La simulation numérique des écoulements (CFD) est largement utilisée aujourd'hui dans l'industrie aéronautique, de l'avant-projet à la conception des appareils. En parallèle, la puissance des calculateurs s'est accrue, permettant d'effectuer des simulations résolvant les équations de Navier-Stokes moyennées (RANS) dans un délai de restitution acceptable du point de vue industriel. Cependant, les configurations simulées sont de plus en plus complexes géométriquement, rendant la réalisation du maillage très coûteuse en temps humain. Notre objectif est de proposer une méthode permettant de simplifier la génération de maillages autour de géométries complexes, en exploitant les avantages de la méthode Chimère, tout en levant les difficultés principales rencontrées par cette méthode dans le calcul des connectivités. Dans notre approche, le domaine de calcul est découpé en régions proches et en régions éloignées des corps. Des grilles curvilignes de faible extension décrivent les régions autour des corps. Le maillage de fond est défini par un ensemble de grilles cartésiennes superposées aux grilles de corps, qui sont engendrées et adaptées automatiquement selon les caractéristiques de l'écoulement. Afin de traiter des maillages recouvrants autour de géométries complexes sans surcoût humain, les différentes grilles sont regroupées par composant Chimère. Des relations d'assemblage sont alors définies entre composants, en s'inspirant de la Géométrie de Construction des Solides (CSG), où un solide peut être construit par opérations booléennes successives entre solides primitifs. Le calcul des connectivités Chimère est alors réalisé de manière simplifiée. Des simulations RANS sont effectuées autour d'un fuselage d'hélicoptère avec mât de soufflerie et autour d'une aile NACA0015 en incidence, afin de mettre en oeuvre la méthode. / Computational fluid dynamics (CFD) is widely used today in aeronautics, while the computing power has increased, enabling to perform simulations solving Reynolds-averaged Navier-Stokes equations (RANS) within an acceptable time frame from the industrial point of view. However, the configurations are more and more geometrically complex, making the mesh generation step prohibitive. Our aim is here to propose a method enabling a simplification of the mesh generation over complex geometries, taking advantage of the Chimera method and overcoming the major difficulties arising when performing overset grid connectivity. In our approach, the computational domain is partitioned into near-body regions and off-body regions. Near-body regions are meshed by curvilinear grids of short extension describing the obstacles involved in the simulation. Off-body mesh is defined by a set of adaptive Cartesian grids, overlapping near-body grids. In order to consider overset grids over complex geometries with no additional cost, grids are gathered by Chimera component, and assembly relations are defined between them, inspired by Constructive Solid Geometry, where a solid can result from boolean operations between primitive solids. The overset grid connectivity is thus simplified. RANS simulations are performed over a helicopter fuselage with a strut, and over a NACA0015 wing.

Autonomous navigation of our rough-terrain rovers implies the need of a good representation of their near surrounding. In order to archive this we fuse several of their sensors into one representation called OctoMap. But moving obstacles can produce artefacts, leading to untraversable re- gions. Furthermore the map itself is increasing in size while discovering new places. Even though we are only interested in the near surrounding of the rovers. Our approach to these problems is the usage of timestamps within the map. If a certain region was not updated within a given interval, it will be set to free space or deleted from the map. This first option is an existing solution and the second option reflects our new alternative.

An Eulerian approach to fluid flow provides an efficient, stable paradigm for realistic fluid simulation. However, its traditional reliance on a fixed-resolution grid is not ideal for simulations that simultaneously exhibit both large and small-scale fluid phenomena. Octree-based fluid simulation approaches have provided the needed adaptivity, but the inherent weakness of a pointer-based tree structure has limited their effectiveness. We present a linear octree structure that provides a significant runtime speedup using these octree-based simulation algorithms. As memory prices continue to decline, we leverage additional memory when compared to traditional octree structures to provide this improvement. In addition to reducing the level of indirection in the data, because our linear octree is stored contiguously in memory as a simple C array rather than a recursive set of pointers, we provide a more cache-friendly data layout than a traditional octree. In our testing, our approach yielded run-times that were 1.5 to nearly 5 times faster than the same simulations running on a traditional octree implementation.

