Sculpture virtuelle
Abstract
This thesis deals with 3d shapes construction. We use a sculpture metaphor, with direct surface manipulation and no control structure related to the underlying surface representation, which remains hidden. Our approach is based on a volumetric representation. The surface being modelled is the iso-surface of a 3d discrete scalar field. This transparently handles the topology changes over the surface. A first prototype, based on a regularly sampled field, helped us to validate the direct surface interaction concepts, using a tool controlled with a 3d input device. The surface evolves indirectly through the scalar field modifications induced by the tool. But from a user view, the tool freely deposits or removes material in space. Using selection and copy/paste, we are able to build new tools of any shape. We also considered some surface perception enhancements, such as visualisation (stereo, reflects) and haptic feedback. These are important cues for the shape estimation along the construction process. Our second prototype uses a hierarchical and adaptive representation that allows editions at different scales, while maintaining interactive update and display. The sampling rate of the scalar field dynamically and automatically adapts itself, guided by the tool used. The priority queue based field update we propose allows extensions to multiple tools that may be controlled from distant machines.
Cette thèse concerne la construction de formes tridimensionnelles. Nous utilisons une métaphore de sculpture virtuelle, c'est à dire une manipulation directe de la surface, sans structure de contrôle et où la représentation utilisée pour la surface demeure invisible. Notre travail est basé sur une représentation volumique. La surface modelée est représentée comme l'iso-surface d'un champ potentiel scalaire tridimensionnel échantillonné, qui permet de gérer de manière transparente les connexions et déconnexions. Un premier prototype, utilisant un échantillonnage régulier, nous a permis de valider les concepts d'interaction directe avec la surface via un outil contrôlé avec un périphérique d'entrée 3d. La surface évolue de manière indirecte à travers les modifications du champ potentiel induites par l'outil, mais du point de vue utilisateur, l'outil dépose ou repousse de la matière librement dans l'espace. Via la sélection et les opérations de copier/coller, il est possible de construire des outils de formes quelconques. Nous nous sommes également intéressés aux aspects importants de visualisation (stéréovision, reflets) et de retour haptique pour améliorer la perception, donc l'évaluation de la surface en cours de construction. Notre second prototype utilise une représentation hiérarchique adaptative permettant la construction de détails à différentes échelles et assurant l'interactivité de la mise à jour et de l'affichage. L'échantillonnage se raffine ou se simplifie dynamiquement et automatiquement, guidé par l'outil utilisé. La gestion proposée par file d'attente avec priorités autorise des extensions à plusieurs outils simultanés, éventuellement distribués sur des machines distantes.
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