EIKONAL-BASED MODELS OF RANDOM TESSELLATIONS

In this article, we propose a novel, efficient method for computing a random tessellation from its vectorial representation at each voxel of a discretized domain. This method is based upon the resolution of the Eikonal equation and has a complexity in O(N log N), N being the number of voxels used to discretize the domain. By contrast, evaluating the implicit functions of the vectorial representation at each voxel location has a complexity of O(N²) in the general case. The method also enables us to consider the generation of tessellations with rough interfaces between cells by simulating the growth of the germs on a domain where the velocity varies locally. This aspect constitutes the main contribution of the article. A final contribution is the development of an algorithm for estimating the multi-scale tortuosity of the boundaries of the tessellation cells. The algorithm computes the tortuosity of the boundary at several scales by iteratively deforming the boundary until it becomes a straight line. Using this algorithm, we demonstrate that depending on the local velocity model, it is possible to control the roughness amplitude of the cells boundaries

Modelling the microstructure and the viscoelastic behaviour of carbon black filled rubber materials from 3D simulations

International audienceVolume fraction and spatial repartition of fillers impact the physical properties of rubber. Extended percolating networks of nano-sized fillers significantly modify the macroscopic mechanical properties of rubbers. Random models that describe the multiscale microstructure of rubber and efficient Fourier-based numerical algorithms are combined to predict the material’s mechanical properties. From TEM image analysis, various types of multiscale models were proposed and validated, accounting for the non-homogeneous distribution of fillers: in the present work, aggregates are located outside of an exclusion polymer simulated by two families of random models. The first model generates the exclusion polymer by a Boolean model of spheres. In the second model, the exclusion polymer is a mosaic model built from a Johnson-Mehl tessellation. Here the exclusion polymer and the polymer containing the filler show a similar morphology, contrary to the Boolean model. Aggregates are then described as the intersection of a Boolean model of spheres and of the complementary of the exclusion polymer. Carbon black particles are simulated by a Cox model of spheres in the aggregates. The models rely on a limited number of parameters fitted from experimental covariance and cumulative granulometry. The influence of the model parameters on percolation properties of the models is studied numerically from 3D simulations. Finally, a novel Fourier-based algorithm is proposed to estimate the viscoelastic properties of linear heterogeneous media, in the harmonic regime. The method is compared to analytical results and to a different, time-discretized FFT scheme. As shown in this work, the proposed numerical method is efficient for computing the viscoelastic response of microstructures containing rubbers and fillers

Numerical simulation of thin paint film flow

International audienceBeing able to predict the visual appearance of a painted steel sheet, given its topography before paint application, is of crucial importance for car makers. Accurate modeling of the industrial painting process is required. The equations describing the leveling of the paint are complex and their numerical simulation requires advanced mathematical tools, which are described in detail in this paper. Simulations are validated using a large experimental database obtained with a wavefront sensor developed by PhasicsTM

3D Morphological modeling of a polycrystaline microstructure with non-convex, anisotropic grains

International audienceTATB (1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene) is an energetic molecular crystal that combines high energetic performance and good thermal stability. By adding a small amount of a polymer acting as a binder between TATB grains, it is possible to obtain exceptionally safe explosives displaying good mechanical properties. A first step toward the understanding of the influence of the microstructure on the mechanical properties of TATB is the development of stochastic models to describe the microstructure of the material

