Simulation d'un ruisseau par approches phénoménologiques pour la synthèse d’images

Plan de l’exposé Présentation de l’équipe Présentation du stage Le contexte Le sujet Les objectifs La démarche Le Calcul L’Animation Les résultats : démo Conclusions

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Présentation de l’équipe iMAGIS est une équipe du laboratoire GRAVIR-IMAG et un projet de l’INRIA Informatique graphique et synthèse d’images. Maquettes numériques aux propriétés géométriques et physiques. Quelques exemples de réalisations : Animation de prairies en temps-réel Modélisation et animation de la mer en temps-réel Rendu temps-réel d’ombres dans un studio virtuel

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Présentation du stage Le Contexte Ce stage s’inscrit dans un projet visant à simuler complètement les aspects visuels et temporels d’un ruisseau. fait suite à une étude concernant les aspects instationnaires affectant la surface d’un ruisseau : la simulation des ondes de surfaces. répond au besoin de simuler la forme de la surface libre d’un ruisseau en fonction des obstacles rencontrés.

Présentation du stage Le Sujet Simulation d’un ruisseau par approches phénoménologiques pour la synthèse d’images. Modélisation du comportement de la surface de l’eau dans le cas d’un objet immergé : le seuil. Problème 2D, extrudé sur la largeur du ruisseau pour une représentation en 3D.

Rivière après passage sur un seuil

Présentation du stage Les Objectifs Obtention d’un rendu temps réel de la surface libre du ruisseau. pas de CFD. Définition des paramètres physiques caractéristiques. comportement du ruisseau définissable. Contrôlabilité des phénomènes visuels mis en jeu. Interface intuitive. Outil utilisable dans l’optique « synthèse d’images »

La Démarche Étude physique du problème : Présentation du stage La Démarche Étude physique du problème : intervention des équations de l’hydraulique. modélisation 2D du problème. Création d ’une application générant un rendu 3D temps réel animé. Rédaction d’un rapport - notice permettant le prolongement du projet au niveau d’iMAGIS.

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Le Calcul Phase de calcul indépendante de l’affichage. Bases du calcul : Calculs menés en stationnaire. Canal rectangulaire. Équations de l’hydraulique concernant les surfaces libres.

Le Calcul La forme de la surface libre est : indépendante du temps. fixée par les différents paramètres physiques. Animation est donc un « habillage » confié à l’affichage.

Le Calcul Stratégie de calcul : Problème 2D. Surface du ruisseau calculée dans une coupe longitudinale. Stockage des points dans une liste chaînée.

Schéma de la coupe utilisée pour les calculs Le Calcul Schéma de la coupe utilisée pour les calculs

Calcul de la surface libre Le Calcul Calcul de la surface libre 4 régimes d ’écoulement 4 cas traités - fluvial / torrentiel avec ou sans ressaut. Traitement par tronçons, 2 cas : surface donnée par les équations de l ’hydraulique. splines, droites.

Extrusion de la ligne d’eau calculée : représentation 3D Le Calcul Extrusion de la ligne d’eau calculée : représentation 3D

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L’Animation à l ’affichage Mouvement macroscopique de l’eau du ruisseau. matérialisation du débit. Nécessité de matérialiser la vitesse de l ’eau selon le débit et les profondeurs : accélérations / décélérations. plaquage la texture différent selon les zones. impression d’accélération ou de décélération.

Mouvement de l’eau : « texture mobile » L’Animation Mouvement de l’eau : « texture mobile » Translation du polygone dans l’espace de la texture : Déplacement visible de la texture à la vitesse V

L’Animation Plaquage de texture : modélisation des zones d’accélération / décélérations Abscisse des points de la surface libre dans l’espace de la texture :

Plaquage de texture : rendu du mouvement : « l’eau coule » L’Animation Plaquage de texture : rendu du mouvement : « l’eau coule » Les zones d ’accélération ou de décélération sont donc rendues par l’abscisse des points de la surface libre dans l’espace de la texture : Le mouvement global va être rendu grâce au déplacement sur la texture : Soit, pour simuler parfaitement le débit du ruisseau : abscisse des différents points de la surface libre sur la texture

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Conclusion Les Objectifs Conclusions Conclusion Les Objectifs Obtention d ’un rendu temps réel de la surface libre du ruisseau. Modèle temps réel. Interaction aisée pour obtenir le rendu souhaité. Définition des paramètres physiques caractéristiques. Accès aux différents paramètres clés via l’interface graphique. Contrôle de l’écoulement.

Conclusion Les Objectifs (suite) Conclusions Conclusion Les Objectifs (suite) Contrôlabilité des phénomènes visuels mis en jeu. Facilité de contrôle des paramètres physiques. Reste à définir : des critères permettant d’adoucir les courbes de remous obtenues. des paramètres permettant de « court-circuiter » la physique à l’affichage : amplitude, déplacement des phénomènes. Interface intuitive Interface graphique via GLUI. Contrôle de la vue avec la souris. Menus.

Conclusion & Perspectives Conclusions Conclusion & Perspectives Modélisation en 2D extrudée d’un obstacle obstruant tout le ruisseau : le seuil. Reste à : adapter ce cas en 3D à des pierres localement immergées dans le ruisseau. traiter les pierres émergeantes - théorie existant sur les piles de pont. regrouper ces deux cas - traitement stationnaire 3D complet d ’un ruisseau perturbé par des pierres.

Conclusion & Perspectives Conclusions Conclusion & Perspectives Rendu graphique intéressant au niveau de la texture : - mouvement macroscopique - accélérations ou décélérations locales de la veine fluide. Reste à : faire le parallèle avec les travaux déjà réalisés au niveau des ondes et perturbations de la surface de l’eau : - évolution instationnaire de la surface. - animation « naturelle » : vortex, ondes...