Merge-and-simplify operation for compact combinatorial pyramid definition

International audienceImage pyramids are employed for years in digital image processing. They permit to store and use different scales/levels of details of an image. To represent all the topological information of the different levels, combinatorial pyramids have proved having many interests. But, when using an explicit representation, one drawback of this structure is the memory space required to store such a pyramid. In this paper, this drawback is solved by defining a compact version of combinatorial pyramids. This definition is based on the definition of a new operation, called "merge-and-simplify", which simultaneously merges regions and simplifies their boundaries. Our experiments show that the memory space of our solution is much smaller than the one of the original version. Moreover, the computation time of our solution is faster, because there are less levels in our pyramid than in the original one

Shell finite element model for interactive fetal head deformation during childbirth

International audienceIn this paper, we design a flat shell finite element model in order to simulate the fetal head deformation during childbirth. This new method also guarantees the incompressibility of the fetal head enclosed volume

Theme F "medical robotics for training and guidance": Results and future work

International audienceThis paper presents the projects of the Theme F "medical robotics for training and guidance" inside the GdR STIC-Santé. Three scientific meeting days have been organized during the period 2011-2012. They were devoted to physical simulators of behavior for gesture learning, command of hand prostheses by myoelectric signals or brain activity and the manipulation of objects by the artificial hand, and the last to the use of robots for medical gestures. The next event, scheduled for early 2013, will focus on the evaluation of gesture and especially "evaluation of gesture - to do what?"

A generic topological framework for physical simulation

This paper presents the use of a topological model to simulate a soft body deformation based on a Mass-Spring System. We provide a generic framework which can integrate any kind of geometrical meshes (hexahedral or tetrahedral elements), using several numerical integration schemes (Euler semi-implicit or implicit). This framework naturally allows topological changes in the simulated object during the animation. Our model is based on the 3D Linear Cell Complex topological model (itself based on a 3D combinatorial map), adding the extra information required for simulation purposes. Moreover, we present some adaptations performed on this data structure to fit our simulation requirements, and to allow efficient cutting or piercing in a 3D object

New Mass Spring System formulation to model the behavior of soft tissues

International audienceComputer-based medicine has been largely developed in recent years for helping surgery, diagnosis and treatment [1]. Unfortunately, from a mechanical standpoint, modeling complex materials such as soft tissues is still a challenge requiring accuracy and possibility of user interaction. Among computational models (such as Finite Element Method [2], or Position Based Dynamics [3]), we chose the Mass-Spring System (MSS) as model. It offers several advantages, like adaptability and fast computation, while allowing topological modifications (like cutting or piercing) without pre-computations. In this paper we present a new MSS formulation for soft tissue simulations. The validation of the mechanical response of the model is based on work of Nicolle et al. [4] which reported the shear behavior of three vital internal organs (kidney, liver and spleen). Our method is based on a topological-physical model called TopoSim [5,7] which allows to easily implement different physical models and performs fast and accurate modeling of different kinds of tissues. Thanks to this model, we are able to easily adapt the simulation to desired requirements and to perform topological modifications during simulations if necessary

Interactive out-of-core visualisation of 4-D+t plasma data

This research report presents a new interactive visualisation technique for exploring plasma behaviors resulting from 4-D+t numerical simulations on regular grids. Therefore, a new out-of-core 4-D+t scalar field visualisation technique, based on a « focus and context » approach is presented. The latter uses a hybrid data compression method. The originality of this work precisely consists in coupling the 3-D visualization with the progressive load and decompression of data in such a way that it still guarantees real-time framerates even on low-end PCs while maintaining a high degree of numerical precision

Étude et développement d'un module de contrôle pour une plate-forme de simulation numérique

Ce travail a comme objectif d'étudier diverses solutions pour la mise en place d'une plate-forme de simulation numérique. Celle-ci doit pouvoir rassembler plusieurs programmes développés au sein du projet INRIA-CALVI, dont le but consiste en l'étude mathématique et numérique et la visualisation de divers problèmes issus essentiellement de la physique des plasmas et des faisceaux de particules. Ce rapport technique présente le développement d'un module de contrôle et propose une API (Application Programming Interface) à laquelle doivent se conformer les programmes destinés à tourner sur cette plate-forme. Il présente également le langage de script nommé python, ainsi que l'utilisation d'outils permettant d'étendre ses possibilités par des langages compilés

