Ajout de détails dynamiques à une animation temps-réel de personnage

National audienceReal-time animation of characters often relies on a geometric technique called skinning which enables the skin and clothes to follow the skeleton motion. However, dynamic effects - non-rigid tissues vibrations, dynamic wrinkles of skin and clothes - can not be generated by it. However such deformations are of primary importance for the realism of the generated animation. In this paper, we propose two intuitive methods which address those specific problems with little increase in computational cost of the animation. Our tools can be combined together on an existing animation sequence to enhance its realism, with no need to change the original animation, no mechanics precomputation and no modification of the model. We illustrate our results with several characters and animals animations.L'animation temps-réel de personnages repose généralement sur une technique d'habillage, appelée skinning en anglais, permettant à la peau et aux vêtements de suivre les mouvements du squelette. Cette technique n'engendre malheureusement aucun des effets dynamiques - vibrations des tissus non-rigides, plissement variable de la peau et des vêtements - pourtant cruciaux pour le réalisme. Dans cet article, nous présentons deux techniques complémentaires pour ajouter ces effets de manière intuitive, tout en limitant au maximum les sur-coûts lors du calcul de l'animation. Combinables entre eux et rapides à mettre en place, nos outils améliorent le réalisme visuel du mouvement sans nécessiter de modification de la séquence d'animation de départ, de précalcul mécanique ni de modification des modèles. Nous illustrons nos résultats sur des animations variées de personnages et d'animaux

APIA : architecture propriété intéraction acteur pour des mondes virtuels agiles

Une majorité de mondes virtuels (MVs) existants mettent l'accent sur la qualité graphique, les capacités réseaux ou sur la qualité de la modélisation. Toutefois, ces MVs manquent souvent agilité t tant au niveau de leur conception que de leur exécution. Il en résulte des MVs monolithiques avec peu de réutilisabilité. Cette thèse propose une architecture appelée "Architecture Propriété Interaction Acteur" (APIA) qui a pour objectif d'améliorer Yagilité des MVs en se concentrant sur les caractéristiques sous-jacentes : la composabilité, la réutilisabilité, la modifiabilité, l'extensibilité et une grande liberté d'action. La solution proposée consiste en une architecture générique basée sur un méta-modèle conceptuel comprenant cinq éléments de base, supportés par un processus et des algorithmes de gestion. Comparativement aux autres approches qui sont centrées sur l'entité, le métamodèle conceptuel propose un paradigme centré sur l'interaction entre les entités. Ce paradigme permet de regrouper les protocoles entre les entités et les aspects de l'interaction dans un élément du MV nommé interaction. Plusieurs exemples, dont des applications de cryochirurgie et d'inspection de barrages, viennent démontrer que les entités et les interactions sont moins interdépendantes avec cette approche. De plus, des exemples montrent que l'émergence de comportements est facilitée due à la meilleure composabilité de cette approche. Ensuite, le processus développé avec APIA définit trois groupes d'actions qui influencent à différents niveaux Yagilité future du MV. Finalement, APIA définit des algorithmes de gestion de ces actions afin de maintenir le MV cohérent tout au long des modifications, des extensions ou des compositions en cours d'exécution. Les gestionnaires qui appliquent ces algorithmes maintiennent automatiquement la cohérent du MV lors d'opérations de modification, d'extension et de composition. Ces caractéristiques sont désormais possibles en cours d'exécution sans l'intervention humaine

Contrôle multidimensionnel interactif et application à l'édition de contenus cinématographiques virtuels

De nombreux outils d'aide à la création de contenus 3D sont disponibles mais proposent des modalités d'interaction et des modèles sous-jacents qui restent peu expressifs et fastidieux dans leur utilisation. En parallèle, de nombreux travaux de recherche s'attachent à améliorer l'expressivité des modèles de création de contenus avec des approches largement automatisées mais laissent peu de place à la créativité des utilisateurs. Dans ce contexte, nous nous intéressons au contrôle interactif des éléments cinématographiques d'une scène 3D (principalement le positionnement des caméras). Nous proposons un nouvel outil, nommé Collastar, qui met en place une interaction collaborative sur des paramètres de contrôle haut niveau liés à la cinématographie, en utilisant le support de tablettes tactiles. L'outil repose sur un couplage entre un modèle de représentation en étoile pour le contrôle collaboratif et une représentation de type "linear wall" pour une appréhension des éléments de décision dans une approche "focus+context". Nos contributions portent sur la visualisation de données multidimensionnelles et l'interaction collaborative avec ces données. Les premières évaluations montrent que l'outil est adapté à des tâches d'édition collaboratives, facilite la visibilité des contrôles et la compréhension des liens entre ceux-ci. Enfin, l'outil montre une capacité intéressante à faciliter la création de contenus cinématographiques qu'il reste à explorer et évaluer plus finement