Modélisation de la rugosité et de l'aspect de surfaces d'acier peintes

The visual appearance of the painted steel sheets constituting the body of a car contributes significantly to the quality of the entire vehicle. If the industrial processes of paint deposition has a major impact on the visual appearance of the painted steel sheets, the intrinsic quality of the steel sheet used remains a key factor in its obtention. In this thesis, the influence of the topography of rough steel sheets on the appearance after painting is investigated. The deposition of the successive layers of electrophoresis, sealer and lacquer on the metal significantly modify the surface roughness. Hydrodynamic models were developed during this thesis project, which aim at predicting the final topography of the painted sheet. Emphasis is placed on the influence of the paint rheology, Newtonian or non-Newtonian, on the leveling. A major challenge regarding the study of the painting is the measurement of its rheological parameters in the geometric configuration of thin films. A method is presented which, by resolving an inverse problem, allows an in situ characterization of the rheology of the paint. An important experimental work and the development of tools for characterizing surface roughness based on the wavelet transform validated the use of the different models to describe the various stages of the process of painting. The interaction of light with the painted surfaces is finally briefly investigated. A model which takes into account the influence of the roughness and the phenomenon of light scattering in the paint layer is presented. Simulations were made from this model and confronted to experimental results, showing promising results.L'aspect visuel des pièces peintes d'une automobile contribue significativement à la qualité de l'ensemble du véhicule. Si les procédés industriels de dépôt de peinture mis en oeuvre au cours de la fabrication de l'automobile impactent de manière prépondérante l'aspect visuel des tôles revêtues, la qualité intrinsèque de la tôle utilisée n'en est pas moins un facteur essentiel de l'obtention de cet aspect. Nous nous intéressons dans ce projet de thèse à l'influence de la topographie des tôles rugueuses sur l'aspect des pièces automobiles après mise en peinture. Le dépôt des couches successives de cataphorèse, sealer et laque sur la tôle modifie en profondeur la rugosité des surfaces. Plusieurs modèles hydrodynamiques ont été développés au cours de ce projet de thèse, qui permettent de prédire la topographie finale de la tôle revêtue. L'accent est mis sur l'influence de la rhéologie, newtonienne ou non-newtonienne, de la peinture automobile sur la dynamique de l'écoulement. Une des principales difficultés relative à l'étude menée sur la peinture est la mesure des paramètres de rhéologie dans la configuration géométrique des films minces. Une méthode est présentée qui, via la résolution d'un problème inverse, permet une caractérisation in situ de la rhéologie de la peinture constitutive du film. Un important travail expérimental et le développement d'outils de caractérisation de la rugosité des surfaces, basés notamment sur la transformée en ondelette, ont permis de valider l'utilisation des différents modèles en vue de décrire les différentes étapes du procédé de mise en peinture. La question de l'interaction de la lumière avec les surfaces revêtues est enfin brièvement abordée. Un modèle permettant de prendre en compte l'influence de la rugosité et du phénomène de diffusion de la lumière au sein de la couche de peinture est présenté. Des simulations de rendus ont été réalisées à partir de ce modèle et confrontées à des rendus mesurés expérimentalement, qui donnent des résultats prometteurs

Modélisation de la rugosité et de l'aspect de surfaces d'acier peintes

L'aspect visuel des pièces peintes d'une automobile contribue significativement à la qualité de l'ensemble du véhicule. Si les procédés industriels de dépôt de peinture mis en oeuvre au cours de la fabrication de l'automobile impactent de manière prépondérante l'aspect visuel des tôles revêtues, la qualité intrinsèque de la tôle utilisée n'en est pas moins un facteur essentiel de l'obtention de cet aspect. Nous nous intéressons dans ce projet de thèse à l'influence de la topographie des tôles rugueuses sur l'aspect des pièces automobiles après mise en peinture. Le dépôt des couches successives de cataphorèse, sealer et laque sur la tôle modifie en profondeur la rugosité des surfaces. Plusieurs modèles hydrodynamiques ont été développés au cours de ce projet de thèse, qui permettent de prédire la topographie finale de la tôle revêtue. L'accent est mis sur l'influence de la rhéologie, newtonienne ou non-newtonienne, de la peinture automobile sur la dynamique de l'écoulement. Une des principales difficultés relative à l'étude menée sur la peinture est la mesure des paramètres de rhéologie dans la configuration géométrique des films minces. Une méthode est présentée qui, via la résolution d'un problème inverse, permet une caractérisation in situ de la rhéologie de la peinture constitutive du film. Un important travail expérimental et le développement d'outils de caractérisation de la rugosité des surfaces, basés notamment sur la transformée en ondelette, ont permis de valider l'utilisation des différents modèles en vue de décrire les différentes étapes du procédé de mise en peinture. La question de l'interaction de la lumière avec les surfaces revêtues est enfin brièvement abordée. Un modèle permettant de prendre en compte l'influence de la rugosité et du phénomène de diffusion de la lumière au sein de la couche de peinture est présenté. Des simulations de rendus ont été réalisées à partir de ce modèle et confrontées à des rendus mesurés expérimentalement, qui donnent des résultats prometteurs.PARIS-MINES ParisTech (751062310) / SudocSudocFranceF

Hierarchical Segmentation Based Upon Multi-resolution Approximations and the Watershed Transform

International audienc

Fast marching based superpixels

In this article, we present a fast-marching based algorithm for generating superpixel (FMS) partitions of images. The idea behind the algorithm is to draw an analogy between waves propagating in a heterogeneous medium and regions growing on an image at a rate depending on the local color and texture. The FMS algorithm is evaluated on the Berkeley Segmentation Dataset 500. It yields results in terms of boundary adherence that are slightly better than the ones obtained with similar approaches including the Simple Linear Iterative Clustering, the Eikonal-based region growing for efficient clustering and the Iterative Spanning Forest framework for superpixel segmentation algorithms. An interesting feature of the proposed algorithm is that it can take into account texture information to compute the superpixel partition. We illustrate the interest of adding texture information on a specific set of images obtained by recombining textures patches extracted from images representing stripes, originally constructed by Giraud et al. [20]. On this dataset, our approach works significantly better than color based superpixel algorithms