Dans le contexte actuel de concurrence industrielle internationale, la diversité des produits proposés et leur complexité croissante imposent aux industriels de proposer des produits manufacturés innovants, de qualité, à moindre coût et dans des délais de plus en plus contraignants. Le marché de la fabrication d'outillages de mise en forme (moules d'injection, matrices d'emboutissage, etc) a fortement évolué. Les outillages doivent désormais être conçus et mis au point plus rapidement, être adaptables aux différentes variantes de produits et fabriqués à coût maîtrisé.<br /><br /> Ainsi, les outillages peuvent avantageusement être conçus avec une double approche : modulaire et hybride. Les outillages sont vus non plus comme une seule pièce, mais comme un puzzle en trois dimensions, avec différents modules fabriqués séparément puis assemblés. L'approche modulaire permet de prendre en compte les différentes variantes d'une même famille de pièces à produire en facilitant un changement rapide des parties de l'outillage. L'approche hybride permet de choisir le procédé de fabrication le plus adapté pour chacun des modules de l'outillage. Nous nous sommes intéressés aux procédés d‟usinage par enlèvement de matière ainsi qu'aux procédés de fabrication rapide par ajout de matière. Ces technologies additives arrivent à maturité et, bien qu'un haut niveau de qualité soit encore délicat à obtenir, les possibilités de réalisation de formes difficiles, voire impossibles, à usiner par enlèvement de matière rendent ces procédés très attractifs. <br /><br /> Ce travail de thèse consiste donc en l'élaboration d'une méthodologie de conception d'outillages modulaires hybrides. Cette méthode permet, dans un premier temps, d'analyser la complexité de fabrication des outillages lors de leur conception. Dans un deuxième temps, afin de réduire la complexité de fabrication (et par conséquent, diminuer les temps et coûts de réalisation à qualité égale), une nouvelle conception de l'outillage est proposée, en appliquant les points de vue modulaire et hybride. La complexité de fabrication de ce nouvel outillage est ensuite analysée, puis comparée à la première afin de quantifier les gains induits par notre approche modulaire hybride. <br /><br /> Une maquette informatique a donc été développée et implémentée dans un logiciel de CAO pour mettre en évidence les possibilités d'utilisation de la méthodologie lors de la phase de conception d'outillages. Elle est testée sur différentes pièces-test et outillages industriels, en particulier dans le cadre du projet EMOA (Excellence dans la Maîtrise de l'Ouvrant Automobile haut de gamme) piloté par PSA Peugeot-Citroën.

Les applications graphiques tendent à offrir un rendu interactif de scènes 3D de plus en plus réaliste, résultant en partie de l'accroissement de la richesse géométrique des objets affichés. Le maillage de certains de ces objets est toutefois trop complexe au regard des capacités de traitement des cartes graphiques et doit donc être simplifié afin de conserver un bon niveau d'interactivité. Une méthode élégante pour pallier à la perte des détails les plus fins induits par la simplification consiste à les stocker sous forme de normales dans des textures de grande résolution et de les utiliser lors du calcul de l'éclairage de ces objets. Cette technique de préservation d'apparence repose cependant traditionnellement sur des opérations complexes de paramétrisation 2D de maillages 3D qui sont encore souvent impossibles à réaliser sans l'intervention d'un utilisateur. Nous proposons dans ce mémoire une méthode alternative de préservation de détails basée sur les octree-textures. La création de l'octree est pilotée par la variation des normales à la surface des maillages originaux, adaptant l'échantillonnage des normales à la richesse de détails locale de la surface. Grâce à la nature volumique des octree-textures, aucune opération de paramétrisation n'est requise, rendant le processus de création des textures totalement automatique. Nous proposons un encodage compact de l'octree sous forme de textures 2D exploitables par les GPU programmables, et nous détaillons l'utilisation de ces textures pour le rendu interactif. Nous présentons également un processus de conversion en atlas de textures 2D classiques dans lesquels tous les détails de l'octree-texture sont conservés. Enfin nous montrons l'adéquation de cette représentation des maillages détaillés avec leur visualisation à distance via le réseau. La transmission instantanée du maillage simpliée permet une interaction immédiate avec l'objet 3D pendant que l'affichage se raffine progressivement à mesure du téléchargement des normales les plus précises.

The problem of real-time simulation of ocean surface waves, ship movement and the coupling in between is tackled, and a number of different methods are covered and discussed. Among these methods, the finite volume method has been implemented in an attempt to solve the problem, along with the compressible Euler equations, an octree based staggered grid which allows for easy adaptive mesh refinement, the volume of fluid method and a variant of the Hyper-C advection scheme for compressible flows for advection of the phase fraction field. The process of implementing the methods that were chosen proved to be tricky in many ways, as they involve a large number of advanced topics, and the implementation that was implemented in this thesis work suffered from numerous issues. There were for example problems with keeping the interface intact, as well as a harsh restriction on the time step size due to the CFL condition. Improvements required to make the method sustainable for real-time applications are discussed, and a few suggestions on alternative approaches that are already in use for similar purposes are also given and discussed. Furthermore, a method for compensating for gain/loss of mass when solving the incompressible flow equations with an inaccurately solved pressure Poisson equation is presented and discussed. A momentum conservative method for transporting the velocity field on staggered grids without introducing unnecessary smearing is also presented and implemented. A simple, physically based illumination model for sea surfaces is derived, discussed and compared to the Blinn–Phong shading model, although it is never implemented. Finally, a two-dimensional partial differential equation in the spatial domain for simulating water surface waves for mildly varying bottom topography is derived and discussed, although it is deemed to be too slow for real-time purposes and is therefore never implemented. / <p>This publication differs from the printed version of the report in the sense that links are blue in this version and black in the printed version.</p>

