Simulation numérique de tissus à l'aide de maillages adaptatifs

Cloth simulation using adaptative meshing

• Auteur / Autrice : Julien Villard
• Direction : Houman Borouchaki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences mécaniques pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Mécanique

Résumé

L'animation de tissus et de vêtements virtuels fait l'objet de nombreuses recherches en informatique graphique et en mécanique. La plupart des méthodes de simulation numérique du tombé de tissus sont basées sur un modèle mécanique s'appuyant, en général, sur un maillage surfacique uniforme. Le tissu étant un matériau très souple, de nombreux plis peuvent se former sur sa surface lorsque celui-ci est en mouvement libre ou contraint (collisions, points d'arrimage, ). Le problème de la simulation est de faire évoluer le système mécanique tout en ayant une représentation géométrique réaliste de la surface. Dans cette étude, nous avons opté, d'une part, pour un système mécanique à particules régi par les lois de la dynamique et, d'autre part, par un maillage surfacique adaptatif pour la représentation graphique de ce modèle mécanique. Pour suivre la déformation de la surface du tissu au cours de la simulation, le maillage peut être enrichi localement lorsque la courbure locale de la surface augmente, mais peut également être appauvri localement lorsqu'un sur-échantillonage est superflu. Le système mécanique développé est inspiré d'un modèle masses-ressorts que nous avons enrichi, notamment au niveau de la gestion des forces de flexion. Ce modèle mécanique a été spécialement développé afin de prendre en compte l'adaptation du maillage tout au long de chaque simulation. La méthode d'intégration explicite d'Euler est utilisé pour résoudre l'équation de la dynamique. Différent exemples de drapés sont montrés afin de valider et de tester la robustesse de cette méthode. Un logiciel de simulation de tissus virtuels a été entièrement développé dans le cadre de cette étude

Cloth simulation methods are based, in general, on mechanical models. The cloth is geometrically defined by a uniform grid. Fabrics being a very flexible material, wrinkles appear on its surface when submitted to free or constrained motion. The main problem of the simulation is to represent realistically cloth surface motion. This is strongly dependent on the surface discretization. We present a new cloth animation scheme based on adaptive surface discretization. It can be seen as a multi-grid method wich allows us to obtain realistic simulations. Adaptive surface discretization consists in locally subdividing the mesh elements when the surface curvature increase locally, and in deleting the mesh elements when the surface becomes locally flat, according to a curvature criteria. We propose a mechanical model based on a mass-spring network. The stretching and shearing forces are modeled using springs between a mass and its eight direct neighbours. A new computation of the bending forces, based on beams mechanical beheviour, is introduced. This model is well adapted to a multi-grid particles system and the proposed scheme is stable with respect to the mesh element size and it preserves moments. Euler's method is used to solve the ODE problem. Numerical examples using adaptive meshing are given to show the efficiency of this method