A brick in the wall: Staggered orientable infills for additive manufacturing

International audienceAdditive manufacturing is typically conducted in a layer-by-layer fashion. A key step of the process is to define, within each planar layer, the trajectories along which material is deposited to form the final shape. The direction of these trajectories triggers an anisotropy in the fabricated parts, which directly affects their properties, from their mechanical behavior to their appearance. Controlling this anisotropy paves the way to novel applications, from stronger parts to controlled deformations and surface patterning.This work introduces a method to generate trajectories that precisely follow an input direction field while simultaneously avoiding intra- and inter-layer defects. Our method results in spatially coherent trajectories - all follow the specified direction field throughout the layers - while providing precise control over their inter-layer arrangement. This allows us to generate a staggered layout of trajectories across layers, preventing unavoidable tiny gaps from forming tunnel-shaped voids throughout a part volume.Our approach is simple, robust, easy to implement, and scales linearly with the input volume. It builds upon recent results in procedural generation of oscillating patterns, generating a signal in the 3D domain that oscillates with a frequency matching the deposition beads width while following the input direction field. Trajectories are extracted with a process akin to a marching square

Procedural Phasor Noise

International audienceProcedural pattern synthesis is a fundamental tool of Computer Graphics, ubiquitous in games and special effects. By calling a single procedure in every pixel – or voxel – large quantities of details are generated at low cost, enhancing textures, producing complex structures within and along surfaces. Such procedures are typically implemented as pixel shaders. We propose a novel procedural pattern synthesis technique that exhibits desirable properties for modeling highly contrasted patterns, that are especially well suited to produce surface and microstructure details. In particular, our synthesizer affords for a precise control over the profile, orientation and distribution of the produced stochastic patterns, while allowing to grade all these parameters spatially. Our technique defines a stochastic smooth phase field – a phasor noise –that is then fed into a periodic function (e.g. a sine wave), producing an oscillating field with prescribed main frequencies and preserved contrast oscillations. In addition, the profile of each oscillation is directly controllable (e.g. sine wave, sawtooth, rectangular or any 1D profile). Our technique builds upon a reformulation of Gabor noise in terms of a phasor field that affords for a clear separation between local intensity and phase. Applications range from texturing to modeling surface displacements, as well as multi-material microstructures in the context of additive manufacturing

SMARCB1 regulates a TFCP2L1-MYC transcriptional switch promoting renal medullary carcinoma transformation and ferroptosis resistance

Renal medullary carcinoma (RMC) is an aggressive tumour driven by bi-allelic loss of SMARCB1 and tightly associated with sickle cell trait. However, the cell-of-origin and oncogenic mechanism remain poorly understood. Using single-cell sequencing of human RMC, we defined transformation of thick ascending limb (TAL) cells into an epithelial-mesenchymal gradient of RMC cells associated with loss of renal epithelial transcription factors TFCP2L1, HOXB9 and MITF and gain of MYC and NFE2L2-associated oncogenic and ferroptosis resistance programs. We describe the molecular basis for this transcriptional switch that is reversed by SMARCB1 re-expression repressing the oncogenic and ferroptosis resistance programs leading to ferroptotic cell death. Ferroptosis resistance links TAL cell survival with the high extracellular medullar iron concentrations associated with sickle cell trait, an environment propitious to the mutagenic events associated with RMC development. This unique environment may explain why RMC is the only SMARCB1-deficient tumour arising from epithelial cells, differentiating RMC from rhabdoid tumours arising from neural crest cells

Magnetic resonance imaging and medical robotic assistance for pudendal vevralgia management

La névralgie pudendale par compression est une pathologie méconnue sous-diagnostiquée et de traitement difficile. Le but de ce travail est de faire d'une part un état de l'art sur la pathologie de névralgie pudendale et ses différents traitements afin d'identifier les axes potentiels de développement d'une technique d'imagerie diagnostic et de traitement par voie mini-invasive. Une large revue de la littérature a permis de mettre en exergue ('absence de technique d'imagerie permettant d'effectuer le diagnostic topographique de compression d'une part et de traitement mini-invasif valide de manière prospective et randomisée. Un travail préliminaire d'application de séquence de tractographie IRM a permis de confirmer, la faisabilité, la sûreté du repérage du nerf pudendal... sans que des critères radiologiques d'atteintes puissent être mis en avant. S'en suit la présentation des travaux de dissection cadavérique et du protocole de recherche clinique prospectif sur le développement de la technique de libération du nerf pudendal par voie laparoscopique robot-assistée.Pudendal nevralgia due to pudendal nerve entrapment is a poorly-known disease in medical community and both diagnostic and treatment may be delayed for patients. The goal of this thesis was to achieve a review of the literature on the diagnostic and treatment of this pathology in one hand, and to develop a reproducible laparoscopic robot-assisted approach. The systematic review of the literature shows that imaging was currently useless to help physicist in the topographic evaluation of the entrapment and that most of the mini-invasive treatment were not validated through a prospective randomized study. In a second chapter, we present the preliminary study on pudendal nerve detection with MRI-tractography sequences. It appears to be safe and reproducible for patients even if there is currently no radiologic signs to assess the entrapment.In a third chapter, we present the results of a cadaver to develop robotic-assisted pudendal nerve decompression and introduce the prospective clinical trial on robotic-assisted pudendal nerve decompression

