Simuler n'importe quelle surface ou structure 3-D, des feuilles d'arbres et des vêtements aux pages d'un livre, est un défi de calcul, tâche chronophage. Alors que divers outils géométriques sont disponibles pour imiter la modélisation de la forme de ces surfaces, une nouvelle méthode permet également de calculer et d'activer la physique (mouvement et distorsion) de la surface et le fait de manière intuitive et avec des résultats réalistes.

Des chercheurs d'Inria, l'Institut national français d'informatique et de mathématiques appliquées, ont développé un nouvel algorithme qui calcule la forme de la surface au repos, C'est, sans aucune force extérieure, et lorsque cette forme se déforme sous l'effet de la gravité, contact et frottement, il correspond précisément à la forme que l'utilisateur a conçue.

"Imaginez que vous vouliez créer un vêtement fantaisie sur un personnage en 3D. Avec notre méthode, vous pouvez librement concevoir ce vêtement directement en 3-D, autour du personnage. Vous n'avez pas à vous soucier de la physique, mais juste à propos de la forme, y compris les plis et les rides, que vous aimeriez voir au stade final, " explique Florence Bertails-Descoubes, directeur scientifique des travaux et chercheur à l'INRIA. "Une fois que vous avez terminé la modélisation, notre algorithme convertit automatiquement le tissu géométrique en tissu physique."

Les utilisateurs dessinent ou conçoivent n'importe quelle surface 3D en utilisant leurs outils géométriques préférés et peuvent ensuite se tourner vers la nouvelle méthode de calcul pour convertir la surface en un objet physique, et un qui peut ou non entrer en contact avec d'autres surfaces. Bertails-Descoubes a collaboré aux travaux avec son doctorat. les étudiants Mickaël Ly et Romain Casati et les collègues d'Inria Melina Skouras et Laurence Boissieux, et l'équipe sera présente au SIGGRAPH Asia 2018 à Tokyo du 4 au 7 décembre. La conférence annuelle présente les membres techniques et créatifs les plus respectés dans le domaine de l'infographie et des techniques interactives, et met en valeur la recherche de pointe en science, de l'art, jeux et animations, entre autres secteurs.

De nombreux outils géométriques existent pour effectuer une modélisation précise des formes avec une flexibilité donnée à l'utilisateur. Compte tenu de l'exemple de la modélisation de vêtements autour d'un personnage en 3D, la méthode des chercheurs fournit un moyen plus simple pour les vêtements d'imiter le mouvement sur le personnage animé, calcul automatique de la gravité et du contact de friction avec un corps externe.

"Par exemple, si un utilisateur dessine une jupe 3D sur un personnage animé, notre méthode rétrécira automatiquement la forme du reste et la resserrera à la taille, pour compenser la gravité qui « veut » tirer l'article vers le bas, " note Bertails-Descoubes. La méthode de l'équipe permet également aux utilisateurs de modifier les propriétés physiques du vêtement conçu, c'est-à-dire en le faisant en lin au lieu de coton. À son tour, le tissu se comportera différemment, paraissant plus doux, par exemple, pour le coton léger et semblera avoir moins de friction avec le corps.

Les scientifiques notent que « la difficulté majeure de ce genre de problème inverse vient du fait qu'il est fortement non linéaire. Cette complexité est notamment exacerbée par la présence de contact et de frottement sec, ce qui n'a jamais été explicitement pris en compte dans les études précédentes. Il est donc difficile de concevoir un algorithme robuste capable de trouver une forme de repos valide pour une grande variété de scénarios différents. »

Les chercheurs ont fourni plusieurs exemples dans le document, présentant les performances de leur algorithme sur des conceptions animées en 3D. Le document comprend deux exemples de chapeaux – notés « chapeau de disquette » et « béret » – qui sont posés sur une tête humaine par contact et friction. Sans la méthode d'inversion des chercheurs, le floppy hat s'affaisse, perdant complètement son style d'origine et couvrant en partie le visage du personnage animé. En revanche, après avoir exécuté le nouvel algorithme, le chapeau conserve son style original et bascule de manière réaliste avec le mouvement du personnage. L'exemple du béret a produit des résultats réalistes similaires après avoir appliqué la méthode de l'équipe :le béret est resté correctement gonflé et posé sur la tête. Lorsque « vent » est appliqué à la conception, le béret glisse avec le mouvement mais ne tombe pas complètement de la tête, illustrant la capacité de l'algorithme à simuler de manière réaliste la physique impliquée.

Dans les travaux futurs, l'équipe se concentrera sur l'accélération du fonctionnement de son algorithme et son adaptation à la création de modèles de vêtements réels.