Les surfaces gagnent du volume

National audienceImproving the visual appearance of today virtual character of video-games or cinema involves the use of geometry, computer science and a classical theorem of calculus. In this paper, we apply the well known divergence theorem to the field of computer graphics to certify that a virtual character can be deformed while having a constant internal volume during the animation.Améliorer l'apparence des personnages virtuels modernes des jeux vidéo et du cinéma passe aujourd'hui par le mariage entre un théorème d'analyse vectoriel classique, la géométrie et l'informatique. Nous proposons dans cet article d'expliquer en quoi l'application du théorème de Green-Ostrogradsky dans le domaine de l'image de synthèse permet de garantir que les personnages virtuels maintiennent leur volume constant lorsqu'ils sont animés

Animation de personnages par skinning à volume constant

National audienceAnimated characters obtained with the skinning method are widely used in movies and video games industry due to its intuitive control and its fast implementation. However, when this method is used for large deformations, the realistic beavior of the animation might be spoiled by the loss of a certain amount of volume of the animated object. Therefore, a method that constraints the volume of a character deformed with an underlying skeleton is set-up. The correction is performed in two steps. First, the surface is deformed with a classical skinning algorithm. Next, the surface is corrected in order to keep its volume constant. The correction is given by a constrained minimisation where the parameters only depend on the skinning data. The method of Lagrange multipliers is used is order to solve the equations. An analytical solution is given that enables the execution at interactive speed. An exact correction of the volume can be applied on the character when the axes are treated separatedly. A correction that locally depend on the shape of the object is also carried on via an approximated correction. The error of the approximated volume is less than 5% in the worst case. This method enables a deformation with a constant volume while keeping the advantage of the skinning. Moreover, the correction is linked to the parameters that are already given for a deformation performed with an animation-skeleton. Therefore, there is no need of any extra work for the artist. Finally, different visual effects can be obtained depending on the type of function that is optimized.La déformation de personnages animés par la méthode de skinning est largement répandue dans le domaine du cinéma et du jeu vidéo grâce à son contrôle intuitif et à son évaluation rapide. Cependant, pour certains mouvements, l'aspect réaliste de l'animation peut être mis en défaut par la perte d'une partie du volume du personnage déformé. Ce rapport présente une méthode de contrainte de volume appliquée à la déformation d'un objet à l'aide d'un squelette d'animation. Nous procédons en une première étape de déformation par skinning classique, puis corrigeons le volume de la surface obtenue dans un second temps. La correction est obtenue par une minimisation sous contrainte dont les paramètres sont liés aux seules données du skinning. Une solution analytique est obtenue, permettant une exécution de l'algorithme à plus de 30 images par seconde. Le volume du personnage ainsi déformé peut alors être corrigé de façon exacte dans le cas d'un traitement séparé des axes. Une méthode approchée est également mise en place pour permettre une correction liée localement à la forme de l'objet animé. La méthode utilisée permet une déformation à volume constant tout en préservant la simplicité et la rapidité d'exécution du skinning. Celle-ci est intrinsèquement liée aux paramètres de la déformation par squelette et ne requiert pas de travail supplémentaire de l'artiste. Enfin, différents effets visuels peuvent être obtenus selon l'optimisation utilisée

