Logiciels

Panorama

Résumé : Du fait du caractère graphique de nos travaux de recherche, nous sommes amenés à valider nos travaux par la réalisation de prototypes logiciels capables de traiter des problèmes dimensionnants. Les logiciels présentés dans cette section sont tous opérationnels et utilisés dans différents contextes contractuels (industriels ou projets européens).

Logiciel de simulation d'éclairage

Participants : Kadi Bouatouch , Éric Maisel , Daniel Meneveaux , Samuel Carré , Éric Zeghers

Mots-clés : logiciel, simulation d'éclairage

simulation inverse: technique permettant à partir d'un résultat d'éclairement désiré de trouver par calcul les positions et caractéristiques des sources de lumineuses.

Résumé : Différents types de logiciels ont été développés pour la simulation d'éclairage et le dimensionnement des tunnels : simulation d'éclairage naturel et artificiel, simulation en environnements complexes et simulateur parallèle.

GIN : GIN est un logiciel de simulation d'éclairage développé en collaboration avec le CSTB. L'approche utilisée est spectrale, les longueurs d'ondes échantillons sont déterminées automatiquement en fonction de la forme des spectres des sources de lumière et de celle des réflectances des matériaux. Le logiciel prend en compte l'éclairage naturel (utilisant des modèles de ciel et de soleil) et artificiel (utilisation des catalogues de luminaires). L'effet de la modification des propriétés de réflectance des matériaux sur l'éclairage est quasi instantané. La modification du type de source implique peu de calculs. Le logiciel s'appuie principalement sur la méthode de radiosité et utilise dans une deuxième passe le lancer de rayon pour les effets de réflexion spéculaire et de transparence.
SIM : SIM permet d'effectuer une simulation d'éclairage dans des environnements complexes sur une station de travail courante. L'approche mise en oeuvre est basée sur le découpage de l'environnement en plusieurs parties que nous appelons cellules. Chaque cellule ayant une liste d'ouvertures (portes ou fenêtres) à travers lesquelles elle voit d'autres cellules. Un calcul de visibilité détermine pour chaque cellule la liste de ses cellules visibles à travers des ouvertures. Ces opérations constituent la structuration de l'environnement. Le résultat de cette structuration est une liste de cellules et un graphe de visibilité.
A partir des résultats de cette structuration, la simulation d'éclairage dans des environnements complexes est rendue possible. En effet, une surface appartenant à une cellule émet son énergie vers les surfaces de cette cellule mais aussi vers les surfaces des cellules qui lui sont visibles. Ce fait est exploité par SIM pour ne garder en mémoire que les cellules éclairées par la cellule émettrice courante, le reste des cellules étant stocké sur disque. Cela permet de réduire à tout instant l'espace mémoire utilisé et rendre possible la simulation dans des environnements complexes.
SAS : SAS est un logiciel interactif permettant de structurer un environnement complexe en cellules à des fins, soit de simulation d'éclairage, soit de déplacement virtuel en temps réel. Ce logiciel s'appuie sur les librairies MOTIF et OpenGL.
SimP : SimP est une version parallèle de SIM utilisant l'environnement de programmation parallèle MPI, ce qui lui permet de fonctionner sur n'importe quel réseau de machines séquentielles ou parallèles.
SimT : Les caractéristiques du logiciel SimT sont :

1.

Proposer un logiciel de simulation d'éclairage permettant d'obtenir une représentation virtuelle d'un tunnel et de son éclairage la plus proche possible de ce qu'elle devrait être en réalité. Ceci est d'un intérêt crucial pour le concepteur de tunnel qui pourra ainsi visualiser le tunnel avant sa construction effective, obtenir certains renseignements très utiles comme les niveaux de luminances ou une évaluation de l'éblouissement en certains points de la scène. Il disposera alors d'un outil permettant de détecter d'éventuels défauts et les qualités que pourrait présenter ce tunnel après construction.

2.

Proposer un outil d'aide à la conception. L'objectif est de déterminer, tout en respectant le niveau requis sur la chaussée, les meilleures configurations (choix du revêtement, type de sources, puissance d'émission, ...) relatives au tunnel. Conceptuellement, ce problème peut être vu comme un problème de simulation inverse.

3.

Proposer un outil de validation pour le concepteur de tunnel mais aussi par exemple pour les fabricants de luminaires qui pourront ainsi évaluer les performances de leurs luminaires vis à vis de la concurrence.

Modeleur d'environnement urbain : VUEMS

Participants : Stéphane Donikian , Richard Kulpa , Gwenola Thomas

Mots-clés : logiciel, environnements virtuels, géométrie, topologie, sémantique, transport

Résumé : VUEMS (Virtual Urban Environment Modeling System) est un modeleur d'environnements urbains qui a pour vocation de représenter le plus fidèlement possible l'espace urbain pour des applications liées au domaine des transports. Il s'agit donc de représenter la voirie, la signalisation routière, mais aussi tous les éléments de l'espace urbain ayant un impact sur la conduite (bâtiments, éclairage public, arbres, ...).

