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

A Method To Improve Matching Process by Shape Characteristics in Parametric Systems

10 pagesInternational audienceIn current parametric systems, the persistent naming issue (based on edge mappings of intersecting surfaces) is not as fully supported as it should be. Unpredictability and ambiguity of models often happen during design reevaluation within systems. This reference deficiency is widely treated in the literature, especially about non-planar entities during design construction. Although related works ensure the uniqueness of the references to topological entities, they often neglect the shape characteristics of surfaces and give results different from those expected during design reevaluation. We propose in this paper a method to add some additional information about surfaces to improve such works. We compute those information by decomposing surfaces according to hump(s) and/or hollow(s). More precisely, our method use local extremums and inflexion curves to obtain one hump or hollow per sub-surface. The existing matching processes replace every surface with their corresponding subsurfaces, leading to the right edge mappings

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

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

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 produit cartésien en modélisation géométrique 4D pour l'animation

We work in the scope of 4D modelling for animation. A 4D object describes the evolution of a 3D object during time. Extending 3D modelling methods to dimension 4 is the main advantage of 4D modelling; but interpreting a 4D object as an animation and controlling the construction of this object are the main drawbacks of 4D modelling. We propose a two-step method to solve this problem: firstly, we consider space-time objects of dimension lesser than 4, which are easy to interpret and to control. Next, we apply the cartesian product operation on these objects to create an object of greater dimension, whose interpretation is deduced from operands'. In chapter 2, we explain what is a 4D object, and we review previous works about 4D deformations before introducing our method. Chapter 3 introduces a case study about cartesian product of basic operands, simplices, defined as point trajectories. This study let us design a method for interpreting and controlling 4D objects resulting from cartesian product. To make our study and experiment our method, we have created a topologically-based 4D geometrical modeler, offering 4D object creation and manipulation operations (the main algorithms are given in annex A). Chapter 4 describes the modeler and the design of two elaborate animations. Cartesian product operation was originally defined for simplicial sets. In chapter 5, we adapt this definition for another simplicial structure, the semi-simplicial sets, and for cellular structures: generalized maps, n-maps and closed chains of maps (annex B describes the implementation of closed chains of maps in our modeler). We conceived an algorithm with an optimal complexity in time for each of these definitions.We conclude and we present our future works in chapter 6.Notre travail porte sur la modélisation géométrique 4D pour l'animation. Un objet 4D décrit l'évolution temporelle d'un objet 3D. La modélisation 4D a pour principal intérêt l'homogénéité de l'extension des méthodes de modélisation 3D à la dimension 4, mais comme principales difficultés l'interprétation d'un objet 4D en termes d'animation et le contrôle de sa construction. Nous proposons une solution où l'on considère d'abord des objets spatio-temporels de dimension inférieure à 4, simples à interpréter et contrôler ; puis on réalise le produit cartésien de ces objets pour créer des objets de dimension supérieure dont l'interprétation se déduit de celle des opérandes. Dans le chapitre 2, nous définissons les objets 4D avant de décrire les travaux relatifs aux déformations 4D et de présenter notre approche. Le chapitre 3 décrit une étude de cas de produit cartésien sur des opérandes de base, des simplexes, interprétés comme des trajectoires de points. Ceci nous a permis de proposer une méthode d'interprétation et de contrôle des objets 4D créés par produit cartésien. Pour réaliser l'étude et expérimenter notre méthode, nous avons conçu un modeleur géométrique à base topologique 4D incluant des opérations de création et de manipulation d'objets 4D (l'annexe A décrit les principaux algorithmes utilisés). Le chapitre 4 présente le modeleur et deux animations complexes créées avec ce dernier. L'opération de produit cartésien a été initialement définie pour les ensembles simpliciaux. Dans le chapitre 5, nous adaptons cette définition à une autre structure simpliciale, les ensembles semi-simpliciaux, et à des structures cellulaires : les cartes généralisées, les cartes orientées et les chaînes de cartes fermées implantées dans le modeleur. À chaque définition du produit cartésien correspond un algorithme optimal en temps de calcul. L'annexe B décrit l'implantation concrète de cette opération. Nous concluons et présentons les perspectives de nos travaux dans le chapitre 6

CPER 2007-2013. Bilan scientifique 2007-2013 de l'action CREDO/VISA "Reconstruction et Visualisation de données archéologiques et architecturales"

Cette sous-action a réuni pour la première fois début 2007, des membres des laboratoires HERMA, LISI, XLIM-SIC et LMS, sur des problématiques nouvelles pour les participants. Deux axes de travail parallèles ont rapidement été identifiés. Le premier s'attachait à analyser et caractériserles propriétés physiques et photométriques d'objets issus de fouilles pour les reproduire sur des objets virtuels. Le second avait pour objectif de développer un logiciel de modélisation dédié aux archéologues pour construire des bâtiments virtuels complexes et tester des hypothèses de reconstruction

CPER 2007-2013. Bilan scientifique 2007-2010 de l'action CREDO/VISA "Reconstruction et Visualisation de données archéologiques etarchitecturales"

Il s'agit de concevoir et de développer une plate-forme intégrant des outils de reconstruction et de visualisation 2D et 2D+t, et surtout 3D et 3D+t, dédiée à l'architecture et l'archéologie. Dans ce domaine, la construction de scènes virtuelles est une étape de validation d'hypothèses scientifiques, produisant aussi un vecteur culturel en direction du public