, which is difficult to set-up but facilitates the multiresolution approach, and a multigrid formulation, which is elegant and efficient but more difficult to use in the multiresolution framework.Finally the precision of our method is experimentally validated and examples are shown for a wide-range of models.In summary, this thesis presents a fast, robust, accurate, and easy-to-use approach for the physically realistic animation of deformable objects. This method simplifies both the task of the graphic artist, since prior knowledge in mechanics is not required, and the task of patient-specific modelling since segmented medical images are directly exploitable.


BibTex References

@phdthesis{D-Nes08,
author = {Matthieu Nesme},
title = {Milieu m\'ecanique d\'eformable multir\'esolution pour la simulation interactive},
school = {Universit� Joseph Fourier},
month = jun,
year = 2008,
adviser = {Yohan Payan and Fran\c{c}ois Faure}
}

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