Multiresolution mechanical model for interactive animation of soft bodies
Milieu mécanique déformable multirésolution pour la simulation interactive
Résumé
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 account the 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.
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 account the 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.
Les modèles dynamiques sont incontournables en synthèse d'animations car ils permettent la simulation réaliste de phénomènes physiques et accordent une meilleure immersion dans un monde virtuel.
Plusieurs approches performantes permettent l'animation d'objets déformables, mais les scènes sont souvent complexes à modéliser rendant leur utilisation difficile en pratique.
Dans cette thèse nous proposons une solution simplifiant l'animation physique interactive d'objets déformables. Nous suggérons de plonger et d'interpoler l'objet dans une grille déformable sur laquelle s'appliquent des lois mécaniques. Une méthode d'éléments finis rapides et robustes a été étendue afin de prendre en compte la répartition de la matière et plusieurs propriétés de matériaux à l'intérieur d'un élément, et ainsi offrir un comportement amélioré à des résolutions grossières. Afin de concentrer les calculs là où ils sont le plus nécessaires, une formulation multirésolution simple est proposée.
Puis nous analysons deux méthodes permettant d'améliorer la propagation des déformations pour des matériaux "mal conditionnés" : une formulation hiérarchique des élément finis, lourde à mettre en place mais permettant facilement la multirésolution, et une formulation multigrid, élégante et performante, mais plus difficile à décliner en multirésolution.
Enfin nous validons la précision de notre méthode en la soumettant à diverses expériences.
Il en résulte une méthode rapide, robuste, précise et facile d'utilisation aussi bien pour un infographiste, qui peut animer n'importe quel modèle sans connaissances préalables, que pour la modélisation individualisée d'un patient à partir d'images médicales segmentées.
Plusieurs approches performantes permettent l'animation d'objets déformables, mais les scènes sont souvent complexes à modéliser rendant leur utilisation difficile en pratique.
Dans cette thèse nous proposons une solution simplifiant l'animation physique interactive d'objets déformables. Nous suggérons de plonger et d'interpoler l'objet dans une grille déformable sur laquelle s'appliquent des lois mécaniques. Une méthode d'éléments finis rapides et robustes a été étendue afin de prendre en compte la répartition de la matière et plusieurs propriétés de matériaux à l'intérieur d'un élément, et ainsi offrir un comportement amélioré à des résolutions grossières. Afin de concentrer les calculs là où ils sont le plus nécessaires, une formulation multirésolution simple est proposée.
Puis nous analysons deux méthodes permettant d'améliorer la propagation des déformations pour des matériaux "mal conditionnés" : une formulation hiérarchique des élément finis, lourde à mettre en place mais permettant facilement la multirésolution, et une formulation multigrid, élégante et performante, mais plus difficile à décliner en multirésolution.
Enfin nous validons la précision de notre méthode en la soumettant à diverses expériences.
Il en résulte une méthode rapide, robuste, précise et facile d'utilisation aussi bien pour un infographiste, qui peut animer n'importe quel modèle sans connaissances préalables, que pour la modélisation individualisée d'un patient à partir d'images médicales segmentées.
Fichier principal
nesme_these.pdf (68.97 Mo)
Télécharger le fichier
operation.png (375.92 Ko)
Télécharger le fichier
01_grands_deplacements.avi (4.63 Mo)
Télécharger le fichier
02_couple_fantome.avi (1.14 Mo)
Télécharger le fichier
03_fines_surfaces.avi (7.12 Mo)
Télécharger le fichier
04_volumique.avi (1.89 Mo)
Télécharger le fichier
05_ramification.avi (5.67 Mo)
Télécharger le fichier
06_foie.avi (4.6 Mo)
Télécharger le fichier
07_vitesse.avi (6.07 Mo)
Télécharger le fichier
08_robustesse.avi (2.39 Mo)
Télécharger le fichier
09_non_uniforme.avi (15.16 Mo)
Télécharger le fichier
10_multiresolution.avi (4.7 Mo)
Télécharger le fichier
11_patient_specific.avi (1.64 Mo)
Télécharger le fichier
12_hierarchique.avi (10.21 Mo)
Télécharger le fichier
13_multigrid.avi (10.1 Mo)
Télécharger le fichier
14_truthcube.avi (2.64 Mo)
Télécharger le fichier
| Format | Figure, Image |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
| Format | Vidéo |
|---|
Loading...