Animation de personnages par skinning à volume constant

National audienceAnimated characters obtained with the skinning method are widely used in movies and video games industry due to its intuitive control and its fast implementation. However, when this method is used for large deformations, the realistic beavior of the animation might be spoiled by the loss of a certain amount of volume of the animated object. Therefore, a method that constraints the volume of a character deformed with an underlying skeleton is set-up. The correction is performed in two steps. First, the surface is deformed with a classical skinning algorithm. Next, the surface is corrected in order to keep its volume constant. The correction is given by a constrained minimisation where the parameters only depend on the skinning data. The method of Lagrange multipliers is used is order to solve the equations. An analytical solution is given that enables the execution at interactive speed. An exact correction of the volume can be applied on the character when the axes are treated separatedly. A correction that locally depend on the shape of the object is also carried on via an approximated correction. The error of the approximated volume is less than 5% in the worst case. This method enables a deformation with a constant volume while keeping the advantage of the skinning. Moreover, the correction is linked to the parameters that are already given for a deformation performed with an animation-skeleton. Therefore, there is no need of any extra work for the artist. Finally, different visual effects can be obtained depending on the type of function that is optimized.La déformation de personnages animés par la méthode de skinning est largement répandue dans le domaine du cinéma et du jeu vidéo grâce à son contrôle intuitif et à son évaluation rapide. Cependant, pour certains mouvements, l'aspect réaliste de l'animation peut être mis en défaut par la perte d'une partie du volume du personnage déformé. Ce rapport présente une méthode de contrainte de volume appliquée à la déformation d'un objet à l'aide d'un squelette d'animation. Nous procédons en une première étape de déformation par skinning classique, puis corrigeons le volume de la surface obtenue dans un second temps. La correction est obtenue par une minimisation sous contrainte dont les paramètres sont liés aux seules données du skinning. Une solution analytique est obtenue, permettant une exécution de l'algorithme à plus de 30 images par seconde. Le volume du personnage ainsi déformé peut alors être corrigé de façon exacte dans le cas d'un traitement séparé des axes. Une méthode approchée est également mise en place pour permettre une correction liée localement à la forme de l'objet animé. La méthode utilisée permet une déformation à volume constant tout en préservant la simplicité et la rapidité d'exécution du skinning. Celle-ci est intrinsèquement liée aux paramètres de la déformation par squelette et ne requiert pas de travail supplémentaire de l'artiste. Enfin, différents effets visuels peuvent être obtenus selon l'optimisation utilisée

Synthèse de son de papier adaptée au mouvement et à la géométrie de la surface

National audienceNous présentons une méthode pour générer en temps réel un son plausible pour une animation d'un papier virtuel que l'on froisse. Pour cela, nous analysons l'animation géométrique de la surface du papier pour détecter les événements à l'origine de sons puis calculons géométriquement les zones du papier qui vibrent de part la propagation des ondes au travers de la surface. Le son résultant est ensuite synthétisé à partir à la fois d'extraits pré-enregistrés, et d'une synthèse procédurale, tenant compte de la forme géométrique de la surface et de sa dynamique. Nous validons nos résultats en comparant le son généré par notre modèle virtuel par rapport à des enregistrements réels pour un ensemble de cas d'animations caractéristiques. Abstract In this article, we present a method to generate plausible sounds for an animation of crumpling paper in real-time. We analyse the geometrical animation of the deformed surface to detect sound-producing events and compute the regions which resonate due to the propagation of the vibrations though the paper. The resulting sound is synthesized from both pre-recorded sounds and procedural generation taking into account the geometry of the surface and its dynamic. Our results are validated by comparing the generated sound of the virtual model with respect to real recording for a set of specific deformations

Interactively animating crumpling paper

International audienceWe present the first method in computer graphics to animate sheets of paper at interactive rates while automatically generating a plausible set of sharp features when the sheet is crumpled. Our hybrid, geometric and physical, model is based on a high-level understanding of the physical constraints that act on real sheets of paper, and of their geometric counterparts. This understanding enables us to use an adaptive mesh carefully representing the main geometric features of paper in terms of singular points and developability

Real-time sound synthesis for paper material based on geometric analysis

International audienceIn this article, we present the first method to generate plausible sounds while animating crumpling virtual paper in real time. Our method handles shape-dependent friction and crumpling sounds which typically occur when manipulating or creasing paper by hand. Based on a run-time geometric analysis of the deforming surface, we identify resonating regions characterizing the sound being produced. Coupled to a fast analysis of the surrounding elements, the sound can be efficiently spatialized to take into account nearby wall or table reflectors. Finally, the sound is synthesized in real time using a pre-recorded database of frequency- and time-domain sound sources. Our synthesized sounds are evaluated by comparing them to recordings for a specific set of paper deformations

Real-time sound synthesis for paper material based on geometric analysis

International audienceIn this article, we present the first method to generate plausible sounds while animating crumpling virtual paper in real time. Our method handles shape-dependent friction and crumpling sounds which typically occur when manipulating or creasing paper by hand. Based on a run-time geometric analysis of the deforming surface, we identify resonating regions characterizing the sound being produced. Coupled to a fast analysis of the surrounding elements, the sound can be efficiently spatialized to take into account nearby wall or table reflectors. Finally, the sound is synthesized in real time using a pre-recorded database of frequency- and time-domain sound sources. Our synthesized sounds are evaluated by comparing them to recordings for a specific set of paper deformations

