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11	Sculpture virtuelle par système de particules / Virtual sculpture using particles system Helbling, Marc 25 November 2010 (has links) La 3D s'impose comme un nouveau média dont l'adoption généralisée passe par la conception d'outils, accessibles au grand public, de création et de manipulation de formes tridimensionnelles quelconques. Les outils actuels reposent fortement sur la modélisation sous-jacente des formes, généralement surfacique, et sont alors peu intuitifs ou limitatifs dans l'expressivité offerte à l'utilisateur.Nous souhaitons, dans ces travaux, définir une approche ne présentant pas ces défauts et permettant à l'utilisateur de se concentrer sur le processus créatif. En nous inspirant de l'utilisation séculaire de l'argile, nous proposons une approche modélisant la matière sous forme lagrangienne.Une forme est ainsi décrite par un système de particules, où chaque particule représente un petit volume du volume global.Dans ce cadre lagrangien, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) permet l'approximation de grandeurs physiques en tout point de l'espace. Nous proposons alors une modélisation de matériaux à deux couches, l'une décrivant la topologie et l'autre décrivant la géométrie du système global.La méthode SPH permet, entre autres, d'évaluer la densité de matière. Ceci nous permet de définir une surface implicite basée sur les propriétés physiques du système de particules pour redonner un aspect continu à la matière.Ces matériaux peuvent alors être manipulés au moyen d'interactions locales reproduisant le maniement de la pâte à modeler, et de déformations globales. L'intérêt de notre approche est démontrée par plusieurs prototypes fonctionnant sur des stations de travail standard ou dans des environnements immersifs. / 3D is emerging as a new media. Its widespread adoption requires the implementation of userfriendly tools to create and manipulate three-dimensional shapes. Current softwares heavily rely on underlying shape modeling, usually a surfacic one, and are then often counter-intuitive orlimiting. Our objective is the design of an approach alleviating those limitations and allowing the user to only focus on the process of creating forms. Drawing inspiration from the ancient use of clay,we propose to model a material in a lagrangian description. A shape is described by a particles system, where each particle represents a small fraction of the total volume of the shape. In this framework, the Smoothed Particle Hydrodynamics method enables to approximate physical values anywhere in space. Relying on this method, we propose a modeling of material with two levels, one level representing the topology and the other one describing local geometry of the shape.The SPH method especially enables to evaluate a density of matter. We use this property todefine an implicit surface based on the physical properties of the particles system to reproduce the continuous aspect of matter. Those virtual materials can then be manipulated locally through interactions reproducing the handling of dough in the real world or through global shape deformation. Our approach is demonstrated by several prototypes running either on typical desktop workstation or in immersive environment system. Modélisation volumique 3d Modélisation lagrangienne Simulation de matériau Reconstruction de surface Surface implicite Déformation locale Déformation globale Ajout de détails Sculpture Forme libre Volumic modeling, 3d Smoothed Particle Hydrodynamics Lagrangian modeling Material simulation Surface reconstruction Implicit surface Local deformation Global deformation Surface details Sculpturing Free form
12	Hybrid and data-driven methods for efficient and realistic particle-based liquid simulations Roy, Bruno 12 1900 (has links) L’approximation de phénomènes physiques, tels qu’une simulation de liquides en informatique graphique, requiert l’utilisation de méthodes complexes nécessitant des temps de calcul et une quantité de mémoire importants. Malgré les avancées récentes dans ce domaine, l’écart en réalisme entre un liquide simulé et la réalité demeure encore aujourd’hui considérable. Cet écart nous séparant du réalisme souhaité nécessite des modèles numériques de simulation dont la complexité ne cesse de croître. L’objectif ultime est de permettre à l’utilisateur de manipuler ces modèles de simulation de liquides sans la nécessité d’avoir une connaissance accrue de la physique requise pour atteindre un niveau de réalisme acceptable et ce, en temps réel. Plusieurs approches ont été revisitées dans les dernières années afin de simplifier ces modèles ou dans le but de