VUEMS [19,21] permet de générer des bases de données complètes très réalistes, car construites à partir de données utilisées par les services de la voirie et de la circulation de la ville de Rennes. Le modeleur accepte actuellement en entrée deux types de données : une base de données, au format Ascodes, d'une précision 1/200 (l'erreur minimale est de 5 cm sur la localisation d'un point, ce qu'il faut comparer avec l'erreur des bases de données cartographiques les plus fines de l'IGN qui est de l'ordre du mètre) qui contient toutes les informations relatives à la topographie de surface de la ville, et des plans numérisés fournissant des informations complémentaires sur le marquage au sol. Une partie des informations est extraite automatiquement de la base de données, tandis que l'utilisateur du modeleur construit le réseau routier à l'aide des tronçons élémentaires, permettant ainsi de construire une base de données réaliste, intégrant les trois types d'informations, géométriques, topologiques et sémantiques. Deux types de données sont produites en sortie du modeleur : une base de données tactique utilisée par les pilotes virtuels et une base de données géométrique utilisée pour la visualisation. De plus, nous nous sommes intéressés à la texturation automatique des bâtiments grâce à l'utilisation de jeux de textures types. Seuls certains monuments verront leur modélisation retravaillée a posteriori.

Dans l'état actuel du modeleur, les informations topologiques et sémantiques sont spécifiques aux besoins de la simulation du comportement de pilotes de véhicules sur la voirie (poids lourds, bus, véhicules légers, deux roues). L'extension de ce modèle pour la prise en compte du trafic piétonnier en environnement urbain est en cours.

Figure: Scène 3D générée automatiquement par VUEMS

$\begin{figure} \centering \psfig {file=Ps/perfly.1.ps,width=7cm}\end{figure}$

Plate-forme de simulation

Participants : Bruno Arnaldi , Alain Chauffaut , Stéphane Donikian , Richard Kulpa , Thierry Duval

Mots-clés : logiciel, simulateur, temps réel, modularité

Résumé : GASP (General Animation and Simulation Platform) a pour vocation d'être la plate-forme d'accueil et d'expérimentation des différents travaux de recherche menés au sein du projet dans les domaines de l'animation et de la simulation. Ceci nous a conduit à développer une architecture de programmation multicouches et modulaire, avec comme souci principal de réduire autant que possible les contraintes pour le programmeur concernant l'intégration d'un module au sein de la plate-forme. La plate-forme offre avant tout les services de synchronisation et de communication entre modules ayant des fréquences propres différentes.

Notre ambition, à travers ce projet d'équipe, est de réaliser une plate-forme logicielle de simulation et d'animation qui permette d'intégrer de manière homogène les différents travaux issus des thèmes de recherches développés dans le projet [16,15].

Afin d'être générale, la plate-forme de simulation doit intégrer les différents modèles (générateur, descriptif et comportemental) de contrôle du mouvement et des interactions d'objets dans une scène. Un système de simulation est constitué d'un certain nombre d'entités, dont l'état évolue au cours du temps, chaque entité possédant une fréquence propre de calcul. La plate-forme doit donc permettre la simulation, sur une même échelle temporelle, de plusieurs entités dont la synchronisation et les communications sont gérées par un noyau temps-réel.

Un des objectifs principaux consiste à rendre la conception d'un module d'animation complètement indépendant de l'architecture cible. Pour ce faire nous avons constitué un modèle orienté objet de la plate-forme dans lequel le concepteur d'un module doit respecter un canevas de programmation (le plus simplifié possible). Pour ce faire, il lui suffit de définir les entrées, sorties, paramètres de contrôle du module en utilisant des types prédéfinis et définir la fonction de transfert (initialisation, pas de simulation, terminaison) associée à l'objet. Une classe de service a aussi été définie : il s'agit de la visualisation 3D temps-réel des résultats de la simulation. Pour définir une simulation, il suffit ensuite de décrire à l'aide d'un fichier de configuration les différents éléments la constituant : l'environnement virtuel (par exemple, un quartier d'une ville), la configuration matérielle et le choix des entités dynamiques et de leur paramétrage.

DREAM : un langage de modélisation de systèmes physiques

Participants : Bruno Arnaldi , Rémi Cozot , Frédéric Beauchamp , Laurent Cogné , Georges Dumont

Mots-clés : Système mécanique, Modèles lagrangiens

Résumé : Dream (modèles Déformables et Rigides Efficaces pour l'Animation et la siMulation) est un environnement de simulation de systèmes mécaniques complexes composés de parties rigides et déformables en interaction. Le système DREAM se compose d'un langage de modélisation pour décrire les mécanismes, d'une bibliothèque de calcul formel qui évalue de manière exacte les équations du mouvement [9] et d'un générateur de codes numériques de simulation. Les codes de simulation ainsi produits sont intégrés dans les applications nécessitant des modules de simulation.

L'objectif de DREAM est la simulation des mécanismes complexes composés de parties rigides et déformables en interaction.

DREAM offre un langage de définition du modèle de matière Lagrangien utilisé : différences finies, éléments finis, réseaux de masses et ressorts, synthèse modale et ensembles de particules. DREAM calcule les équations du mouvement de manière exacte en utilisant une bibliothèque de calcul formel spécialisée pour la mécanique. La prise en compte dans la bibliothèque des modes de différentiations directes et inverses, associée à l'utilisation du principe des travaux virtuels et des équations de Lagranges garantissent d'obtenir des équations du mouvement compactes avec un coût spatial linéaire en fonction du nombre de degrés de liberté. De plus, par génération de code, DREAM produit des simulateurs numériques efficaces pour les mécanismes modélisés.

L'architecture de DREAM se divise en trois parties : le langage de modélisation, la bibliothèque de calcul formel et le générateur de code numérique. Le langage de modélisation offre les outils de description des modèles de matière et des mécanismes. La sortie du langage, c'est-à-dire la compilation d'un fichier de description, est constituée des termes énergétiques et des contraintes (holonome et non holonome) intervenant dans le mécanisme. La bibliothèque de calcul formel est utilisée pour évaluer les équations du mouvement en appliquant un formalisme lagrangien (principe des travaux virtuels et équations de Lagrange). Le générateur de code exploite les équations du mouvement et construit le simulateur numérique.

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