Compression progressive de modèles de plantes à base de cylindres généralisés

National audienceCe papier présente nos travaux récents sur la compression progressive de modèles de plantes à base de cylindres généralisés. Cette représentation multi-resolution est compatible avec une représentation sous forme de graphe orienté sans cycle, ce qui nous permet de bénéficier des techniques de streaming progressif proposées dans cheng07analytical. Un codage différentiel des plantes est présenté: pour un groupe choisi de branches on calcule une branche moyenne, et pour chaque branche, il reste à coder une transformation et des différences. En vue du streaming, nous identifions et exploitons deux types de dépendances: topologiques (entre branche fille et mère) et dues au codage différentiel. Nous obtenons un modèle progressif qui permet la sélection d'une représentation plus légère de la plante, tout en gardant la même densité de branches

Contributions dans le domaine de l'analyse multirésolution de maillages surfaciques semi-réguliers. Application à la compression géométrique

The goal of this work is to find solutions for the compression and the visualization of surface meshes at different levels of details. the first part is focused on static meshes, the second part is focused on dynamic meshes, used to represent 3D animations.L’objectif de cette thèse de doctorat est de proposer des solutions aux problèmes de compression et d’affichage de maillages surfaciques à plusieurs niveaux de détails. La première partie est réservée à l’étude des maillages statiques. La deuxième partie, elle concerne l’étude des maillagesdynamiques, où nous détaillons les solutions proposées pour les objets 3D animés

Transformations quasi-conformes de maillages volumiques et applications en infographie

La modélisation géométrique est importante autant en infographie qu'en ingénierie. Notre capacité à représenter l'information géométrique fixe les limites et la facilité avec laquelle on manipule les objets 3D. Une de ces représentations géométriques est le maillage volumique, formé de polyèdres assemblés de sorte à approcher une forme désirée. Certaines applications, tels que le placage de textures et le remaillage, ont avantage à déformer le maillage vers un domaine plus régulier pour faciliter le traitement. On dit qu'une déformation est \emph{quasi-conforme} si elle borne la distorsion. Cette thèse porte sur l’étude et le développement d'algorithmes de déformation quasi-conforme de maillages volumiques. Nous étudions ces types de déformations parce qu’elles offrent de bonnes propriétés de préservation de l’aspect local d’un solide et qu’elles ont été peu étudiées dans le contexte de l’informatique graphique, contrairement à leurs pendants 2D. Cette recherche tente de généraliser aux volumes des concepts bien maitrisés pour la déformation de surfaces. Premièrement, nous présentons une approche linéaire de la quasi-conformité. Nous développons une méthode déformant l’objet vers son domaine paramétrique par une méthode des moindres carrés linéaires. Cette méthode est simple d'implémentation et rapide d'exécution, mais n'est qu'une approximation de la quasi-conformité car elle ne borne pas la distorsion. Deuxièmement, nous remédions à ce problème par une approche non linéaire basée sur les positions des sommets. Nous développons une technique déformant le domaine paramétrique vers le solide par une méthode des moindres carrés non linéaires. La non-linéarité permet l’inclusion de contraintes garantissant l’injectivité de la déformation. De plus, la déformation du domaine paramétrique au lieu de l’objet lui-même permet l’utilisation de domaines plus généraux. Troisièmement, nous présentons une approche non linéaire basée sur les angles dièdres. Cette méthode définit la déformation du solide par les angles dièdres au lieu des positions des sommets du maillage. Ce changement de variables permet une expression naturelle des bornes de distorsion de la déformation. Nous présentons quelques applications de cette nouvelle approche dont la paramétrisation, l'interpolation, l'optimisation et la compression de maillages tétraédriques.Geometric modeling is important for both computer graphics and engineering. Our ability to represent geometric information sets the limits and the ease with which we manipulate 3D objects. One such representation is the volume mesh, that is composed of polyhedra assembled to approximate a desired shape. Some applications, such as texturing and remeshing, benefit from deforming the mesh to a more regular domain in order to perform some operations. We say that a deformation is \emph{quasi-conformal} if its distortion is bounded. In this thesis, we propose algorithms for quasi-conformal deformations of volume meshes. We study these deformations because of their good local shape preservation properties and because they are still relatively unknown to the graphics community, as opposed to their 2D counterparts. This research attempts to generalize \gilles{some well-known surface deformation concepts to volumes}. First, we present a linear approach to quasi-conformality. We develop a method that deforms a solid to a parameterization domain using a linear least squares method. This method is fast and simple to implement, but the result is an approximation to quasi-conformality because distortion is not bounded. Second, we solve this latter limitation with a nonlinear approach based on vertex positions. We develop a technique to deform the parameterization domain to a solid shape using a nonlinear least squares method. Nonlinearity lets us include constraints that guarantee the injectivity of the deformation. Moreover, deforming the parameterization domain instead of the shape itself lets us use more general domains. Third, we present a nonlinear approach based on dihedral angles. Our method defines the deformation of the volume mesh using its dihedral angles instead of its vertex positions. This change of variables permits a natural expression of the bounds of the deformation distortion. We present some applications of this new approach that include volume parameterization, shape interpolation, mesh optimization, and mesh compression of tetrahedral meshes