Bruits procéduraux pour la conception de micro-structures en fabrication additive

La démocratisation de la fabrication additive a suscité un regain d'intérêt pour ses applications potentielles. Parmi celles-ci, la possibilité d'imprimer des structures à petite échelle est particulièrement prometteuse. La géométrie des structures internes à petite échelle influence directement les propriétés physiques des pièces finales. Ainsi, la découverte de nouvelles structures à petite échelle produisant des propriétés cibles spécifiques élargit les possibilités offertes aux utilisateurs de la fabrication additive, ce qui ouvre la voie à de nouvelles applications potentielles en soft-robotique, pour la conception de prothèses et d'orthèses, et pour l'ingénierie mécanique en général. Toutefois, pour être utiles, ces structures à petite échelle doivent permettre de contrôler les propriétés qu'elles déclenchent - et de les faire varier dans l'espace- afin d'adapter leur comportement à l'intention de l'utilisateur. Il est intéressant de noter que ce type de contrôle spatial des propriétés a été largement étudié en informatique graphique, en particulier pour la synthèse de textures. L'objectif de cette thèse est de permettre le même type de contrôle spatial que celui obtenu par les méthodes de synthèse de textures, pour la synthèse de structures à petite échelle dans la fabrication additive. En particulier, je me suis concentré sur la définition de structures à petite échelle fortement orientées. Celles-ci déclenchent des propriétés extrêmement anisotropes dans les pièces, un type de comportement qui n'a pas été approfondi dans les travaux antérieurs. Pour y parvenir, j'ai proposé de revisiter les formulations procédurales développées pour la synthèse de textures en informatique graphique, où chaque sous-partie d'un motif peut être calculée indépendamment, en suivant uniquement les informations locales. J'ai appliqué avec succès cette approche à la génération de structures complexes et orientées à petite échelle dans de grands volumes. Ma première contribution est une nouvelle approche pour synthétiser efficacement des motifs oscillants fortement contrastés, qui permet de suivre de près les champs de propriétés tels que l'orientation et la densité tout en étant calculés localement. J'ai démontré cette approche pour des applications de placage de textures ainsi que pour la synthèse de motifs fortement orientés, fortement orientées, anisotropes et multi-matériaux à petite échelle. Cette première méthode génère des motifs qui présentent des défauts locaux,et par conséquent, ma deuxième contribution a étendu ce travail pour formuler une technique de régularisation efficace et peu coûteuse qui rectifie les oscillations. Cela a conduit à la synthèse de structures autoportantes librement orientables qui peuvent être utilisées pour produire des déformations programmées dans des objets imprimés en 3D. Ma troisième contribution explore comment utiliser une approche similaire pour définir des trajectoires dans des pièces imprimées en 3D entièrement remplies, sous des objectifs d'orientation. En ajustant la phase des oscillations, nous sommes en mesure de rompre les alignements spatiaux le long de la direction de construction qui, autrement, entraîneraient des faiblesses locales dans les pièces produites.The democratization of AM has sparked a renewed interest in its potential applications.Among these, the ability to print small-scale structures is particularly promising:The geometry of internal small-scales structures directly influences the physical properties of the final parts.Thus, finding novel small-scales structures producing specific target properties expands the possibilities offered to additive manufacturing users,unlocking new potential applications in soft-robotics, for the design of prosthetics and orthoses, and for mechanical engineering at large.However, to be helpful in the wild, these small-scale structures have to expose controls over the properties they trigger --and allow their variation in space -- so as to adapt their behavior to the user's intent.Interestingly, this type of spatial control over properties has been extensively studied in Computer Graphics,in particular for texture synthesis.The objective of this thesis is to enable the same type of spatial control that is achieved by texture synthesis methods,for the synthesis of small-scale structures in Additive Manufacturing.In particular, I focused on defining strongly oriented small-scale structures.These trigger extremely anisotropic properties within the parts, a type of behavior that has not been extensively covered in prior works.To achieve this, I proposed to revisit the procedural formulations developed for texture synthesis in Computer Graphics,where each subpart of a pattern can be computed independently, only following local information.I successfully applied this approach to the generation of complex, oriented small-scale structures in large volumes.My first contribution is a novel approach for efficiently synthesizing highly contrasted oscillating patterns, that allows to closely follow property fields such as orientation and density while still being computed locally.I demonstrated this approach for texturing applications as well as for the synthesis of strongly oriented, anisotropic multi-material small-scale structures. This first method generates patterns that exhibit local defects, and therefore my second contribution extended this work to formulate a low-cost, efficient regularization technique that rectifies the oscillations.This led to the synthesis of freely orientable, self-supporting structures that can be used to trigger programmed deformations in 3D printed objects.My third contribution explores how to use a similar approach to define trajectories in fully filled 3D printed parts, under orientation objectives.By adjusting the phase of the oscillations, we are able to break the spatial alignments along the build direction that would otherwise result in local weaknesses in the produced parts