Simulation biomécanique de la descente foetale sans trajectoire théorique imposée

A l'heure actuelle, le geste médical de l'accouchement est appris par les obstétriciens en réalisant de réels accouchements sous l'oeil attentif d'un expert. Ce geste devient plus compliqué lors des accouchements instrumentés, c'est-à-dire nécessitant l'utilisation de forceps ou de ventouses. L'utilisation d'un simulateur d'accouchement polyvalent prenant en compte différents cas anatomiques et pathologiques permettrait ainsi de compléter la formation des obstétriciens en améliorant la prise en charge de la parturiente. La réalisation d'un tel outil d'apprentissage peut reposer sur une partie logicielle, permettant la visualisation du comportement du foetus en interaction avec les organes de la parturiente (utérus, abdomen, bassin mou et osseux), et le calcul des efforts produits. Notons qu'en dehors des simulateurs basés sur un mannequin robotisé, qui sont disponibles dans le commerce, très peu d'outils de formation basés sur le calcul numérique des efforts produits ont été élaborés. Et malheureusement, tous ces simulateurs évaluent les forces d'expulsion de l'accouchement en imposant une trajectoire foetale pré-calculée. Ils ont ainsi des possibilités assez limitées et ne répondent pas aux exigences de polyvalence décrites ci-dessus. Par ailleurs, de nombreux travaux de recherches visent à simuler avec précision les effets de l'accouchement sur le dysfonctionnement du plancher pelvien et sur le prolapsus des organes, en se concentrant notamment sur les dommages causés aux muscles releveurs de l'anus. Mais ces modèles basés sur la méthode des éléments finis, ne prennent pas en considération l'ensemble des organes pelviens impliqués dans le processus de l'accouchement. Pour concilier l'exactitude des résultats et des temps de calcul interactifs, nous proposons une approche qui se situe entre les deux classes de travaux décrits ci-dessus afin d'effectuer une simulation réaliste de la descente du foetus au cours de l'accouchement. Dans cet article nous présentons la première étape de ce travail en mettant l'accent sur la modélisation géométrique et biomécanique des principaux organes impliqués. A ce stade, afin de vérifier l'exactitude de notre hypothèse, nous utilisons la méthode des éléments finis, en raison de sa fiabilité, sa précision et sa stabilité. La prochaine étape de notre travail portera sur l'optimisation de la simulation numérique pour obtenir du temps interactif afin de permettre son couplage avec un dispositif haptique

Implantation d'un raymarching adaptatif pour la visualisation de données volumiques issues de simulations gyrocin étiques

Ce rapport technique décrit la mise en oeuvre d'une méthode de rendu volumique efficace adaptée aux données volumiques issues d'une simulation gyrocin étique. Cette méthode est basée sur un lancer de rayon adaptatif implanté en utilisant la programmation des cartes graphiques. La géométrie spécifique d'un tokamak (dispositif physique dédié aux plasmas) est exploitée dans le but d'obtenir un rendu interactif. Une bonne approximation de l'intégration du rayon continu est obtenue en introduisant une table de pré-intégration échantillonnée. Une comparaison avec une implentation récente de visualisation de simulations gyrocinétiques est également faite et démontre l'efficacité de notre approche en terme de qualité et de fréquence d'affichage

Adaptive Raymarching and Multi-Sampled Pre-integration on Graphics Hardware: Application to the Visualization of Gyrokinetic Plasmas Simulations

The study of plasmas is a rising research topic in the field of physics. It implies the need for specific algorithms allowing physicists to easily visualize and thus correctly interpret related complex datasets. This paper describes an innovative and highly efficient volume rendering method designed for gyrokinetic simulations. Based on a Raymarching approach that benefits from the latest functionalities offered by current graphics programmable hardware, we exploit the geometrical properties of the tokamak (a physical device used to create plasmas) in order to achieve a rendering at interactive framerates. We therefore introduce a novel and general method for Raymarching volumes with an adaptive step. A good approximation of the rays' continuous integration is obtained by introducing a Multi-Sampled Pre-integrated table. A comparison with a recent gyrokinetic simulations visualization technique demonstrates the improved efficiency of our approach in terms of framerate and quality