Animation basée sur la physique : extrapolation de mouvements humains plausibles et réalistes par optimisation incrémentale

L'objectif de nos travaux est de faire la synthèse de mouvements plausibles et réalistes de marche humaine dans divers environnements de synthèse. Bien que la solution proposée puisse également s'appliquer aux autres mouvements de locomotion humains ou animaux, nos travaux traitent uniquement du problème de la marche humaine. Afin de résoudre ce problème, nous avons développé une approche permettant de générer une multitude de variations d'une animation issue de capture de mouvement. Ces variations sont obtenues en adaptant le mouvement original à un environnement de synthèse dont les paramètres, tels que l'inclinaison du sol ou la courbure de la trajectoire, sont variés. Nous sommes donc en mesure de produire un mouvement de marche courbe ou de marche sur un plan incliné à partir d'un mouvement de marche en ligne droite sur un sol horizontal, ce que nous qualifions d'extrapolation de mouvement. Une animation initiale, obtenue par capture de mouvement, est essentielle à la solution proposée. Adapter ce mouvement à un nouvel environnement de synthèse consiste essentiellement à ajuster les caractéristiques globales du mouvement, telles que l'orientation du personnage et sa vitesse de déplacement. Ce faisant, nous sommes en mesure de conserver les détails plus fins du mouvement qui lui confèrent son aspect humain, tels que le mouvement des bras ou la vitesse avec laquelle un pied entre en contact avec le sol. En conservant les détails fins du mouvement d'origine, la solution proposée assure un certain réalisme dans les mouvements synthétisés. Dans la solution proposée, l'adaptation du mouvement initial est basée sur le paradigme des contraintes spatio-temporelles, où la synthèse du mouvement est posée comme un problème d'optimisation numérique. En plus d'être une formulation élégante du problème, ce paradigme est tout indiqué pour faire la synthèse de mouvements physiquement plausibles. En combinant ce paradigme avec l'utilisation d'une animation initiale issue de capture de mouvement, nous sommes en mesure de produire des animations de mouvements humains plausibles et réalistes. En pratique, le problème d'optimisation sous-tendu par l'adaptation d'un mouvement par contraintes spatio-temporelles est fortement non linéaire et opère dans un espace à très grande dimensionnalité. Cette complexité peut fortement ralentir le processus d'optimisation et aller jusqu'à en empêcher la convergence. La solution proposée fait donc appel à plusieurs mécanismes afin de réduire cette complexité. Notons qu'aucun de ces mécanismes ne vient compromettre la polyvalence de l'approche, en limitant la complexité du modèle biomécanique du personnage par exemple. Parmi ces mécanismes, deux sont des contributions originales : une technique d'estimation rapide des forces de réaction du sol et une approche d'optimisation incrémentale. Ces deux mécanismes visent à simplifier le processus d'optimisation en fournissant une solution initiale très proche de la solution optimale. La technique d'estimation des forces de réaction du sol sert à donner à ces paramètres une valeur initiale qui est relativement proche de leur valeur optimale, ce qui simplifie significativement la tâche d'optimisation subséquente. Cette technique consiste à trouver, pour les phases de support double, les forces de réaction du sol minimisant l'effort interne du personnage. Ce problème peut être exprimé comme une séquence de sous-problèmes de programmation quadratiques. Cette formulation est un aspect central de notre contribution et elle permet d'atteindre la solution très efficacement. L'approche d'optimisation incrémentale proposée s'inspire des méthodes de continuation. Le mouvement original est considéré comme une solution, un mouvement optimal, pour l'environnement de capture. L'environnement de synthèse est ensuite modifié graduellement, en augmentant l'inclinaison du sol par petits incréments par exemple. À chaque incrément, un nouveau mouvement optimal est trouvé en utilisant la solution de l'incrément précédent comme point de départ. On procède de la sorte jusqu'à l'obtention du mouvement désiré pour l'environnement de synthèse considéré. Si les incréments sont suffisamment petits, la différence entre deux problèmes d'optimisation consécutifs sera petite et il en sera de même pour leur optimum respectif