les rendre plus facilement paramétrables. Cette thèse par articles encadre bien les trois projets constituant nos contributions dans le but d’améliorer et de faciliter la génération de simulations de liquides en informatique graphique. Tout d’abord, nous introduisons une approche hybride permettant de traiter séparément le volume de liquide non-apparent (i.e., en profondeur) et une couche de particules en surface par la méthode de calcul Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Nous revisitons l’approche par bandes de particules, mais cette fois nouvellement appliquée à la méthode SPH qui offre un niveau de réalisme supérieur. Comme deuxième projet, nous proposons une approche permettant d’améliorer le niveau de détail des éclaboussures de liquides. En suréchantillonnant une simulation de liquides existante, notre approche est capable de générer des détails réalistes d’éclaboussures grâce à la dynamique de balistique. En complément, nous proposons une méthode de simulation par vagues permettant de reproduire les interactions entre les éclaboussures générées et les portions quasi-statiques de la simulation existante. Finalement, le troisième projet introduit une approche permettant de rehausser la résolution apparente d’un liquide par l’apprentissage automatique. Nous proposons une architecture d’apprentissage inspirée des flux optiques dont l’objectif est de générer une correspondance entre le déplacement des particules de simulations de liquides à différentes résolutions (i.e., basses et hautes résolutions). Notre modèle d’apprentissage permet d’encoder des caractéristiques de hautes résolutions à l’aide de déformations pré-calculées entre deux liquides à différentes résolutions et d’opérations de convolution basées sur le voisinage des particules. / The approximation of natural phenomena such as liquid simulations in computer graphics requires complex methods that are computationally expensive. Despite recent advances in this field, the gap in realism between a simulated liquid and reality remains considerable. This disparity that separates us from the desired realism requires numerical models whose complexity continues to grow. The ultimate goal is to provide users the capacity and tools to manipulate these liquid simulation models to obtain acceptable realism. In the last decade, several approaches have been revisited to simplify and to allow more flexible models. In this dissertation by articles, we present three projects whose contributions support the improvement and flexibility of generating liquid simulations for computer graphics. First, we introduce a hybrid approach allowing us to separately process the volume of non-apparent liquid (i.e., in-depth) and a band of surface particles using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method. We revisit the particle band approach, but this time newly applied to the SPH method, which offers a higher level of realism. Then, as a second project, we propose an approach to improve the level of detail of splashing liquids. By upsampling an existing liquid simulation, our approach is capable of generating realistic splash details through ballistic dynamics. In addition, we propose a wave simulation method to reproduce the interactions between the generated splashes and the quasi-static portions of the existing liquid simulation. Finally, the third project introduces an approach to enhance the apparent resolution of liquids through machine learning. We propose a learning architecture inspired by optical flows by which we generate a correspondence between the displacement of the particles of liquid simulations at different resolutions (i.e., low and high resolutions). Our training model allows high-resolution features to be encoded using pre-computed deformations between two liquids at different resolutions and convolution operations based on the neighborhood of the particles. Liquide par particules Modèle de simulation hybride Bande de particules Éclaboussures de liquide Suréchantillonnage Simulation par vagues Apprentissage automatique Apprentissage profond Rehausse de détails Déformations inter-résolution Convolution par voisinage Particle-based liquid Hybrid simulation model Particle band Liquid splash Upsampling Wave simulation Machine learning Deep learning Up-res details Inter-resolution deformations Neighborhood convolutions
