Erosion Based Visibility Preprocessing

International audienceThis paper presents a novel method for computing visibility in 2.5D environments. It is based on a novel theoretical result: the visibility from a region can be conservatively estimated by computing the visibility from a point using appropriately "shrunk" occluders and occludees. We show how approximated but yet conservative shrunk objects can efficiently be computed in a urban environment. The application of this theorem provides a tighter potentially visible set (PVS) than the original method it is built on. Finally, theoretical implications of the theorem are discussed, and we believe it can open new research directions

Animation multirésolution interactive d'objets déformable

National audienceCet article présente une approche pour animer des matériaux élastiques déformables en temps interactif en utilisant une résolution adaptative en temps et en espace. Nous proposons un nouveau modèle algorithmique, basé sur l'elasticité linéaire qui comprend le calcul d'opérateurs différentiels discrets sur une grille irréguilière. Ce modèle autorise un raffinement ou une simplification de l'échantillonage en fonction d'un critère local d'erreur. Le résultat est une réduction des calculs tout en garantissant un comportement réaliste et indépendant de la résolution à un seuil d'erreur fixé près. Nous validons cette technique par une application de simulateur médical temps-réél

Dynamic Real-Time Deformations using Space and Time Adaptive Sampling

International audienceThis paper presents the first robust method for animating dynamic visco-elastic deformable objects that provides a guaranteed frame rate. The approach uses an automatic space and time adaptive level of detail technique, in combination with a large-displacement (Green) strain tensor formulation. The body is hierarchically partitioned into a number of tetrahedral regions and mass samples. The local resolution is determined by a quality condition that indicates where and when the resolution is too coarse. As the object moves and deforms, the sampling is refined to concentrate the computational load into the regions that deform the most. Our model consist of a continuous equation solved using a local explicit finite element method. We demonstrate that our adaptive Green strain tensor formulation virtually suppresses unwanted artifacts in the dynamic behavior, compared to adaptive mass-spring and other adaptive approaches. In particular, damped elastic vibration modes are shown to be nearly unchanged for several levels of refinement. Results are presented in the context of a virtual reality system. The user interacts in real-time with the dynamic object (such as a liver) through the control of a rigid tool, attached to a haptic device driven with forces derived from the method.Nous présentons une méthode robuste pour calculer les déformations dynamiques d'objets visco-élastiques, avec une garantie de temps-réel. L'idee maîtresse est d'utiliser une adaptation automatique, dans le temps et dans l'espace, du niveau de détail à laquelle la simulation est calculée, en combinaison avec un modèle élastique autorisant les grands déplacements (tenseur de Green). Le corps déformable est divisé en une hiérarchie de maillages tétrahédraux, du plus grossier aux plus fin. La résolution locale des calculs est déterminée par un critère de qualité qui nous dit quand et où raffiner ou déraffiner le modèle. Lors des déformations, la puissance de calcul se concentre ainsi tout naturellement sur les régions ou les déformations sont les plus grandes. Notre modèle repose sur une équation de l´elasticité des milieux continus, intégrée en utilisant une méthode d'éléments finis explicites. Nous avons montré expérimentalement que notre simulation adaptative basée sur le tenseur de Green supprime les artéfacts du comportement dynamique qui pouvaient être observés lorsque la même méthodologie était appliquée à d'autres modèles (masses-ressorts, tenseur de Cauchy, etc). En particulier, les modes de vibration du matériau semblent sensiblement les mêmes à tous les niveaux de résolution, ce qui s'est révélé indispensable pour faire fonctionner le modèle. Nous présentons nos résultats dans le contexte d'un système de réalité virtuelle ou l'utilisateur intéragit avec l'objet via un outil rigide, contrôlé par une interface à retour d'effort

Dynamic Canvas for Immersive Non-Photorealistic Walkthroughs

International audienceThe static background paper or canvas texture usually used for non-photorealistic animation greatly impedes the sensation of motion and results in a disturbing ``shower door'' effect. We present a method to animate the background canvas for non-photorealistic rendering animations and walkthroughs, which greatly improves the sensation of motion and 3D ``immersion''. The complex motion field induced by the 3D displacement is matched using purely 2D transformations. The motion field of forward translations is approximated using a 2D zoom in the texture, and camera rotation is approximated using 2D translation and rotation. A rolling-ball metaphor is introduced to match the instantaneous 3D motion with a 2D transformation. An infinite zoom in the texture is made possible by using a paper model based on multifrequency solid turbulence. Our results indicate a dramatic improvement over a static background