La réalité augmentée : une approche de simulation urbaine interactive

Ce mémoire présente le protocole de réalisation de simulation interactive par enrichissement d'images vidéo développé pour simuler une hypothèse de requalification et de densification d'un secteur résidentiel de banlieue édifié entre 1960 et 1975. Il constitue le volet informatique du projet de recherche ≪Nouveaux modèles urbains et architecturaux: une enquête prospective centrée sur la simulation d'environnements≫ (FCAR 1996-1999, Després). La méthode élaborée combine les qualités interactives caractéristiques aux environnements complètement générés par ordinateur au réalisme des simulations par enrichissement de l'image vidéo. Le mémoire présente donc les différentes étapes de la réalisation d’une telle simulation dont l'objectif fondamental est l'amélioration de la compréhension de projets architecturaux ou urbanistiques par le grand public.Québec Université Laval, Bibliothèque 201

Traitement interactif de plis dans la simulation de tissus

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Déformation et découpe interactive de solides à géométrie complexe

Cette thèse consiste à explorer une nouvelle approche pour la simulation d'objets flexibles par la mécanique des milieux continus, dans le cadre d'applications graphiques interactives telles que le jeu vidéo ou l'entraînement aux gestes chirurgicaux. Elle s'inscrit en continuité d'un stage de M2-R sur ce même sujet. Il est important de pouvoir régler simplement un compromis entre précision et temps de calcul suivant la nature de l'application. Les approches actuelles de simulation utilisent principalement la méthode des éléments finis. Celle-ci repose sur un maillage volumique des objets qu'il est souvent difficile d'adapter dynamiquement aux besoins de l'application. La nouveauté introduite par cette thèse est d'utiliser des repères déformables comme primitives cinématiques, avec des champs de déplacements inspirés des méthodes de 'skinning' utilisées en informatique graphique. Le but est d'éviter ainsi les difficultés liées au maillage volumique, ainsi que de faciliter le raffinement et la simplification adaptatives par simple ajout ou suppression de repère déformable là où c'est souhaitable. Ce travail est financé par le projet européen 'Passport for Virtual Surgery', dont le but est de créer automatiquement des modèles physiques pour l'entraînement aux gestes de chirurgie hépatique, à partir de données médicales et anatomiques personnalisées. Dans ce contexte, Guillaume, en collaboration avec d'autres membres du projet, mettra en place les outils nécessaires pour construire la scène physique à partir d'images médicales segmentées et de connaissances anatomiques génériques. Le foie sera dans un premier temps représenté par des modèles physiques précédemment développés à EVASION et étendus aux opérations de découpe. Par la suite, il y appliquera son nouveau modèle mécanique basé sur des repères déformables. The aim of this thesis is to develop a new approach for the simulation of flexible objects based on the continous middle method, related with interactive graphics applications such as video games or training in surgery. It is a continuity of the M2 research internship on the same topic. It is important to simply settle a compromise between accuracy and time computing according to the application. Current simulation approaches mainly use the finite element method, which is based on a volumetric mesh of the simulated objects. It is often difficult to dynamically adapt the needs to the application. The novelty of this thesis is to use deformable reference frames as kinematic primitives, with displacement fields based on 'skinning' methods used in computer graphics. The aim is to avoid the difficulties associated with volumetric mesh, and make the refinement and the adaptive simplification easier by adding or deleting deformable reference frames if necessary. This work is funded by the European project 'Passport for Virtual Surgery', which aims to automatically create models for physical training in gestures of liver surgery, from medical and anatomical custom data. In this context, Guillaume, in collaboration with other members of the project, will develop the tools necessary to build the physical scene from segmented medical images and generic anatomical knowledge. The liver will initially be represented by physical models previously developed in the EVASION team and then extended to cutting operations. Thereafter, Guillaume will apply his new mechanical model based on deformable reference frames.Physically based deformable models have become ubiquitous in computer graphics. It allow to synthetize real behaviors, based on the physical laws from continuum mechanics. In this thesis, we focus on interactive simulations such as to video games or surgical simulators. The majority of the existing works focused up to here on the animation of objects made of homogeneous materials. Nevertheless, plenty of real objects, for instance like the biological structures, consist of multiple imbricated materials. Their decomposition in homogeneous zones requires a high-resolution spatial discretization to solve the variations of the material properties, which requires prohibitive computation time. In this context, we present new real time simulation techniques for deformable objects which can be cut. First of all, we present a real time method for cutting deformable objects in which, contrary to the previous methods, the object deforms on the cutting tool contact and cuts occur only when the pressure reaches a certain level. The independence of the physical, collision and visual models makes the topological changes easier. The GPU computing and local modifications enable fast execution. Then, a dynamic meshless method is described, which uses reference frames as control nodes instead of using points, with a displacement field formulation similar to skinning. It allows to easily tune the weights and benefits from the rigor of physical methods as the finite elements. The introduction of integration points, reducing the samples number by a least squares approximation, speeds up the spatial integrations. Other pre-computations are proposed in order to speed up the simulation time. Finally, new anisotropic shape functions are defined to encode the variations of material properties thanks to the introduction of the compliance distance. These complex shape functions uncouple the material resolution of the displacement functions ones. It allow an extremely sparse nodes sampling. The use of the compliance distance allows an automatic nodes distribution with regard to the material properties.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Sculpture virtuelle par système de particules