Bruits procéduraux pour la conception de micro-structures en fabrication additive

The democratization of AM has sparked a renewed interest in its potential applications.Among these, the ability to print small-scale structures is particularly promising:The geometry of internal small-scales structures directly influences the physical properties of the final parts.Thus, finding novel small-scales structures producing specific target properties expands the possibilities offered to additive manufacturing users,unlocking new potential applications in soft-robotics, for the design of prosthetics and orthoses, and for mechanical engineering at large.However, to be helpful in the wild, these small-scale structures have to expose controls over the properties they trigger --and allow their variation in space -- so as to adapt their behavior to the user's intent.Interestingly, this type of spatial control over properties has been extensively studied in Computer Graphics,in particular for texture synthesis.The objective of this thesis is to enable the same type of spatial control that is achieved by texture synthesis methods,for the synthesis of small-scale structures in Additive Manufacturing.In particular, I focused on defining strongly oriented small-scale structures.These trigger extremely anisotropic properties within the parts, a type of behavior that has not been extensively covered in prior works.To achieve this, I proposed to revisit the procedural formulations developed for texture synthesis in Computer Graphics,where each subpart of a pattern can be computed independently, only following local information.I successfully applied this approach to the generation of complex, oriented small-scale structures in large volumes.My first contribution is a novel approach for efficiently synthesizing highly contrasted oscillating patterns, that allows to closely follow property fields such as orientation and density while still being computed locally.I demonstrated this approach for texturing applications as well as for the synthesis of strongly oriented, anisotropic multi-material small-scale structures. This first method generates patterns that exhibit local defects, and therefore my second contribution extended this work to formulate a low-cost, efficient regularization technique that rectifies the oscillations.This led to the synthesis of freely orientable, self-supporting structures that can be used to trigger programmed deformations in 3D printed objects.My third contribution explores how to use a similar approach to define trajectories in fully filled 3D printed parts, under orientation objectives.By adjusting the phase of the oscillations, we are able to break the spatial alignments along the build direction that would otherwise result in local weaknesses in the produced parts.La démocratisation de la fabrication additive a suscité un regain d'intérêt pour ses applications potentielles. Parmi celles-ci, la possibilité d'imprimer des structures à petite échelle est particulièrement prometteuse. La géométrie des structures internes à petite échelle influence directement les propriétés physiques des pièces finales. Ainsi, la découverte de nouvelles structures à petite échelle produisant des propriétés cibles spécifiques élargit les possibilités offertes aux utilisateurs de la fabrication additive, ce qui ouvre la voie à de nouvelles applications potentielles en soft-robotique, pour la conception de prothèses et d'orthèses, et pour l'ingénierie mécanique en général. Toutefois, pour être utiles, ces structures à petite échelle doivent permettre de contrôler les propriétés qu'elles déclenchent - et de les faire varier dans l'espace- afin d'adapter leur comportement à l'intention de l'utilisateur. Il est intéressant de noter que ce type de contrôle spatial des propriétés a été largement étudié en informatique graphique, en particulier pour la synthèse de textures. L'objectif de cette thèse est de permettre le même type de contrôle spatial que celui obtenu par les méthodes de synthèse de textures, pour la synthèse de structures à petite échelle dans la fabrication additive. En particulier, je me suis concentré sur la définition de structures à petite échelle fortement orientées. Celles-ci déclenchent des propriétés extrêmement anisotropes dans les pièces, un type de comportement qui n'a pas été approfondi dans les travaux antérieurs. Pour y parvenir, j'ai proposé de revisiter les formulations procédurales développées pour la synthèse de textures en informatique graphique, où chaque sous-partie d'un motif peut être calculée indépendamment, en suivant uniquement les informations locales. J'ai appliqué avec succès cette approche à la génération de structures complexes et orientées à petite échelle dans de grands volumes. Ma première contribution est une nouvelle approche pour synthétiser efficacement des motifs oscillants fortement contrastés, qui permet de suivre de près les champs de propriétés tels que l'orientation et la densité tout en étant calculés localement. J'ai démontré cette approche pour des applications de placage de textures ainsi que pour la synthèse de motifs fortement orientés, fortement orientées, anisotropes et multi-matériaux à petite échelle. Cette première méthode génère des motifs qui présentent des défauts locaux,et par conséquent, ma deuxième contribution a étendu ce travail pour formuler une technique de régularisation efficace et peu coûteuse qui rectifie les oscillations. Cela a conduit à la synthèse de structures autoportantes librement orientables qui peuvent être utilisées pour produire des déformations programmées dans des objets imprimés en 3D. Ma troisième contribution explore comment utiliser une approche similaire pour définir des trajectoires dans des pièces imprimées en 3D entièrement remplies, sous des objectifs d'orientation. En ajustant la phase des oscillations, nous sommes en mesure de rompre les alignements spatiaux le long de la direction de construction qui, autrement, entraîneraient des faiblesses locales dans les pièces produites