Nested Explorative Maps: A new 3D canvas for conceptual design in architecture

International audienceIn this digital age, architects still need to alternate between paper sketches and 3D modeling software for their designs. Indeed, while 3D models enable to explore different views, creating them at very early stages might reduce creativity since they do not allow to superpose several tentative designs nor to refine them progressively, as sketches do. To enable exploratory design in 3D, we introduce Nested Explorative Maps, a new system dedicated to interactive design in architecture. Our model enables coarse to fine sketching of nested architectural structures, enabling to progressively sketch a 3D building from floor plan to interior design, thanks to a series of nested maps able to spread in 3D. Each map allows the visual representation of uncertainty as well as the interactive exploration of the alternative, tentative options. We validate the model through a user study conducted with professional architects, enabling us to highlight the potential of Nested Explorative Maps for conceptual design in architecture.En cette ère du numérique, les architectes doivent encore alterner entre le croquis papier et logiciels de modélisation 3D afin de réaliser leurs conceptions. En effet, les modèles 3D permettent d’explorer différentes vues mais leur création à un stade très précoce peut impliquer une perte de la créativité car ils ne permettent pas de superposer plusieurs plans provisoires ni de les affiner progressivement, comme le font les esquisses. Pour permettre la conception exploratoire dans l'espace 3D, nous présentons Nested Explorative Maps, un nouveau système dédié à la conception interactive en architecture. Notre modèle permet de dessiner du grossier aux détails des structures architecturales imbriquées, afin de dessiner progressivement un bâtiment en 3D, du plan à la décoration intérieure, grâce à une série de cartes imbriquées capables de se répandre en 3D. Chaque carte permet de représenter visuellement l’incertitude et d’explorer de manière interactive les différentes options possibles. Une étude utilisateur réalisée auprès d'architectes professionnels nous a permis de valider notre modèle et de mettre en évidence le potentiel des cartes exploratoires imbriquées pour la conception conceptuelle en architecture

Déformation de la peau d'un personnage avec prise en compte des contacts

National audienceLors de l'animation d'un maillage représentant la peau d'un personnage ou d'un animal par exemple, des techniques dites de skinning sont utilisées pour le déformer au niveau des articulations. Bien que très populaires dans l'industrie pour leur très faible coût d'évaluation, les techniques de skinning géométrique comme le LBS (Linear Blending Skinning) ou les dual quaternions, ne permettent pas d'imiter de façon crédible les déformations des membres. Pour mieux capturer le comportement de la peau, d'autres méthodes basées seulement sur le maillage, utilisent des calculs coûteux comme la détection de collisions ou la correction de volume. Toutefois ces approches restent seulement adaptées au rendu hors ligne. Nous présentons la première méthode temps réel produisant une déformation du maillage en prenant en compte le contact de la peau et, éventuellement, le gonflement des muscles. Nous proposons d'utiliser de façon conjointe le maillage et une représentation volumique. Le maillage est approximé avec une surface implicite qui nous permet de le déformer de façon plausible tout en traitant les collisions et en conservant les détails du maillage

Unilaterally Incompressible Skinning

Skinning was initially devised for computing the skin of a character deformed through a skeleton; but it is now also commonly used for deforming tight garments at a very cheap cost. However, unlike skin which may easily compress and stretch, tight cloth strongly resists compression: inside bending regions such as the interior of an elbow, cloth does not shrink but instead buckles, causing interesting folds and wrinkles which are completely missed by skinning methods. Our goal is to extend traditional skinning in order to capture such folding patterns automatically, without sacrificing efficiency. The key of our model is to replace the usual skinning formula — derived from, e.g., Linear Blend Skinning or Dual Quaternions — with a complementarity constraint, making an automatic switch between, on the one hand, classical skinning in zones prone to stretching, and on the other hand, a quasi-isometric scheme in zones prone to compression. Moreover, our method provides some useful handles to the user for directing the type of folds created, such as the fold density or the overall shape of a given fold. Our results show that our method can generate similar complexity of folds compared to full cloth simulation, while retaining interactivity of skinning approaches and offering intuitive user control