3D is emerging as a new media. Its widespread adoption requires the implementation of userfriendly tools to create and manipulate three-dimensional shapes. Current softwares heavily rely on underlying shape modeling, usually a surfacic one, and are then often counter-intuitive orlimiting. Our objective is the design of an approach alleviating those limitations and allowing the user to only focus on the process of creating forms. Drawing inspiration from the ancient use of clay,we propose to model a material in a lagrangian description. A shape is described by a particles system, where each particle represents a small fraction of the total volume of the shape. In this framework, the Smoothed Particle Hydrodynamics method enables to approximate physical values anywhere in space. Relying on this method, we propose a modeling of material with two levels, one level representing the topology and the other one describing local geometry of the shape.The SPH method especially enables to evaluate a density of matter. We use this property todefine an implicit surface based on the physical properties of the particles system to reproduce the continuous aspect of matter. Those virtual materials can then be manipulated locally through interactions reproducing the handling of dough in the real world or through global shape deformation. Our approach is demonstrated by several prototypes running either on typical desktop workstation or in immersive environment system.La 3D s'impose comme un nouveau média dont l'adoption généralisée passe par la conception d'outils, accessibles au grand public, de création et de manipulation de formes tridimensionnelles quelconques. Les outils actuels reposent fortement sur la modélisation sous-jacente des formes, généralement surfacique, et sont alors peu intuitifs ou limitatifs dans l'expressivité offerte à l'utilisateur.Nous souhaitons, dans ces travaux, définir une approche ne présentant pas ces défauts et permettant à l'utilisateur de se concentrer sur le processus créatif. En nous inspirant de l'utilisation séculaire de l'argile, nous proposons une approche modélisant la matière sous forme lagrangienne.Une forme est ainsi décrite par un système de particules, où chaque particule représente un petit volume du volume global.Dans ce cadre lagrangien, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) permet l'approximation de grandeurs physiques en tout point de l'espace. Nous proposons alors une modélisation de matériaux à deux couches, l'une décrivant la topologie et l'autre décrivant la géométrie du système global.La méthode SPH permet, entre autres, d'évaluer la densité de matière. Ceci nous permet de définir une surface implicite basée sur les propriétés physiques du système de particules pour redonner un aspect continu à la matière.Ces matériaux peuvent alors être manipulés au moyen d'interactions locales reproduisant le maniement de la pâte à modeler, et de déformations globales. L'intérêt de notre approche est démontrée par plusieurs prototypes fonctionnant sur des stations de travail standard ou dans des environnements immersifs