Génération et édition de textures géométriques représentées par des ensembles de points

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Optimisation de la chaîne de numérisation 3D : de la surface au maillage semi-régulier

Nowadays, 3D digitization systems generate numeric representations that are both realistic and of high geometric accuracy with respect to real surfaces. However, this geometric accuracy, obtained by oversampling surfaces, increases significantly the generated amount of data. Consequently, the resulting meshes are very dense, and not suitable to be visualized, transmitted or even stored efficiently. Nevertheless, the semi-regular representation due to its scalable and compact representation, overcomes this problem. This thesis aims at optimizing the classic 3D digitization chain, by first improving the sampling of surfaces while preserving geometric features, and secondly shortening the number of required treatments to obtain such semi-regular meshes. To achieve this goal, we integrated in a stereoscopic system the Poisson-disk sampling that realizes a good tradeoff between undersampling and oversampling, thanks to its blue noise properties. Then, we produced a semi-regular meshing technique that directly works on the stereoscopic images, and not on a meshed version of point clouds, which are usually generated by such 3D scanners. Experimental results prove that our contributions efficiently generate semi-regular representations, which are accurate with respect to real surfaces, while reducing the generated amount of data.La numérisation 3D permet de générer des représentations numériques très réalistes et fidèles géométriquement aux surfaces réelles. Cependant, cette fidélité géométrique, obtenue à l'aide d'un sur-échantillonnage de surfaces, augmente considérablement le volume de données générées. Les maillages ainsi produits sont donc très denses, et peu adaptés aux différents supports de visualisation, de transfert, de stockage, etc. La représentation semi-régulière des surfaces permet de diminuer le volume nécessaire à la représentation de ces maillages denses, et possède des qualités bien connues en matière de représentations multi-échelles et de compression. Cette thèse a pour objectif d'optimiser la chaîne de numérisation 3D classique en améliorant l'échantillonnage des surfaces tout en conservant la fidélité géométrique, et en court-circuitant les étapes fastidieuses qui conduisent à une représentation semi-régulière. Pour cela, nous avons intégré dans un système stéréoscopique, l'échantillonnage en disques de Poisson qui, grâce à ses propriétés de bruit bleu, réalise un bon compromis entre sous- et sur-échantillonnage. Ensuite, nous avons généré un mailleur semi-régulier, qui travaille directement sur les images stéréoscopiques, et non sur une version remaillée des nuages de points habituellement générés par ces systèmes. Les résultats expérimentaux montrent que ces deux contributions génèrent de façon efficace des représentations semi-régulières, qui sont géométriquement fidèles aux surfaces réelles, tout en réduisant le volume de données générées

Développement d'outils d'évaluation de la distribution des temps de séjour et de génération de maillages pour la modélisation de l'écoulement de fluides dans des mélangeurs continus

