| Titre : | Animation multi-résolution de vêtements |
| Auteurs : | Sabrina Benameur, Auteur ; Noureddine Djedi, Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2017 |
| ISBN/ISSN/EAN : | TINF/107 |
| Format : | 1 vol. (93 p.) / ill. / 29 cm |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
La modélisation et la simulation réaliste de vêtements par ordinateur prennent de plus en plus d’importance au sein de la communauté scientifique. Cette thèse se propose d’apporter des améliorations au niveau de la modélisation du tissu et au niveau de la vitesse de simulation, et ceci, afin de rendre les animations de tissus et de vêtements plus réalistes. A cet effet, nous nous plaçons dans le cadre de la représentation multi-résolution de tissu en utilisant un modèle basé sur la méthode des éléments finis du premier ordre.La majorité des travaux antérieurs exploitant la multi-résolution ont utilisé des modèles discrets comme les systèmes masse-ressort en combinaison avec l’une des méthodes de subdivisions. L’inconvénient majeur de tels systèmes est la difficulté d’ajustement de leurs paramètres, ce qui ralentit la convergence du modèle surtout en utilisant différents niveaux de détails. Les modèles basés sur la méthode des éléments finis du premier ordre fonctionnent sur des maillages de triangles arbitraires,pas forcément réguliers. Cependant, ces modèles nécessitent des adaptations pour pouvoir gérer le contexte de grandes déformations propre à la simulation des tissus. L’utilisation des méthodes implicites permet de résoudre le problème de divergence du modèle, mais elles sont très coûteuses en temps de calcul. Tandis que, les méthodes explicites, qui sont assez simples à implémenter, ne convergent pas si le pas du temps est assez grand.Dans ce travail, nous avons utilisé les méthodes d’intégrations explicites et implicites pour la résolution des équations du mouvement. Pour assurer la convergence du modèle avec les méthodes explicites, nous avons proposé une méthode de correction de positions des particules. Avec cette méthode, nous avons pu limiter le déplacement de chaque particule à chaque itération de telle sorte que chaque particule ne peut pas se déplacer plus qu’une certaine distance (seuil) que nous avons déterminée après plusieurs tests. Et pour offrir plus de stabilité au système,nous avons proposé une exploitation efficace de la méthode d’intégration Euler implicite,cette méthode nous a permis d’une part d’assurer la convergence du modèle et d’autre part d’éviter les calculs additionnels tels que la résolution d’un grand système linéaire ou l’utilisation du Jacobien.Afin d’améliorer la vitesse de la simulation, nous avons profité de la représentation multi-résolution du tissu. De telle sorte que les parties détaillées sont représentées par un maillage raffiné, tandis que les régions suffisamment plates sont représentées par un maillage simplifié. |
| Sommaire : |
1 Introduction générale 1 1.1 Objectif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Organisation du manuscrit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 La Simulation de vêtements : État de l’art et perspectives de recherche 4 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Tissu réel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.4 Propriétés mécaniques du tissu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.5 La Simulation de vêtements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.5.1 La Modélisation de tissu et de vêtements . . . . . . . . . . . . 7 2.5.1.1 Approches géométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.5.1.2 Approches physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.5.1.2.1 Modèles continus . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.5.1.2.2 Modèles discrets . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5.1.3 Approches hybrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5.1.4 Avantages et inconvénients des approches dédiées à la simulation de vêtements. . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5.1.5 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Table des matières 2.5.1.5.1 Augmentation de la fidélité de la simulation 14 2.5.1.5.2 Amélioration de la vitesse des algorithmes . 14 2.5.1.6 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.5.2 La gestion de collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5.2.1 Travaux antérieurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5.2.2 Détection de collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.5.2.2.1 Détection de collision avec les méthodes de subdivision d’objet . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.5.2.2.2 Détection de collision à base de voxels . . . . 17 2.5.2.2.3 Détection de collision à base d’images . . . . 18 2.5.2.2.4 Détection de collision avec les surfaces implicites . . .. . . . . . . . . . 18 2.5.2.3 Réponses aux collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5.2.3.1 Méthodes des pénalités (Penalty forces) . . . 19 2.5.2.3.2 Méthodes des contraintes dynamiques . . . . 20 2.5.2.4 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5.2.4.1 Détection de collisions rapide . . . . . . . . . 21 2.5.2.4.2 Détection de collisions précise . . . . . . . . . 22 2.5.2.4.3 Génération robuste de réponses aux collisions 22 2.5.2.5 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3 Exploitation de la multi-résolution dans la simulation de tissus et de vêtements 24 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2 Notions fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 Maillages polygonaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2 Régularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.3 Critère de Delaunay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.4 La multi-résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2.4.1 La simplification polygonale . