Topology-based Physical Simulation

International audienceThis paper presents a framework to design mechanical models relying on a topological basis. Whereas naive topological models such as adjacency graphs provide low topological control, the use of efficient topological models such as generalized maps guarantees the quasi-manifold property of the manipulated object: Topological inquiries or changes can be handled robustly and allow the model designer to focus on mechanical aspects. Even if the topology structure is more detailed and consumes more memory, we show that an efficient implementation does not impact computation time and still enables real-time simulation and interaction. We analyze how a simple mass/spring model can be embedded within this framework

A topology-based animation model for the description of 2D models with a dynamic structure.

International audienceThis paper presents a model that describes the temporal evolution of 2D-topological structures to represent and control dynamic natural phenomena. As input, the user provides the system with a list of actions that gives a high-level description of the evolution in terms of application-specific operations. As output, a complete representation of the evolution is computed. Our model is composed of three parts: A structural model allowing the temporal representation of both topology and geometry; an event model that aims at detecting topological modifications and ensures consistency between topology and geometry; and a semantic model that simultaneously describes the evolution as a sequence of elementary modifications and manages the history of the various entities of the model. We show the efficiency of the model in the geology field, by studying two well-known phenomena, namely sedimentation and erosion

Generalized God-Objects: a Paradigm for Interacting with Physically-Based Virtual World

International audienceIn this paper, we show a method to interact with physically-based environments in a way which guarantee their integrity whatever the mechanical properties of the virtual interaction tool and the control device. It consists in an extension of the god-object concept. The interaction tools are modeled as physical bodies which tend to reach, if possible, the position maintained by the user. Their behavior is computed via the dynamic laws of motion by the simulation engine, as the other bodies in the scene. The cases of articulated rigid bodies and deformable bodies are studied. This mechanism also provides a unified framework which allows the control of virtual objects via devices providing force feedback or not. Finally, some applications including virtual surgery are shown to illustrate the effectiveness of the approach

Adaptive resolution of 1D mechanical B-spline

International audienceThis article presents an adaptive approach to B-spline curve physical simulation. We combine geometric refinement and coarsening techniques with an appropriate continuous mechanical model. We thus deal with the (temporal and geometric) continuity issues implied when mechanical adaptive resolution is used. To achieve real-time local adaptation of spline curves, some criteria and optimizations are shown. Among application examples, real-time knot tying is presented, and curve cutting is also pointed out as a nice sideeffect of the adaptive resolution animation framework

Adaptive Resolution for Topology Modifications in Physically-based Animation

This paper shows the interest of basing a mechanical mesh upon an efficient topological model in order to give any simulation the ability to refine this mesh locally and apply topological modifications such as cutting, tear and matter destruction.Refinement and modifications can indeed be combined in order to get a more precise result.The powerful combinatorial map model provides the mathematical background which ensures that the quasi-manifold property is guaranteed for the mesh after any topological modification.The obtained results offer the versatility and time efficiency that are expected in applications such as surgical simulation

Smooth constraints for spline variational modeling

International audienceThis article introduces a new class of constraints for spline variational modeling, which allows more flexible user specification, as a constrained point can `slide' along a spline curve. Such constraints can, for example, be used to preserve correct parameterization of the spline curve. The spline surface case is also studied. Efficient numerical schemes are discussed for real-time solving, as well as interactive visualization during the energy minimization process. Examples are shown, and numerical results discussed

Opérations topologiques pour la géomorphologie

National audienceLes paysages naturels résultent d'une succession d'événements géomorphologiques qu'il convient de simuler pour produires des résultats plausibles. En particulier, les changements topologiques doivent être pris en compte durant la formation de géométries complexes comme les arches, les ponts ou les tunnels naturels. Nous présentons une nouvelle approche pour simuler les évolutions géomorphologiques d'un terrain en 3D conçu comme un ensemble de volumes définis dans un modèle topologique, et décrivons un ensemble d'opérations atomiques afin de gérer les événements topologiques de manière robuste. Ces opérations somt combinées pour produire des scénarios d'évolutions plus complexes dans un modeleur basé sur les cartes généralisées, permettant de réduire le coût mémoire par rapport aux méthodes utilisant des voxels par exemple

