Interactive Physical Simulation for Image Synthesis
Simulation Physique Interactive pour la Synthèse d'Images
Résumé
We consider mechanical simulations in moving image synthesis applications, especially in real time, such as video games or simulators. Interactive physical simulation has made large progress in the recent years, but it has not yet reached enough maturity to be usable by non-specialist over a large variety of models. We present contributions toward this goal. Soft object models are generally based on deformable cells. We have proposes fast and robust tetrahedral elements, and generalized the approach to regular hexahedral grids which greatly simplify the problems of meshing and controling the resolution. Collision detection and response are geometrically complex and mechanically discontinuous problems, which often create bottlenecks in the simulations. We have proposed solutions to control the computation time devoted to detection, to alleviate the problems due to multiple geometric models of the contact surfaces, as well as the robustness of the reaction and its computation on GPU. Much attention has been paid to software architecture in order to allow both modularity and efficiency. We propose a mechanical scene graph which allows to build model hierarchies and to decompose the simulation algorithms in independent modules. We have also investigated the distribution of the computations in parallel architectures, made necessary by the recent evolution of hardware.
Nous nous intéressons aux simulations mécaniques pour des applications de synthèse d'images, particulièrement en temps réel, comme les jeux vidéos ou les simulateurs d'apprentissage de gestes techniques. La simulation physique interactive a fait des progrès remarquables ces dernières années, mais n'a pas encore atteint un niveau de maturité suffisant pour être applicable par des non-spécialistes à une grande variété de modèles. Nous présentons ici des contributions permettant de lever un certain nombre de verrous technologiques. La modélisation d'objets souples repose généralement sur une décomposition en cellules déformables. Nous avons proposé des éléments finis tétraédriques rapides et robustes, et généralisé à des grilles hexaédriques simplifiant grandement les problèmes de maillage et de contrôle de la résolution. La détection et la réponse aux collisions posent des problèmes géométriquement complexes et mécaniquement discontinus, qui causent bien souvent les principaux goulots d'étranglement des simulations. Nous avons proposé des solutions au problème du contrôle du temps de calcul, de la diversité des modèles géométriques des surfaces de contact, ainsi que de la robustesse des réponses et de leur calcul accéléré sur GPU. Une grande attention a été portée aux architectures logicielles permettant d'accroître la modularité et les performances des simulateurs. Nous avons proposé un graphe de scène mécanique permettant de hiérarchiser les modèles et décomposer les algorithmes en modules indépendants. Noua avons également exploré la distribution des simulations sur architectures parallèles, rendue nécessaire par l'évolution des matériels.
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