13	Contribution à la théorie des ondelettes : application à la turbulence des plasmas de bord de Tokamak et à la mesure dimensionnelle de cibles / Contribution to the wavelet theory : Application to edge plasma turbulence in tokamaks and to dimensional measurement of targets Scipioni, Angel 19 November 2010 (has links) La nécessaire représentation en échelle du monde nous amène à expliquer pourquoi la théorie des ondelettes en constitue le formalisme le mieux adapté. Ses performances sont comparées à d'autres outils : la méthode des étendues normalisées (R/S) et la méthode par décomposition empirique modale (EMD).La grande diversité des bases analysantes de la théorie des ondelettes nous conduit à proposer une approche à caractère morphologique de l'analyse. L'exposé est organisé en trois parties.Le premier chapitre est dédié aux éléments constitutifs de la théorie des ondelettes. Un lien surprenant est établi entre la notion de récurrence et l'analyse en échelle (polynômes de Daubechies) via le triangle de Pascal. Une expression analytique générale des coefficients des filtres de Daubechies à partir des racines des polynômes est ensuite proposée.Le deuxième chapitre constitue le premier domaine d'application. Il concerne les plasmas de bord des réacteurs de fusion de type tokamak. Nous exposons comment, pour la première fois sur des signaux expérimentaux, le coefficient de Hurst a pu être mesuré à partir d'un estimateur des moindres carrés à ondelettes. Nous détaillons ensuite, à partir de processus de type mouvement brownien fractionnaire (fBm), la manière dont nous avons établi un modèle (de synthèse) original reproduisant parfaitement la statistique mixte fBm et fGn qui caractérise un plasma de bord. Enfin, nous explicitons les raisons nous ayant amené à constater l'absence de lien existant entre des valeurs élevées du coefficient d'Hurst et de supposées longues corrélations.Le troisième chapitre est relatif au second domaine d'application. Il a été l'occasion de mettre en évidence comment le bien-fondé d'une approche morphologique couplée à une analyse en échelle nous ont permis d'extraire l'information relative à la taille, dans un écho rétrodiffusé d'une cible immergée et insonifiée par une onde ultrasonore / The necessary scale-based representation of the world leads us to explain why the wavelet theory is the best suited formalism. Its performances are compared to other tools: R/S analysis and empirical modal decomposition method (EMD). The great diversity of analyzing bases of wavelet theory leads us to propose a morphological approach of the analysis. The study is organized into three parts. The first chapter is dedicated to the constituent elements of wavelet theory. Then we will show the surprising link existing between recurrence concept and scale analysis (Daubechies polynomials) by using Pascal's triangle. A general analytical expression of Daubechies' filter coefficients is then proposed from the polynomial roots. The second chapter is the first application domain. It involves edge plasmas of tokamak fusion reactors. We will describe how, for the first time on experimental signals, the Hurst coefficient has been measured by a wavelet-based estimator. We will detail from fbm-like processes (fractional Brownian motion), how we have established an original model perfectly reproducing fBm and fGn joint statistics that characterizes magnetized plasmas. Finally, we will point out the reasons that show the lack of link between high values of the Hurst coefficient and possible long correlations. The third chapter is dedicated to the second application domain which is relative to the backscattered echo analysis of an immersed target insonified by an ultrasonic plane wave. We will explain how a morphological approach associated to a scale analysis can extract the diameter information Ondelettes Principe d'incertitude de Heisenberg Pavage temps-Fréquence Moments Régularité Support compact Fonction d'échelle Fonction d'ondelette Approximations Détails Résolution Filtre QMF Coefficients de Daubechies Analyse Reconstruction Précurseur Algorithme de Mallat Convolution Décimation Symétrisation Orthogonalisation Gram Schmidt Filtres frontières Complexité Décomposition modale empirique Méthode R/S Analyse des fluctuations redressées Fractal Auto-Similarité Plasma Bruit Gaussien fractionnaire Mouvement Brownien fractionnaire Ultrason Wavelets Heisenberg uncertainty principle Time-Frequency tiles Vanishing moments Regularity Compact support Scaling function Wavelet function Approximations Details Resolution QMF filters Daubechies coefficients Analysis Reconstruction Precursor Mallat algorithm Convolution Decimation Mirroring Orthogonalization Gram Schmidt Boundary filters Complexity Empirical Modal Decomposition R/S method Detrended fluctuations Analysis Fractal Self-Similarity Plasma Fractional Gaussian noise Fractional Brownian motion Ultrasound 530.44 515.243 3

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