Adaptive Physically Based Models in Computer Graphics

International audienceOne of the major challenges in physically-based modeling is making simulations efficient. Adaptive models provide an essential solution to these efficiency goals. These models are able to self-adapt in space and time, attempting to provide the best possible compromise between accuracy and speed. This survey reviews the adaptive solutions proposed so far in computer graphics. Models are classified according to the strategy they use for adaptation, from time-stepping and freezing techniques to geometric adaptivity in the form of structured grids, meshes, and particles. Applications range from fluids, through deformable bodies, to articulated solids

Animation multirésolution d'objets déformables en temps-réel. Application à la simulation chirurgicale

Animating virtual scenes in Computer Graphics is a mastered technique, widely used for special effects and video games. It is although usually restricted to the manual animation of a rigid object. This thesis will try to automatically generate the deformations of a soft object, furthermore in real-time. The goal application is the creation of a surgical simulator for minimally invasive operations aimed at surgeons training. Current methods do not allow at the same time a satisfactory visual realism and a real-time animation. In order to achieve this goal, we have used the linear elasticity laws which guarantee the realism of the simulation and ensure that the behavior of the object will be the same, whatever the discretization that we use. We propose a multiresolution simulation method which automatically adapts according to the simulation and in each region of the object the precision of the computations to obtain a trade-off between a coarse and fast simulation and on the contrary a more precise animation using more sample points. The part of the organ which is close to the tool manipulated by the user will hence be animated with a good precision, whereas distant regions, visually less important will use a coarser simulation. This research resulted in the creation of a surgical simulator prototype with a real-time animation thanks to the use of multiresolution. The realism is improved by the use of a force feedback device which simulates the organ's resistance to deformation, computed from the internal physical model.L'animation de scènes virtuelles en synthèse d'images est une technique maîtrisée, largement utilisée pour les effets spéciaux cinématographiques et les jeux vidéos. Elle se limite toutefois la plupart du temps à l'animation manuelle d'objets rigides. Cette thèse se propose de chercher à générer automatiquement les déformations d'un objet mou, qui plus est en temps-réel. L'application visée est la création d'un simulateur chirurgical d'opérations minimalement invasives destiné à terme à la formation des chirurgiens. Les méthodes actuelles ne permettent pas d'obtenir à la fois un réalisme visuel satisfaisant et une animation en temps-réel. Pour y parvenir nous avons utilisé les lois de l'élasticité linéaire qui garantissent le réalisme de l'animation et assurent qu'un même comportement de l'objet sera approché, quelle que soit la finesse de la discrétisation. Nous proposons alors une méthode de simulation multirésolution, qui adapte automatiquement en fonction de la simulation, pour chaque zone de l'objet, la précision des calculs pour obtenir un compromis entre une simulation grossière et très rapide ou au contraire une animation plus précise utilisant davantage de points. La partie de l'organe proche de l'outil manipulé par l'utilisateur sera ainsi animée avec une grande précision, qui diminuera dans les régions lointaines, moins importantes visuellement. Ces travaux ont abouti à la réalisation d'un prototype de simulateur chirurgical offrant une animation en temps-réel grâce à l'utilisation de la multirésolution. Le réalisme est accru par l'utilisation d'un dispositif à retour d'effort simulant la résistance de l'organe à la déformation, calculée grâce au modèle physique interne

Monte-Carlo collision detection

This paper presents a method for detecting collisions between objects under the hard real-time constraints of a virtual reality simulation. A list of potential collision regions is computed and updated over time, using temporal coherence to reduce the cost of this update. New samples are constantly randomly generated on every object in order to discover new interesting regions. The objects are then efficiently tested for collision using a multiresolution layered shell representation, which is locally fitted according to an evaluation of the objects' distance. Amortized algorithms allow the user to trade accuracy for speed, in order to reach real-time performances. Deformable objects and auto-collisions are handled by our algorithm without any change, with a validity that decreases with the amplitude of the deformation. We show how a multiresolution deformable object simulation can be linked with the collision detection process in order to optimize the simulation. We demonstrate our method in a context of virtual reality by simulating realistic dynamic collisions between several and possibly deformable objects, with a guaranteed frame rate. Benchmarks indicate that the method favorably compares to alternative methods, including those which are restricted to (and optimized for) rigid objects collision detection

ANIMATION MULTIRESOLUTION D'OBJETS DEFORMABLES EN TEMPS-REEL APPLICATION A LA SIMULATION CHIRURGICALE

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