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.4.2 Subdivision Adaptative (Adaptative Subdivision) . . . 28 3.2.5 Les modèles multi-résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2.5.1 Multi-résolution discrète (Niveaux de détails statiques) 29 3.2.5.2 Mutirésolution continue (Niveaux de détails dynamiques) 30 3.3 Travaux exploitant la multi-résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3.1 Adaptive refinement for Mass/spring simulation [38] . . . . . 31 3.3.1.1 Les problèmes de systèmes masse-ressort statiques . 31 3.3.1.2 Principe de la méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3.1.3 La méthode de subdivision . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.3.2 Intégration de la multi-résolution dans un système de déformation masse-ressort [12] . . . . 33 3.3.2.1 Critères de subdivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3.2.2 Méthode de subdivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.3.3 Implémentation d’une méthode d’intégration de la multi-résolution dans un système masse-ressort : application à l’animation de tissu [3] . . . . . . . . . . 34 3.3.3.1 Niveaux hiérarchiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.3.3.2 Annulation d’une subdivision . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3.4 Cloth Animation with Adaptively Refined Meshes [51] . . . . . 35 3.3.4.1 Maillage adaptatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.3.4.2 Règle de raffinement . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.3.4.3 Critère de raffinement et de simplification . . . . . . 37 3.3.5 Adaptive meshing for cloth animation [82] . . . . . . . . . . . . 37 3.3.5.1 Maillage adaptatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.5.2 Critère de raffinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.3.6 Fast Virtual Cloth Energy Minimization [48] . . . . . . . . . . 38 3.3.6.1 Minimisation d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.3.6.2 La représentation multi-résolution . . . . . . . . . . . 39 3.3.7 Towards Efficiency in Cloth Simulation [6] . . . . . . . . . . . 39 3.3.7.1 Subdivision adaptative 4-8 . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3.7.2 Raffinement et simplification . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.8 Efficient cloth simulation using an adaptive finite element method [4] . . . . . . . 40 3.3.8.1 Critère de raffinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.9 Fast and stable cloth simulation based on multi-resolution shape matching [5] . .. . 41 3.3.10 Multiresolution cloth based on animation instances [74] . . . . 41 3.4 Récapitulatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4 Simulation de vêtements par modèle physique 44 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.2 Généralité sur la simulation des vêtements . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.2.1 La dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.2.2 Propriétés physiques des tissus . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2.3 La simulation mécanique et son application aux tissus . . . . 47 4.2.4 Le modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2.4.1 Méthode des éléments finis . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2.4.2 Les systèmes de particules . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2.4.3 Les systèmes masse-ressort . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.4.4 Un système de particule précis . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.4.5 Méthode d’intégration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.3 La simulation de tissu et de vêtement par un modèle physique . . . . 52 4.3.1 Choix de la méthode d’intégration . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.4 Correction des positions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5 La gestion de collision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.6 Résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.6.1 Etude comparative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.6.2 Discussion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5 Simulation multi-résolution de tissus et de vêtements 66 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.2 Intégration de la multi-résolution dans la simulation de tissu et de vêtements . . . . . 67 5.2.1 Méthode de subdivision (Schéma polyhédral) . . . . . . . . . . 68 5.2.2 Critère de subdivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.2.3 Annulation d’une subdivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.3 Évaluation des résultats expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.1 Méthode d’intégration implicite . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.2 Méthode de correction de positions de particule vs pas du temps 73 5.3.3 Forme et position de tissu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.3.4 Seuil utilisé dans la méthode de correction de position . . . . 75 5.3.5 Critère de subdivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.3.6 Nombre de niveaux de détails et forme de tissu VS nombre de triangles du maillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.3.7 Résolution du maillage VS temps d’exécution . . . . . . . . . . 80 5.3.8 Etude comparative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.3.9 Discussion des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6 Conclusion générale 84 Bibliographie 87 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/id/eprint/2991 |
Disponibilité (1)
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