Déformation interactive de papier virtuel

Interactive deformation of virtual paper

• Auteur / Autrice : Camille Schreck
• Direction : Stéfanie Hahmann, Damien Rohmer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Informatique
• Date : Soutenance le 24/10/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Jean Kuntzmann (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Lévy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Francis Bloch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maud Marchal, Bernhard Thomaszewski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Animation par ordinateur

Déformations (mécanique)

Modèles mathématiques

Papier

Mots clés libres

Modélisation

Animation

Papier

Interactivité

Modeling

Animation

Paper

Interactivity

Résumé

Le papier est un matériau très commun que l'on manipule quotidiennement. Pourtant on ne le trouve que rarement dans les environnements 3d. En effet, à cause de sa structure fibreuse, le papier, de même que le son qu'il produit, présente un comportement complexe qui se révèle difficile à reproduire avec les méthodes habituelles. En particulier, la surface du papier reste constamment isométrique à son patron 2D et peut se froisser ou se déchirer, créant ainsi de fins détails géométriques. Lorsqu’il se déforme, le papier produit également un son très caractéristique qui dépend fortement de la géométrie adoptée par la surface.Dans cette thèse, nous proposons de combiner une simulation physique usuelle avec de nouvelles méthodes, procédurales ou géométriques, de façon à tirer parti de connaissances préalables afin de modéliser la surface et le son d'une feuille de papier manipulée virtuellement. Plutôt que d'obtenir des résultats précis au sens physique, nous cherchons à reproduire un comportement plausible du papier, permettant ainsi à un utilisateur de créer interactivement des animations de papier virtuel.Nous nous concentrons dans un premier temps sur le cas du papier froissé. Pour cela, nous entrelaçons une étape de simulation physique avec une étape de remaillage géométrique qui adapte le maillage aux plis du papier froissé, exploitant pour cela la dévelopabilité du papier.Nous tirons ensuite profit de ce modèle pour développer une méthode permettant de déchirer du papier virtuelle en temps réel. Nous utilisons les informations sur la géométrie fournie par l'étape de remaillage pour trouver les points pouvant potentiellement être les points de départ d'une déchirure. Nous proposons aussi une nouvelle approche hybride, à la fois physique et géométrique, pour déterminer la direction général de propagation tout en créant de façon procédurale les détails du tracé d'une déchirure en utilisant une texture représentant la répartition des fibres.Enfin, nous proposons une génération de sons de papier, à la fois plausible, dépendant de la forme de la surface et qui s'opère en temps réel. Nous analysons les informations, géométriques et dynamiques, données par le modèle d'animation pour détecter les événements produisant du son et calculer les régions dans lesquelles le son résonne. Le son résultant est synthétisé à l'aide de sons pré-enregistrés et d'une génération procédurale, de façon à tenir compte de géométrie de la surface et sa dynamique.

Although paper is a very common material in our every-day life, it can hardly be found in 3d virtual environments. Indeed, due to its fibrous structure, paper material exhibits complex deformations and sound behaviour which are hard to reproduce efficiently using standard methods. Most notably, the deforming surface of a sheet of paper paper is constantly isometric to its 2D pattern, and may be crumpled or torn leading to sharp and fine geometrical features. During deformation, paper material also has very characteristic sound, which highly depends on its complex shape.In this thesis, we propose to combine usual physics-based simulation with new procedural, geometric methods in order to take advantage of prior knowledge to efficiently model the geometry and the sound of a deforming sheet of paper. Our goals are to reproduce a plausible behaviour of paper rather than an entirely physically accurate in order to enable a user to interactively deform and create animation of virtual paper.We first focus on the case of paper being crumpled. We use the developability property of the paper to interleave the physics-based simulation with a geometric remeshing step that adapts the mesh with the fold and the sharp creases of crumpling paper. We obtain an interactive model able to reproduce the main features of crumpling paper.We then take advantages of this model to develop of method for tearing paper in real-time. We use the geometric information provided by the remeshing step of the model to detect potential starting points of tears, and propose a new hybrid, geometric and physical, method to find their general direction of propagation while creating procedurally the details of the tearing path using a fibres' texture.Finally, we propose to generate a plausible shape-dependant sound of the paper at run-time. We analyse the geometric and dynamic information provided by the model to detect sound-producing events and compute the regions in which the sound resonate. The resulting sound is synthesized from both pre-recorded sounds and procedural generation taking into account the geometry of the surface and its dynamics.