Pour optimiser les procédés de mélange, la compréhension de la mécanique des fluides est indispensable. Des outils numériques permettant de caractériser le mélange dans les procédés opérant en continu ont été développés. Une des méthodes les plus fréquemment rencontrées en simulation numérique pour quantifier le mélange dans ce type de système, est la distribution des temps de séjour (DTS). Elle permet, entre autres, d'analyser l'homogénéité de l'âge du fluide sur une section de contrôle. Elle s'obtient en combinant une technique de résolution des équations de conservation de la masse et de la quantité de mouvement par éléments finis, servant à établir le champ de vitesse, avec une méthode de lâcher de particules sans masse. Ces dernières sont uniformément réparties sur la surface d'entrée et récupérées à la sortie, permettant ainsi de déterminer l'âge du fluide. Un des problèmes fréquemment rencontrés avec ces techniques est le phénomène de perte de particules. Pour atténuer ce phénomène, une technique consistant à évaluer une région proche de la paroi dans laquelle aucune particule n'est injectée est présentée. De même, une méthodologie qui permet de mieux approximer le temps de séjour moyen et d'améliorer l'allure des courbes de DTS est également développée. Les premiers tests ont été faits en considérant le cas d'un écoulement entre deux plaques puis le cas d'une conduite circulaire. Les résultats ont montré une concordance avec la théorie permettant d'étendre la méthodologie au cas d'un mélangeur statique. Par contre, la précision de ce type de résultats est grandement dépendante du maillage du domaine d'écoulement. Cela est particulièrement vrai pour des géométries complexes, comme c'est le cas pour une extrudeuse bi-vis. Or, l'étape de maillage est délicate à cause de la présence de parties mobiles et de petits entrefers dont la position varie dans le temps. Il est alors essentiel de trouver une stratégie de maillage flexible. Dans ce contexte, une technique pour mailler le fourreau d'une bi-vis à l'aide de tétraèdres a été développée. Elle consiste à créer un maillage de la surface transversale du fourreau à partir d'un nuage de points connectés pour former des éléments triangulaires. Ce maillage est ensuite extrudé pour former le volume du domaine d'écoulement avec des éléments prismes, à 6 noeuds, qui sont à leur tour divisés en tétraèdres. L'avantage de cette technique est qu'elle permet le raffinement local du maillage, ce qui est souvent très difficile à réaliser avec des logiciels commerciaux. Le volume du maillage a été évalué et comparé au volume théorique de la géométrie du fourreau pour valider le maillage obtenu. Par la suite, la modélisation de l'écoulement dans un fourreau vide a été faite avec des maillages issus de notre mailleur et du logiciel commercial Gambit (Ansys) pour comparer les résultats et vérifier ainsi la fonctionnalité du mailleur. Finalement, une étude de l'écoulement d'un fluide visqueux dans le fourreau avec les vis en rotation a été réalisée. Pour ce faire, la méthode des éléments finis virtuels (VFEM) a été utilisée pour modéliser les parties mobiles par des points de contrôle. La méthodologie développée pour mailler le fourreau de l'extrudeuse bi-vis s'est avérée utile pour simuler l'écoulement en régime transitoire avec des vis en mouvement. En effet, elle a conduit à des maillages fonctionnels, générés de façon systématique et quasi-instantanée. De plus, il est maintenant possible de pouvoir raffiner localement le maillage pour mettre plus d'éléments dans les entrefers, ce que nous n'avions pu faire avec les logiciels commerciaux. ----------- A detailed understanding of fluid mechanics is required in order to optimize mixing processes. In this thesis numerical tools that allow the characterization of mixing in different continuous processes were developed. One of the methods often used in numerical simulations to quantify the level of mixing in these types of systems is Residence Time Distribution (RTD). One capability of this method is that it can analyze the uniformity of the time that elements of the fluid have spent in a control volume. RTD is obtained by combining the calculation of the velocity field through solving the equations of mass and momentum balance via the finite element method and the injection of massless particles. These particles are injected uniformly on the entry surface and are gathered at the exit, allowing the determination of their residence time. One of the problems encountered, when using this technique, is the loss of particles. To overcome the problem, a solution was presented that estimates the thickness of the near wall region, where no particles are injected. Also, a methodology was developed that allows a better approximation of the average residence time and improves the shape of RTD curves. The primary tests were carried out on the case of flow between two plates and in a circular conduit. The results showed good agreement with theory and permitted the application to a static mixer. It is worth noting that the precision of the generated results greatly depends on the mesh generation for the flow domain. This is particularly significant in the case of complex geometries such as flow in a twin-screw extruder, where the mesh generation step is a very delicate matter due to the presence of moving parts and small gaps with changing position in time. Thus, finding a flexible mesh generation strategy is essential. In this context, a technique to generate a mesh for the barrel utilizing tetrahedrons was developed. It consists of creating a mesh over the transversal surface of the barrel from a network of points interconnected to form triangular elements. This surface mesh is extruded to form the volume of the flow domain with prism elements holding six nodes, which are later on divided into tetrahedrons. The advantage of this technique is that it allows local refinement the mesh, something that cannot always be achieved easily using commercial software. The obtained mesh is validated by evaluation of its volume and comparison to the theoretical volume. Afterwards, flow inside an empty barrel is modeled using our mesh generation technique, and the commercial software Gambit to compare the results from the two and verify the functionality of our mesh generator. Finally, a study was carried out on the flow of a viscous fluid inside the barrel while the screws were rotating. In order to carry out this study, the Virtual Finite Elements Method (VFEM) was applied to model the moving parts using control points. The methodology developed to mesh the barrel of a twin-screw extruder was found useful to simulate the flow with moving screws in transitory state. In fact, it generates functional meshes in a systematic and quasi-instantaneous manner. In addition, it is now possible to refine locally a mesh in order to place more elements in gaps, which was something we were not able to do with commercial software