Magnetic resonance imaging and medical robotic assistance for pudendal vevralgia management

La névralgie pudendale par compression est une pathologie méconnue sous-diagnostiquée et de traitement difficile. Le but de ce travail est de faire d'une part un état de l'art sur la pathologie de névralgie pudendale et ses différents traitements afin d'identifier les axes potentiels de développement d'une technique d'imagerie diagnostic et de traitement par voie mini-invasive. Une large revue de la littérature a permis de mettre en exergue ('absence de technique d'imagerie permettant d'effectuer le diagnostic topographique de compression d'une part et de traitement mini-invasif valide de manière prospective et randomisée. Un travail préliminaire d'application de séquence de tractographie IRM a permis de confirmer, la faisabilité, la sûreté du repérage du nerf pudendal... sans que des critères radiologiques d'atteintes puissent être mis en avant. S'en suit la présentation des travaux de dissection cadavérique et du protocole de recherche clinique prospectif sur le développement de la technique de libération du nerf pudendal par voie laparoscopique robot-assistée.Pudendal nevralgia due to pudendal nerve entrapment is a poorly-known disease in medical community and both diagnostic and treatment may be delayed for patients. The goal of this thesis was to achieve a review of the literature on the diagnostic and treatment of this pathology in one hand, and to develop a reproducible laparoscopic robot-assisted approach. The systematic review of the literature shows that imaging was currently useless to help physicist in the topographic evaluation of the entrapment and that most of the mini-invasive treatment were not validated through a prospective randomized study. In a second chapter, we present the preliminary study on pudendal nerve detection with MRI-tractography sequences. It appears to be safe and reproducible for patients even if there is currently no radiologic signs to assess the entrapment.In a third chapter, we present the results of a cadaver to develop robotic-assisted pudendal nerve decompression and introduce the prospective clinical trial on robotic-assisted pudendal nerve decompression

Bruits procéduraux pour la conception de micro-structures en fabrication additive