Le manga : un dispositif communicationnel : perception et interactivité

The manga term was used for the first time in 1814 by the painter Katsushika Hokusai to indicate his works. This term literally means “fast rough sketch” or “derisive image”. In France the original meaning of the manga word has been lost and it is now employed to indicate the Japanese comic strip in the same way as we name comics the American comic strip. The Japanese comic strip is, in quantitative terms, the first market of the world in this sector. The topics covered in the written manga are much more diverse than the “cartoon-manga” broadcasted on tv in France. Not so long ago, the manga was a little-known genre by the European comic readers, the “bédéphiles”. Nowadays, the manga is a growing genre in France and it tends to develop and become a cultural product and phenomenon, for all a generation who grew up with the first manga on tv. This thesis explores the manga culture and analyzes it as a primary device in a whole communication system. Its graphic and narrative aspects reveal a particular visual-narrative process, specific to the manga. It modifies the image and language combination, it builds a new reading mode and plays with perceptions. It generates a stretching game between what the reader-spectator looks at and what he sees. The manga spreads in our society a graphic universe but most of all, a specific visual storytelling technique that replaces narration words. At the same time, the image is seen and read. In the manga, to read the image it is to read the text. In other words, the picture is narrative and the narration is pictured. There is a text-image, an image-text. The image is in itself a dialogue which acts on the sensations and the perceptions. In its depiction, the manga reflects its culture. It spreads characters, norms, values and an imagination which can “influences” his readership and generates new social practices. By its specificities the manga image is unstable and moving. It involves the reader-spectator: this one has the possibility of navigating, of roving in the image. This research work analyzes the manga “visual-narrative” interactive processes which generates a new relationship to the image and creates a playful interaction between the image and its “reader-spectator”, and it becomes a narrative process to transmit messages in it.Le terme manga a été utilisé pour la première fois en 1814 par le peintre Katsushika Hokusai pour désigner ses travaux. Littéralement ce terme signifie « esquisse rapide » ou encore « image dérisoire ». En France le mot manga a perdu cette signification et désigne la bande dessinée japonaise au même titre que l’on nomme comics la bande dessinée américaine. La bande dessinée japonaise est, en termes quantitatifs, le premier marché du monde dans ce secteur. Beaucoup plus diversifié dans les sujets abordés que ne le donnent à penser les dessins animés diffusés sur le petit écran en France, le manga a longtemps été un genre peu connu des « bédéphiles » européens. Aujourd’hui, le manga connaît un fort essor en France et tend à s’imposer comme produit et phénomène culturel, pour toute une génération qui a grandi avec son arrivée sur les postes de télévision. Dans ce travail de thèse, il s’agit de comprendre le manga en tant que dispositif communicationnel. En raison de ses spécificités graphiques et narratives nous pouvons appréhender un procédé visuel-narratif qui lui est propre. Celui-ci modifie le rapport iconique/linguistique, construit un nouveau mode de lecture et joue sur les perceptions. Il génère un jeu tensif entre ce que le lecteur-spectateur regarde et ce qu’il voit. Le manga diffuse dans notre société un univers graphique, mais aussi et surtout, une technique de la narration visuelle qui peut se passer de texte. L’image est à la fois vue et lue. Dans le manga, lire l’image c’est lire le texte ou pour le dire autrement, il y a du texte-image, de l’image-texte. Elle est en elle-même un dialogue qui agit sur les sensations et les perceptions. Au travers de ses représentations, le manga montre une image de sa culture. Il diffuse par ses personnages des normes et des valeurs ainsi qu’un imaginaire pouvant « influencer » son lectorat et générer de nouvelles pratiques sociales. Par ses spécificités l’image manga devient mouvante. Elle inclut le lecteur-spectateur : celui-ci a la possibilité de naviguer, d’errer dans l’image. Notre travail de recherche porte sur l’analyse des procédés « visuels-narratifs » du manga qui génèrent un nouveau rapport à l’image et un jeu d’interactions entre l’image et son « lecteur-spectateur », ainsi que sur le processus de transmission des messages dans le manga

Peter Pan 360° : construction d’univers narratifs et immersion

La recherche de ce mémoire se situe dans le domaine de la narrativité en milieu immersif (aussi appelé « immersive storytelling »). En me basant sur l’univers créé par James Matthew Barrie pour sa pièce Peter Pan (et son roman éponyme) mais aussi sur le croisement des différentes adaptations de l’histoire, je composerai une cartographie des lieux intégrant plusieurs environnements classiques de cette diégèse. Ceux-ci constitueront la matière narrative à partir de laquelle je proposerai l’univers Peter Pan. La carte du Pays Imaginaire permettra de transposer une histoire originalement destinée à un média traditionnel, tel que le théâtre ou la littérature, vers le média immersif de la réalité virtuelle. Pour ce faire, mon hypothèse de travail se basera principalement sur l’application des processus de création d’univers narratifs (une traduction libre de l’approche dite de World Building). Ainsi, j’utiliserai les notions que j’ai acquises en étudiant l’animation 3D pour mieux comprendre les tenants et aboutissants d’un environnement immersif comme outil narratif. Loin de m’arrêter à la simple transposition d’un conte pour un dispositif de diffusion, je tenterai de démontrer qu’il est possible non seulement d’utiliser les dispositifs immersifs comme outils narratifs, mais également que ceux-ci peuvent avoir une incidence réelle sur la perception de l’histoire et la façon de transmettre celle-ci. Il me sera alors possible d’utiliser ce projet pour déduire les effets d’une telle installation sur la narration proposée. C’est donc à travers le récit de mes expérimentations qu’il sera possible de saisir les notions essentielles à la création d’un univers narratif destiné à un dispositif immersif tel qu’un dôme de projection ou des lunettes de réalité virtuelle. Il en résultera une meilleure compréhension des contraintes propres à ce média émergent ainsi qu’un ensemble d’outils d’analyse permettant une meilleure compréhension des moyens à déployer pour atteindre une véritable narration en milieu immersif