Space Carving multi-view video plus depth sequences for representation and transmission of 3DTV and FTV contents

La vidéo 3D a suscité un intérêt croissant durant ces dernières années. Grâce au développement récent des écrans stéréoscopiques et auto-stéréoscopiques, la vidéo 3D fournit une sensation réaliste de profondeur à l'utilisateur et une navigation virtuelle autour de la scène observée. Cependant de nombreux défis techniques existent encore. Ces défis peuvent être liés à l'acquisition de la scène et à sa représentation d'une part ou à la transmission des données d'autre part. Dans le contexte de la représentation de scènes naturelles, de nombreux efforts ont été fournis afin de surmonter ces difficultés. Les méthodes proposées dans la littérature peuvent être basées image, géométrie ou faire appel à des représentations combinant image et géométrie. L'approche adoptée dans cette thèse consiste en une méthode hybride s'appuyant sur l'utilisation des séquences multi-vues plus profondeur MVD (Multi-view Video plus Depth) afin de conserver le photo-réalisme de la scène observée, combinée avec un modèle géométrique, à base de maillage triangulaire, renforçant ainsi la compacité de la représentation. Nous supposons que les cartes de profondeur des données MVD fournies sont fiables et que les caméras utilisées durant l'acquisition sont calibrées, les paramètres caméras sont donc connus, mais les images correspondantes ne sont pas nécessairement rectifiées. Nous considérerons ainsi le cas général où les caméras peuvent être parallèles ou convergentes. Les contributions de cette thèse sont les suivantes. D'abord, un schéma volumétrique dédié à la fusion des cartes de profondeur en une surface maillée est proposé. Ensuite, un nouveau schéma de plaquage de texture multi-vues est proposé. Finalement, nous abordons à l'issue ce ces deux étapes de modélisation, la transmission proprement dite et comparons les performances de notre schéma de modélisation avec un schéma basé sur le standard MPEG-MVC, état de l'art dans la compression de vidéos multi-vues.3D videos have witnessed a growing interest in the last few years. Due to the recent development ofstereoscopic and auto-stereoscopic displays, 3D videos provide a realistic depth perception to the user and allows a virtual navigation around the scene. Nevertheless, several technical challenges are still remaining. Such challenges are either related to scene acquisition and representation on the one hand or to data transmission on the other hand. In the context of natural scene representation, research activities have been strengthened worldwide in order to handle these issues. The proposed methods for scene representation can be image-based, geometry based or methods combining both image and geometry. In this thesis, we take advantage of image based representations, thanks to the use of Multi-view Video plus Depth representation, in order to preserve the photorealism of the observed scene, and geometric based representations in order to enforce the compactness ofthe proposed scene representation. We assume the provided depth maps to be reliable.Besides, the considered cameras are calibrated so that the cameras parameters are known but thecorresponding images are not necessarily rectified. We consider, therefore, the general framework where cameras can be either convergent or parallel. The contributions of this thesis are the following. First, a new volumetric framework is proposed in order to mergethe input depth maps into a single and compact surface mesh. Second, a new algorithm for multi-texturing the surface mesh is proposed. Finally, we address the transmission issue and compare the performance of the proposed modeling scheme with the current standard MPEG-MVC, that is the state of the art of multi-view video compression.RENNES-INSA (352382210) / SudocSudocFranceF

Interaction lithosphère-manteau en contexte de subduction 3D. Relations entre déformation de surface et processus profonds

