Simulation d'écoulements liquides sur des surfaces solides pour l'animation en synthèse d'images

Discipline

Informatique

Classification

Informatique

Mots-clés libres

simulation numérique, infographie, temps réel (informatique), réalité virtuelle, phénomènes naturels

Mots-clés

Infographie - Thèses et écrits académiques,

Gouttes - Simulation par ordinateur - Thèses et écrits académiques,

Temps réel (informatique) - Thèses et écrits académiques,

Navier-Stokes, équations de -- Solutions numériques - Thèses et écrits académiques

Dans le domaine de la synthèse d'images où une branche se focalise sur la reproduction du réel par ordinateur, les phénomènes naturels (tels que le vent, l'océan, le feu et la fumée) occupent une place importante dus à leurs omniprésences dans la nature et donc dans la vie de tous les jours. Le phénomène des gouttes n'est pas exempt de cet intérêt, ces faibles quantités de liquide se manifestant au quotidien sous diverses formes (la rosée, la pluie, jet de douche, chute d'un glaçon dans une cocktail etc.). En dépit de la faible échelle à laquelle ce phénomène intervient, le phénomène des gouttes ne peut être négligé en synthèse d'images si perception, photo-réalisme ou immersion est de rigueur. Un flot de gouttes se comporte de fa¸con étonnamment complexe, la forme ainsi que le mouvement adoptés par une une goutte étant riches en possibilités et souvent décrit comme difficilement prévisible. Dans le cadre de cette thèse, deux méthodes pour l'animation de gouttes en synthèse d'images ont été explorées. Afin de cerner au mieux le phénomène des gouttes et recenser ses caractéristiques prédominantes d'un point de vue phénoménologique, une étude physique préalable (succincte pour un physicien mais suffisante pour l'infographiste) a été nécessaire. A partir de la compréhension du phénomène au sens de la physique ainsi que de l'analyse de précédentes méthodes en relation avec la simulation d'un flot de gouttes pour la synthèse d'images, des limitations ont pu être dégagées pour donner lieu au développement de deux méthodes distinctes conceptuellement et dans leur intérêt. La première méthode est une méthode empirique temps-réel pour l'animation de faibles écoulements liquides évoluant sur une surface plane. La principale motivation derrière cette méthode a été le niveau de performance, qui en conséquence nous a amené à effectuer des choix quant au degré de complexité de de complétude de la prise en compte du phénomène. Cette approche est destinée à intégrer des applications plus générales où les performances priment sur le réalisme comme c'est le cas dans un simulateur de conduite ou dans un jeu vidéo. Afin de simuler de fa¸con plus convaincante et réaliste le phénomène des gouttes, une seconde méthode basée physique a été explorée. Comme il est généralement le cas en synthèse d'images, ce type d'approche permet d'obtenir des résultats de grandes qualités mais en temps différé du à leurs complexités. En s'inspirant des travaux du domaine de la physique numérique (fortement actif et d'intérêts variés) tout en partant d'une analyse rigoureuse de l'unique méthode basée physique pour l'animation de gouttes sur des surfaces en synthèse d'images, on propose dans cette seconde méthode de lever certaines limitations en rapport tant avec les complexités calculatoire et mémoires qu'avec la justesse phénoménologique des résultats visuels. On clˆoturera ce manuscrit en présentant les perspectives qu'ont engendrées le développement de ces deux méthodes respectives en présentant de futurs pistes de recherche.