Fast Polygonization of Implicit Surfaces

ABSTRACT Our work is centered on the use of implicit surfaces in interactive applications (at least 10 frames per sec) running on high-end consumer architecture (modeling, simulation, deformable body animation, games). We focus on the Marching Cubes algorithm that we tried to implement in an optimized way. We restrict our work to blended iso-surfaces generated by skeletons, since this kind of implicit surfaces is the most handy to use for animations. Our implementation optimizations deal with the following features: simplifying the field function, accelerating its evaluation for each point (voxel-based technique), generating automatically the triangles for any case of the Marching Cubes. Another point we have considered concerns tesselation ambiguities often resulting in holes appearing in the surface. We have coded a library which is very easy to use and can be downloaded freely. All these optimizations allow us to sample implicit surfaces composed of 200 points in 45 ms on a 450 MHz Pentium II Xeon

Association Mouvement/Géométrie pour représentations volumiques

Session: AnimationNational audienceLes modèles particulaires permettent de produire des animations riches et variées. Ils sont particulièrement adaptés à certains effets d'animation. Mais intrinsèquement, ils ne sont pas basés sur des représentations surfaciques ou volumiques d'objets. Ainsi, visualiser le mouvement qu'ils décrivent peut poser problème car ils ne contiennent souvent pas assez d'information pour reconstruire la moindre topologie spatiale sous-jacente. Plus précisément, un mouvement produit par de tels modèles peut être rendu via différentes formes géométriques et mener à autant d'interprétations visuelles, sans contrôle de l'utilisateur. À notre connaissance, il n'existe pas de méthode générique associant des mouvements basés points, comme ceux produits par un modèle particulaire, ou n'importe quel ensemble de points en mouvement, à une structure topologique. Dans cet article, nous proposons un "framework" permettant d'associer, selon les souhaits de l'utilisateur, n'importe quelle forme volumique à n'importe quel mouvement basé points, et de contrôler les changements topologiques. Il est ainsi possible de créer différents résultats visuels avec une unique description de mouvement. Ce "framework" est séparé en trois processus distincts : l'association entre particules et sommets, la définition de l'application du mouvement aux sommets du maillage, et les modifications topologiques et les événements qui les déclenchent. Nous montrons comment la manipulation de ces paramètres permet d'expérimenter différentes associations sur un même mouvement

Utilisation du taux d'erreur binaire pour améliorer la qualité de service dans les réseaux ad hoc

Dans les réseaux sans fil ad hoc, les liens de communication sont sujets à un taux d'erreurimportant. Dans ce contexte, le routage joue un rôle stratégique pour augmenter les performancesdans les transmissions. Dans nos études, par une approche cross-layer, nous prenons en compte lafiabilité des liens dans le choix des routes. Pour cela, dans un premier temps, nous construisonsdeux nouvelles métriques, l'une basée sur le taux d'erreur binaire (au niveau couche physique) etl'autre, plus adaptée à la mesure, sur le nombre de retransmissions (au niveau couche MAC).Ensuite, pour exploiter ces métriques lors du calcul de routes, nous adaptons les algorithmes à labase des protocoles de routage.Les trois familles de protocoles de routage ont été traitées : les protocoles pro-actifs où chaquenoeud a une vision globale du réseau grâce aux échanges périodiques de messages de contrôle detopologie ; les protocoles réactifs où, avant de commencer ses transmissions de données, chaquenoeud doit initier un processus de recherche de route ; les protocoles hybrides qui mixent les deuxapproches.Pour tester l'effectivité de nos améliorations, nous utilisons le simulateur NS2 enrichi par unmodèle de propagation et un modèle de mobilité réalistes. Les paramètres de performance tels quele délai, le taux de livraison de paquets et la charge de routage sont mesurés dans plusieursscénarios représentatifs des conditions d'utilisation. Les résultats obtenus montrent une améliorationsignificative des protocoles standards dans un contexte de qualité de service.In ad hoc wireless networks, links are error-prone. In this context, routing plays a decisive role inimproving transmission performances. In our studies, by a cross-layer approach, we take intoaccount the reliability of links in route choice. For this, first, we concept two new metrics, onebased on bit error rate (at physical layer) and the other, more suitable for the measurement, onnumber of retransmissions (at MAC layer). Then, to exploit these metrics when determining routes,we adapt the algorithms based routing protocols.The three families of routing protocols have been addressed: proactive protocols where eachnode has a global view of the network through periodic exchanges of topology control messages;reactive protocols where, before starting data transmission, each node must initiate a routediscovery process; hybrid protocols which mix the two approaches.To test the effectiveness of our enhancements, we use the simulator NS.2 enhanced by arealistic propagation model and a realistic mobility model. Performance parameters such as delay,packets delivery ratio and routing load are measured in several scenarios including mobility andmulti-communication. The results show a significant improvement of standard protocols in thequality of service context.POITIERS-SCD-Bib. électronique (861949901) / SudocSudocFranceF