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Theses Year : 1996

Modelling deformable objects with an oriented particle system

Modélisation d'objets déformables avec un système de particules orientées

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Abstract

The study takes place in a context of physically-based computer animation. We present a new model of deformable objects based on oriented particle systems. We also present a method to automatically generate deformable objects from 3D data which have the same structure as medical data (scanners, MRI). Originally introduced to render stochastic objects, particle systems are now used in a wide range of applications. Oriented particle systems were designed as a dynamic modelling tool for describing 3D free-form objects. We present a new solution for the particle oscillations problem. We designed a new attraction/repulsion interaction, that we called `cohesion force', better adapted to numerical integration of dynamic laws than commonly used ones. This solution is applicable to both oriented or non particle systems. We present a new method using oriented particle systems to dynamically simulate 3D deformable objects that may either be restored to their initial shape or break during animations. This method can be used in a physically based animation system. We propose new anisotropic interaction laws which allow us to ensure local mathematical properties of modelled surfaces (such as curvature). We also present an extension of this model. We use oriented particles to handle skeletons of an implicit surface. We also present a reconstruction algorithm of 3D objects. We automatically create a deformable model of an object given by a potential field and an isovalue of this field. According to a small number of user parameters such as the density of the resulting sampling, we create oriented particles and interaction functions to model the surface of the object. The use of oriented particles enables us to adapt the sampling to the local curvature. Finally, we propose a method to model a muscle with oriented particles. Interaction laws are defined in order to simulate muscle behavior, in particular the forces produced as well as the shape variation.
L'étude présentée se situe dans un contexte de création d'animations par ordinateur à l'aide de modèles dits "générateurs". Nous présentons un nouveau modèle d'objet déformables basé sur l'utilisation d'un système de particules orientées. Nous présentons également une méthode permettant de créer semi-automatiquement ces objets déformable à partir d'une définition volumique de la géometrie des objets. Les systèmes de particules, crées pour pallier les lacunes de la modélisation géométrique classique, ont aujourd'hui un vaste domaine d'application. Le concept de particule orientée a été développé en tant qu'outil pour la modélisation de surfaces tridimensionnelles quelconques. Après avoir proposé une solution originale au problème des oscillations inhérent à la modélisation par système de particules (orientées ou non), nous présentons des nouvelles lois d'interaction anisotrope qui nous permettent de spécifier les propriétés des surfaces modélisées (telles que les courbures) et par la même d'obtenir un modèle d'objet déformable. Une extension de cette technique utilisant une enveloppe définie par des surfaces implicites est aussi présentée. Nous proposons ensuite un algorithme de reconstruction d'objets avec des particules orientées a partir de données tridimensionnelles. L'espace est le lieu d'un champ scalaire, et la surface de l'objet est définie par une valeur remarquable de ce champ. A partir de quelques paramètres-utilisateur spécifiant la densité d'échantillonnage voulue, nous construisons automatiquement un modèle déformable de la surface de l'objet. L'utilisation de particules orientées nous permet aussi de définir un échantillonnage adapté en fonction de la courbure locale directionnelle de l'objet. Les interactions entre les particules sont automatiquement définies, ne laissant à l'utilisateur que quelques paramètres simples à régler pour spécifier le comportement dynamique de l'objet. Finalement, nous présentons les bases d'une approche innovante de modélisation de muscle. Les lois d'interaction entre les particules orientées sont définies et devront être modifiées de façon à copier le comportement du muscle, aussi bien dans ses variations de forme que dans les forces exercées.
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Dates and versions

tel-00005000 , version 1 (23-02-2004)

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  • HAL Id : tel-00005000 , version 1

Cite

Jean-Christophe Lombardo. Modélisation d'objets déformables avec un système de particules orientées. Interface homme-machine [cs.HC]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005000⟩
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