Over the time scale of tens of millions of years, a subduction system involves large deformations of tectonics plates, as one plate sinks into the Earth's mantle. The aim of this work was to develop a soli-fluid coupling method applied to the lithosphere-asthenosphere interaction in the context of subduction zones. Plates were assumed to behave as viscoelastic bodies, while the upper mantle was assimilated to a newtonian fluid. The method developped here is based on the use of non-matching interface meshes and a fictitious domain method (FDM) for the fluid problem. To optimize the computational efficiency of 3D model, we used a simplified version of the Lagrange multipliers fictitious domain method. The developped FDM has been benchmarked with analytical solutions and we showed that this FDM is a first-order method. The coupling method has also been compared to other fluid-solid coupling methods using matching interfaces meshes. A first two-dimensional study was performed in order to evaluate the influence of some rheological and kinematic parameters on the dynamics of a subduction controlled by the velocity of the plates. This study aimed at investigating cyclic slab folding over a rigid 660 km depth transition zone. This folding mechanism induces variations in slab dip that generate variations in the stress state of the overriding plate. We focussed on the influence of the upper mantle viscosity on slab folding. We also applied this model to the Andean subduction zone. Several studies have determined a cyclic variation of the South-American tectonic regime (period of 30-40~Myrs) which may have been related to the slab dip evolution.A l'échelle de plusieurs dizaines de millions d'années, un système de subduction implique de grandes déformations de la plaque plongeante assimilée un solide viscoélastique, et du manteau supérieur assimilé à un fluide newtonien. L'objectif de ce travail est de développer une stratégie de couplage solide-fluide appliquée à l'étude de l'interaction lithosphère-asthénosphère. Cette stratégie est basée sur l'utilisation de maillages non-conformes aux interfaces et d'une méthode de domaines fictifs (MDF) pour la résolution du problème fluide. Pour l'efficience des modèles 3D, nous employons une formulation simplifiée de la méthode de domaines fictifs par multiplicateurs de Lagrange. La MDF développée est validée par des comparaisons avec des solutions analytiques qui montrent que la méthode est d'ordre 1. La stratégie de couplage est également validée par la comparaison avec d'autres méthodes de couplage solide-fluide. Une première étude est ensuite menée pour analyser l'influence de certains paramètres rhéologiques et cinématiques sur la dynamique d'une subduction contrôlée par les vitesses des plaques. Cette étude, en 2D, concerne plus spécifiquement le mécanisme de plissement périodique du slab lorsque celui-ci est ancré à 660 km de profondeur. Ce mécanisme induit des variations de pendage du slab générant des variations de l'état de contrainte de la plaque chevauchante. Un intérêt particulier est porté sur l'influence de la viscosité du manteau sur les plissements. Dans ce cadre, nous réalisons une application à la subduction andine

De l’intérêt de l’analyse isogéométrique pour la simulation multi-physiques/multi-champs de structures en grandes déformations

International audienceNous explorons, dans cette communication, des formulations mutli-physiques et/ou multi-champs pour résoudre des problèmes d'élasticité ou de thermo-élasticité en grandes déformations avec une contrainte de quasi-incompressibilité telle que l'on peut en rencontrer avec des matériaux de type élastomères. Nous montrons que l'analyse isogéométrique est tout à fait pertinente dans ce cadre car elle présente à la fois de très bonnes propriétés de convergence (et donc de stabilité) et une grande souplesse d'utilisation dans le choix des espaces d'approximations des différents champs

Simulation aux Grandes Echelles d'un moteur à allumage commandé - Evaluations des variabilités cycliques

La réduction des émissions de polluants et la diminution de la consommation sont deux challenges fortement liés auxquels les constructeurs automobiles doivent faire face tout en maintenant les performances des moteurs. Les nouvelles stratégies telle que la réduction de la cylindrée associée à une optimisation de la boucle d'air (forte suralimentation et recirculation de gaz brûlés) possèdent ce potentiel. Cependant elles affectent la stabilité du moteur en favorisant les variations cycle à cycle (VCC) qui correspondent à une fluctuation de la combustion d'un cycle sur l'autre. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie s'appuyant sur la Simulation aux Grandes Echelles (SGE) capable de prédire les VCC d'un moteur à allumage commandé. Les prédictions sont validées grâce à une base de données expérimentale conçue à l'IFP qui leur est dédiée. Une approche graduelle est employée : l'outil numérique est tout d'abord évalué sur une configuration simplifiée de moteur à piston sans combustion, puis appliqué à un moteur à allumage commandé entraîné pour valider la prédiction de l'aérodynamique interne. Sur cette dernière configuration le couplage avec le modèle de combustion DTFLES est rajouté pour simuler deux points de fonctionnement réactifs. Chacune de ces simulations intègre un ou plusieurs points de modélisation (les tétraèdres en maillage mobile, les modèles de choc et d'allumage, et la cinétique chimique) au préalable testés sur des configurations académiques. Ce travail de recherche montre que l'approche SGE, dans un contexte de calcul massivement parallèle, est un outil prometteur dans l'étude des VCC d'un moteur à allumage commandé de conception récente