Environnement de simulation de systèmes physiques : modèle et langage

Simulation environment of physical systems : model and language

• Auteur / Autrice : Rémi Cozot
• Direction : Bruno Arnaldi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Rennes 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Animation par ordinateur

Simulation par ordinateur

Résumé

L'utilisation de la simulation de systemes physiques dans le cadre de l'animation par ordinateur garantit automatiquement le realisme des mouvements. Dans ce cadre, l'animation et la simulation mecanique partagent les memes outils: modele de matiere, formalisme d'obtention des equations du mouvement et methode de resolution du systeme dynamique. Mais contrairement a la simulation, l'animation cherche a simuler des mecanismes macroscopiques. De tels mecanismes sont composes de parties deformables et rigides articulees qui interagissent entre elles, ils ne peuvent pas etre decrits par les modeles issus de la mecanique specialises pour un type de comportement. La definition d'un modele de matiere general apparait donc etre un objectif crucial pour l'animation par ordinateur. Nous proposons dans cette etude la conception d'un modele de matiere general. Notre modele se decompose en trois niveaux de description: le modele geometrique, le modele structure et le modele composant. Les deux derniers modeles sont mis en oeuvre sous la forme d'un langage de modelisation. Le modele geometrique decouple l'aspect description mecanique du detail de la forme de l'objet. Il n'y a pas identite entre le modele geometrique et le modele mecanique. Ce dernier decrit la dynamique de l'objet et sert de support de deformation pour la geometrie. Ce decouplage permet de maitriser la complexite du modele mecanique (nombre de parametres utilises) independemment du detail de la geometrie. Le modele structure definit un formalisme entite-relation qui decrit de maniere homogene les mecanismes rigides, les elements finis, les ensembles de particules et les maillages de masses et ressorts. Le formalisme entite-relation decompose les modeles de matiere traditionnels en un ensemble d'entites: solides rigies, masses ponctuelles et nuds, et un ensemble de relations: articulations, ressorts, forces d'interaction et elements de matiere. Tous les mecanismes sont alors des graphes dont les sommets sont des entites ou des relations. Grace a cette structure de graphe, il est possible de definir les regles de construction des mecanismes rigides et deformables. Le modele composant correspond au modele interne des entites et des relations. Il est constitue de trois composants abstraits appeles: reperes d'attache, liens et attributs. A partir de ces trois elements il est possible de decrire des solides rigides, des elements finis, des ensemble de particules et des maillages de masses et ressorts. Le modele composant unifie donc tous les modeles de matiere lagrangiens. Le formalisme des travaux virtuels et les formules de lagrange sont utilises pour construire les equations du mouvement a partir d'un mecanisme decrit en terme de composants. Le modele structure et le modele composant sont mis en uvre sous la forme d'un langage fonctionnel symbolique fortement type. La structure de langage fonctionnel autorise la construction procedurale de bases de donnees mecaniques complexes. L'utilisation du calcul symbolique dans le noyau du langage permet d'effectuer un calcul exact des equations du mouvement. Le typage du langage en terme de grandeurs physiques sert a la verification de la semantique physique des expressions. Les modeles et le langage brievement presentes ci-dessus constituent un environnement general et complet pour la simulation de systemes mecaniques. Ils integrent et unifient les modeles de matiere lagrangiens utilises en simulation et en animation. Grace a l'unification des modeles il est possible de simuler donc d'animer facilement des mecanismes complexes avec des parties rigides et deformables en utilisant pour chaque corps de l'objet le modele de matiere le plus adapte