Vers des performances en temps réel dans les simulations physiques à grande échelle

Towards real-time performance in large-scale physics-based simulations

• Auteur / Autrice : Ziqiu Zeng
• Direction : Hadrien Courtecuisse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 12/09/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Hyewon Seo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zhongkai Zhang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Duriez, Stéphane Pierre Alain Bordas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Temps réel (informatique)

Simulation par ordinateur

Chirurgie

Mots clés libres

Simulation physique

Simulation en temps réel

Méthode des éléments finis

Simulation de contact

Simulation de découpe

Parallélisation sur le GPU

Physics-based simulation

Real-time simulation

Finite element method

Contact simulation

Cutting simulation

GPU-based parallelization

Résumé

Les simulations physiques ont suscité une attention considérable dans le domaine médical, en particulier dans le domaine des chirurgies virtuelles. Une préoccupation actuelle de la recherche dans ce domaine est centrée sur l'obtention de comportements physiques réalistes dans les simulations en temps réel d'objets déformables. Cependant, cela présente un défi car les simulations doivent concilier les exigences contradictoires de précision et de temps de calcul rapide simultanément. Bien que la finesse de la discrétisation soit préférée pour capturer des informations de forme détaillées, elle conduit souvent à des systèmes plus importants au prix d'une augmentation des coûts de calcul. L'objectif principal de ce manuscrit est d'améliorer les performances de calcul afin de permettre des simulations en temps réel à grande échelle. Pour atteindre cet objectif, notre travail englobe plusieurs méthodes visant à relever les défis de la résolution du système numérique dans différents domaines problématiques.

Physics-based simulations have garnered considerable attention in the medical field, particularly in the application of virtual surgeries. A current focus of research in this field is centered on achieving realistic physical behaviors in real-time simulations of deformable objects. However, this presents a challenge as simulations must fulfill the conflicting requirements of both accuracy and fast computation time simultaneously. While fine discretization is preferred for capturing detailed shape information, it often leads to larger systems with the cost of increased computational costs. The primary objective of this manuscript is to enhance computing performance to enable real-time simulations on a large scale. To address this objective, our work encompasses several methods aimed at overcoming challenges in numerical system resolution within various problem domains.