The democratization of AM has sparked a renewed interest in its potential applications.Among these, the ability to print small-scale structures is particularly promising:The geometry of internal small-scales structures directly influences the physical properties of the final parts.Thus, finding novel small-scales structures producing specific target properties expands the possibilities offered to additive manufacturing users,unlocking new potential applications in soft-robotics, for the design of prosthetics and orthoses, and for mechanical engineering at large.However, to be helpful in the wild, these small-scale structures have to expose controls over the properties they trigger --and allow their variation in space -- so as to adapt their behavior to the user's intent.Interestingly, this type of spatial control over properties has been extensively studied in Computer Graphics,in particular for texture synthesis.The objective of this thesis is to enable the same type of spatial control that is achieved by texture synthesis methods,for the synthesis of small-scale structures in Additive Manufacturing.In particular, I focused on defining strongly oriented small-scale structures.These trigger extremely anisotropic properties within the parts, a type of behavior that has not been extensively covered in prior works.To achieve this, I proposed to revisit the procedural formulations developed for texture synthesis in Computer Graphics,where each subpart of a pattern can be computed independently, only following local information.I successfully applied this approach to the generation of complex, oriented small-scale structures in large volumes.My first contribution is a novel approach for efficiently synthesizing highly contrasted oscillating patterns, that allows to closely follow property fields such as orientation and density while still being computed locally.I demonstrated this approach for texturing applications as well as for the synthesis of strongly oriented, anisotropic multi-material small-scale structures. This first method generates patterns that exhibit local defects, and therefore my second contribution extended this work to formulate a low-cost, efficient regularization technique that rectifies the oscillations.This led to the synthesis of freely orientable, self-supporting structures that can be used to trigger programmed deformations in 3D printed objects.My third contribution explores how to use a similar approach to define trajectories in fully filled 3D printed parts, under orientation objectives.By adjusting the phase of the oscillations, we are able to break the spatial alignments along the build direction that would otherwise result in local weaknesses in the produced parts.La démocratisation de la fabrication additive a suscité un regain d'intérêt pour ses applications potentielles. Parmi celles-ci, la possibilité d'imprimer des structures à petite échelle est particulièrement prometteuse. La géométrie des structures internes à petite échelle influence directement les propriétés physiques des pièces finales. Ainsi, la découverte de nouvelles structures à petite échelle produisant des propriétés cibles spécifiques élargit les possibilités offertes aux utilisateurs de la fabrication additive, ce qui ouvre la voie à de nouvelles applications potentielles en soft-robotique, pour la conception de prothèses et d'orthèses, et pour l'ingénierie mécanique en général. Toutefois, pour être utiles, ces structures à petite échelle doivent permettre de contrôler les propriétés qu'elles déclenchent - et de les faire varier dans l'espace- afin d'adapter leur comportement à l'intention de l'utilisateur. Il est intéressant de noter que ce type de contrôle spatial des propriétés a été largement étudié en informatique graphique, en particulier pour la synthèse de textures. L'objectif de cette thèse est de permettre le même type de contrôle spatial que celui obtenu par les méthodes de synthèse de textures, pour la synthèse de structures à petite échelle dans la fabrication additive. En particulier, je me suis concentré sur la définition de structures à petite échelle fortement orientées. Celles-ci déclenchent des propriétés extrêmement anisotropes dans les pièces, un type de comportement qui n'a pas été approfondi dans les travaux antérieurs. Pour y parvenir, j'ai proposé de revisiter les formulations procédurales développées pour la synthèse de textures en informatique graphique, où chaque sous-partie d'un motif peut être calculée indépendamment, en suivant uniquement les informations locales. J'ai appliqué avec succès cette approche à la génération de structures complexes et orientées à petite échelle dans de grands volumes. Ma première contribution est une nouvelle approche pour synthétiser efficacement des motifs oscillants fortement contrastés, qui permet de suivre de près les champs de propriétés tels que l'orientation et la densité tout en étant calculés localement. J'ai démontré cette approche pour des applications de placage de textures ainsi que pour la synthèse de motifs fortement orientés, fortement orientées, anisotropes et multi-matériaux à petite échelle. Cette première méthode génère des motifs qui présentent des défauts locaux,et par conséquent, ma deuxième contribution a étendu ce travail pour formuler une technique de régularisation efficace et peu coûteuse qui rectifie les oscillations. Cela a conduit à la synthèse de structures autoportantes librement orientables qui peuvent être utilisées pour produire des déformations programmées dans des objets imprimés en 3D. Ma troisième contribution explore comment utiliser une approche similaire pour définir des trajectoires dans des pièces imprimées en 3D entièrement remplies, sous des objectifs d'orientation. En ajustant la phase des oscillations, nous sommes en mesure de rompre les alignements spatiaux le long de la direction de construction qui, autrement, entraîneraient des faiblesses locales dans les pièces produites

Ribbed support vaults for 3D printing of hollowed objects

International audienc

Porous Flow and Sediment Transport Simulation for Physically-Based Weathering

In the graphic community, rendering lifelike scenes remains an open challenge. Among the features required to reach photorealism, aging is the crucial detail that breaks the pristine aspect that is rarely observed in real life. Multiple approaches have been proposed, from example-based to physical simulation, to compute the aging of an object. In this context, we present a simulation framework that handles multiple weathering effects causing an object to alter over time. We identify the key phenomena (wetting, drying, erosion, deposition, and dissolution) and propose a base framework to address the aging process. To tackle this challenge, our method adapts a Smooth Particle Hydrodynamics model to represent external fluids (i.e., classical fluid simulation) and internal porous flow. Our framework handles the wetting, drying, and flow in the porous space in a unified approach. We extend pre-existing sediment transport method to allow the sediment transport outside and inside the porous space. With our method, sediments can be eroded from a solid surface, transported across solid objects through their porous space, and deposited to modify other objects’ properties across the scene