Projet :
ISA
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Sous-sections
Modélisation géométrique et visualisation scientifique
Résumé :
La modélisation géomètrique à partir de données physiques
est un préalable à beaucoup de calculs de simulation. L'équipe
ISA s'intéresse principalement à la modélisation du sous-sol et
à sa visalisation. Les sujets abordés vont de la modélisation
topologique, à la génération de maillages et à la visualisation
scientifique temps réel.
La
simulation et la visualisation d'objets, de phénomènes, sont
devenus aujourd'hui des outils très importants pour la
connaissance scientifique, ou pour la conception et l'ingénierie.
Ces outils, de plus en plus précis et rapides autorisent
désormais des investigations nouvelles dans beaucoup de domaines
de la connaissance. En ingénierie, ils permettent de préparer de
façon très élaborée des interventions qui, avec des techniques
traditionnelles, nécessitent de nombreux essais en vraie grandeur
qu'il est très difficile et coûteux, voire techniquement
impossible de réaliser. La construction de modèles géomètriques,
auxquels on associe généralement des propriétés physiques,
constitue l'étape fondamentale préalable aux calculs de
simulation.
Dans
le contexte de la conception et fabrication assistée par
ordinateur, un ensemble d'outils mathématiques à présent bien
maîtrisés par la communauté scientifique et industrielle ont déjà
été développés. Ces outils permettent de créer facilement des
formes géométriques, afin de faciliter par exemple la conception
de carrosseries automobiles, de pièces mécaniques, voire
d'espaces architecturaux ; encore que, dans ce dernier cas, la
modélisation géomètrique 3D soit peu utilisée, compte tenu de la
complexité des espaces architecturaux et de leur singularité.
Dans d'autres contextes, au contraire, la problématique est
différente. Il ne s'agit pas de créer des nouvelles formes, mais
plutôt de construire un modèle informatique 3D à partir de
données existantes. Ces données, résultats de mesures physiques:
données sismiques, nuages de points obtenus par capteur laser,
etc., peuvent être de précisions très variables, voire de natures
differentes. Ces différentes données devront alors être intégrées
dans une même approche, ce qui pose un ensemble de contraintes
très différentes de celles habituellement rencontrées dans le
domaine de la modélisation 3D. D'autre part, servant de support à
des simulations physiques, les modèles devront être maillés par
des éléments permettant de stocker les grandeurs physiques
simulées. L'équipe s'intéresse donc également à la représentation
et à la construction de ces maillages. Enfin, comme les modèles
géométriques sont souvent utilisés dans un contexte
d'investigation scientifique ou d'aide à la décision, il faut que
la génération de ces modèles soit rapide et permette une certaine
interactivité avec l'utilisateur, scientifique ou ingénieur. Il
en est de même pour les outils de visualisation, où les
contraintes d'affichage temps-réel, notamment dans des
environnements de type CAVE, posent des problèmes considérables
lorsqu'il s'agit de traiter des modèles comportant des millions
de primitives géométriques, triangles ou tétraèdres.
Certains membres de l'équipe ISA on travaillé dans le domaine
de la modélisation d'objets architecturaux. Ces travaux sont
désormais développés à l'Ecole d'Architecture de Nancy. La
reconstruction 3D dans le contexte de l'imagerie médicale est
également abordée dans ISA, mais elle est décrite plus loin dans
la section 3.3. La principale
activité d'ISA dans le domaine de la modélisation et de la
visualisation scientifique concerne aujourd'hui la modélisation
du sous-sol. Ces travaux sont en particulier transférés dans le
logiciel gOcad. Dans le domaine applicatif de la géologie et de
la prospection pétrolière, les données recueillies proviennent de
sources variées et présentent des caractéristiques géométriques
propres aux formes naturelles. Le modeleur géométrique gOcad
permet de traiter les données géologiques afin de construire des
modèles 3D du sous-sol. Ce modeleur utilise en particulier une
méthode originale de construction de surfaces, la méthode
Discrete Smooth Interpolation (DSI), qui permet de
modéliser sous contraintes des objets devant présenter des formes
naturelles. Dans le cadre de cette méthode, les surfaces
triangulées se sont révélées comme le type de modèle offrant le
plus de possibilités et de souplesse pour représenter les objets.
Plusieurs approches originales ont été alors étudiées dans le
cadre d'un travail de thèse, permettant de générer des surfaces
triangulées ainsi que des volumes tétraédrisés à partir de
données diverses.
Les coupes géologiques sont un autre type de données pris en
compte pour construire des surfaces. Ces coupes se présentent
sous la forme d'un ensemble de lignes correspondant aux limites
des couches géologiques. L'un de nos travaux de thèse dans le
domaine a consisté en la construction de modèles volumiques à
partir de telles coupes. L'algorithme mis au point détermine
automatiquement les correspondances d'une coupe à une autre et
permet à l'utilisateur d'éditer ces associations.
Les méthodes mentionnées ici dépendent d'une représentation
efficace des maillages et des grandeurs physiques attachées aux
élements de ces maillages. Un autre sujet de recherche d'ISA
concerne la topologie algébrique, branche des mathématiques qui
permet de formaliser les relations entre les éléments qui
composent les objets. Ainsi, la description des structures de
données et algorithmes qui composent le modeleur se trouve
facilitée et mieux contrôlée. D'autre part, en ce qui concerne la
représentation des propriétés, l'équipe étudie également les
problèmes de placage de textures optimum sous contrainte. Ces
deux aspects font l'objet d'une thèse.
Enfin, dans la perspective de développer une extension de
réalité virtuelle à gOcad, gOcad VR, nous avons entrepris le
portage de l'application sur des machines graphiques multi-pipes
et une nouveau travail de recherche sur la simplification de
surfaces et de volumes.
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