Thèse soutenue

Déformations géométriques indépendantes du temps pour les contacts élastiques

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Auteur / Autrice : Camille Brunel
Direction : Pascal Barla
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 12/10/2021
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche Inria de l'université de Bordeaux (Bordeaux)
Jury : Président / Présidente : Loïc Barthe
Examinateurs / Examinatrices : Pascal Barla, Damien Rohmer, Maud Marchal, Stéfanie Hahmann, Gaël Guennebaud, Pierre Bénard
Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Rohmer, Maud Marchal

Résumé

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Les films et séries d'animation étant de plus en plus présents dans le divertissement grand public, les besoins des artistes en terme d'outils d'animation rapides et intuitifs ne cessent de croître. Les artistes ne font pas seulement appel à leur imagination et à leurs compétences pour donner vie à aux modèles numériques, ils s'inspirent également du monde physique pour mieux immerger les spectateurs dans leur environnement virtuel.De nombreux objets de notre environnement quotidien présentent des déformations élastiques lorsqu'ils sont mis en contact avec d'autres, par exemple une balle anti-stress écrasée par une main, un oreiller écrasant une tête lors d'une bataille d'oreillers ou un ballon rebondissant sur un poteau de but. Ils ont notamment tendance à s'écraser à l'intérieur du contact et à gonfler à l'extérieur. Ces effets d'écrasement et de gonflement sont essentiels pour communiquer une déformation plausible tout en capturant le comportement physique des matériaux mous dans divers contextes, tels que les films d'animation. Ce type de déformation est toutefois connu pour être difficile et fastidieux à reproduire manuellement par les artistes, et les outils existants restent limités pour une utilisation artistique.En pratique, ces déformations sont donc générées par des méthodes de simulation physique. Cependant, en raison de leur dépendance temporelle, elles doivent être exécutées après les étapes de rigging et d'animation, ce qui empêche une édition non linéaire de la scène 3D. De plus, les artistes ont souvent recours à des effets de déformation caricaturaux pour mieux transmettre les émotions et les idées qui sont difficiles à obtenir par simulation physique.La principale contribution de cette thèse est un nouvel outil de déformation purement géométrique et indépendant du temps qui assiste l'artiste en résolvant les contacts locaux entre les objets élastiques, ainsi qu'en produisant des effets de gonflement qui peuvent être contrôlés par l'artiste. Pour parvenir à une intégration transparente dans le processus de création d'animation, nous avons conçu notre outil de déformation de manière à fournir un retour instantané à l'artiste tout en permettant une édition non linéaire grâce à une stratégie entièrement indépendante du temps. Pour produire des effets de gonflement plausibles, notre méthode peut aussi préserver intégralement le volume, bien que des contrôles artistiques soient également possibles pour explorer des comportements plus exagérés. Plus précisément, à partir de plusieurs maillages en intersection, notre déformeur calcule d'abord les parties des surfaces restant en contact, puis applique un déplacement procédural contrôlé par une courbe de profil. Même si notre outil traite chaque image indépendamment, il réalise des déformations temporellement continues avec un contrôle artistique du gonflement grâce à un petit nombre de paramètres de pseudo-rigidité. La plausibilité de la déformation est encore renforcée par la répartition anisotrope du gonflement préservant le volume. Une extension est également proposée pour gérer les auto-collisions entre des parties adjacentes d'un même objet, qui se produisent fréquemment dans le contexte d'animation de personnages.Le résultat de ce travail est un déformeur temps réel robuste qui permet de gérer des configurations géométriques complexes telles qu'une balle écrasée par une main, des lèvres qui se touchent, des doigts qui se plient, etc.