Large data sets are difficult to visualize. For a human to find structures and understand the data, good visualization tools are required. In this project a technique will be developed that makes it possible for a user to look at complex data at different scales. This technique is obvious when viewing geographical data where zooming in and out gives a good feeling for the spatial relationships in map data or satellite images. However, for other types of data it is not obvious how much scaling should be done. In this project, an experimental application is developed that visualizes data in multiple dimensions from a large news article database. Using this experimental application, the user can select multiple keywords on different axis and then can create a visualization containing news articles with those keywords. The user is able to move around the visualization. If the camera is far away from the document icons then they are clustered using red coloured spheres. If the user moves the camera closer to the clusters they will pop up into single document icons. If the camera is very close to the document icons it is possible to read the news articles

The purpose of this thesis was to visualize the 1.7 billion stars released by the European Space Agency, as the second data release (DR2) of their Gaia mission, in the open source software OpenSpace with interactive framerates and also to be able to filter the data in real-time. An additional implementation goal was to streamline the data pipeline so that astronomers could use OpenSpace as a visualization tool in their research. An out-of-core rendering technique has been implemented where the data is streamed from disk during runtime. To be able to stream the data it first has to be read, sorted into an octree structure and then stored as binary files in a preprocess. The results of this report show that the entire DR2 dataset can be read from multiple files in a folder and stored as binary values in about seven hours. This step determines what values the user will be able to filter by and only has to be done once for a specific dataset. Then an octree can be created in about 5 to 60 minutes where the user can define if the stars should be filtered by any of the previously stored values. Only values used in the rendering will be stored in the octree. If the created octree can fit in the computer’s working memory then the entire octree will be loaded asynchronously on start-up otherwise only a binary file with the structure of the octree will be read during start-up while the actual star data will be streamed from disk during runtime. When the data have been loaded it is streamed to the GPU. Only stars that are visible are uploaded and the application also keeps track of which nodes that already have been uploaded to eliminate redundant updates. The inner nodes of the octree store the brightest stars in all its descendants as a level-of-detail cache that can be used when the nodes are small enough in screen space. The previous star rendering in OpenSpace has been improved by dividing the rendering phase into two passes. The first pass renders into a framebuffer object while the second pass then performs a tonemapping of the values. The rendering can be done either with billboard instancing or point splatting. The latter is generally the faster alternative. The user can also switch between using VBOs or SSBOs when updating the buffers. The latter is faster but requires OpenGL 4.3, which Apple products do not currently support. The rendering runs with interactive framerates for both flat and curved screen, such as domes/planetariums. The user can also switch dataset during render as well as render technique, buffer objects, color settings and many other properties. It is also possible to turn time on and see the stars move with their calculated space velocity, or transverse velocity if the star lacks radial velocity measurements. The calculations omits the gravitational rotation. The purpose of the thesis has been fulfilled as it is possible to fly through the entire DR2 dataset on a moderate desktop computer and filter the data in real-time. However, the main contribution of the project may be that the ground work has been laid in OpenSpace for astronomers to actually use it as a tool when visualizing their own datasets and also for continuing to explore the coming Gaia releases.

Denna studie gick ut på att jämföra tre olika algoritmer som har använts för bred kollisionsdetektering, dessa algoritmer var Kd-tree, Octree och Sweep and prune. Kd-tree och Octree är spatiala datastrukturer, d.v.s. att de hanterar objekt inom specifika volymer. Sweep and prune använder istället listor för att ta reda på om objekt kolliderar. Fokus låg på att se hur stor skillnad algoritmernas exekveringstid hade jämfört med ’brute force’-implementationen och jämfört med varandra. Det utfördes ett antal olika experiment på algoritmerna med ett antal olika inställningar för att kunna utvärdera hur de presterar i olika situationer. Dessa inställningar var t.ex. antalet boids, deras hastighet och hur långt de kunde se. Resultatet visade att Sweep and prune presterade bäst med en liten mängd boids medans de andra algoritmerna kom ikapp och presterade bättre när antalet objekt ökade, då Kd-tree presterade bäst överlag. Studien kan vara till hjälp med att välja vilken bred kollisionsdetekteringsalgoritm som kan tänkas implementeras för en applikation.

Rörelseigenkänning (motion capture) med optiska mätsystem används i flera applikationer för översättning av positioner i det fysiska rummet till det virtuella. I det här arbetet approximeras den snittvolym som motsvarar vad två eller fler kameror ser i ett sådant optiskt mätsystem. Volymen approximeras med en octree-datastruktur som lagrar information om kvalitet för individuella delar i volymen. Datastrukturens associerade kvalitetsmått används i kombination med ett vinkelmått i ett senare delsteg för att optimera fram en kamerauppsättning med en genetisk algoritm. Volymapproximeringens konstruktion implementerades i C++ och den genetiska algoritmen använder specialiserad överkorsning och initiering. Genomet är utformat så att problemdomänen begränsas till det aktuella problemet. Resultatet av optimeringen visar att vidareutveckling är nödvändig och lösningarna som optimerats fram var inte tillräckliga. Potentiella framtida arbeten innefattar fortsatt utveckling av nuvarande kvalitetsmått, samt vidare jämförande studier av volymapproximeringen.