Modification de formes à l'aide de systèmes immersifs de type CAVE

Shape modification through immersive CAVE-like systems

• Auteur / Autrice : Youna Le Vaou
• Direction : Jean-Claude Léon, Stéfanie Hahmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et informatique
• Date : Soutenance le 10/06/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• 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 : Rémi Ronfard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franca Giannini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Daniel, Géraldine Morin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Réalité virtuelle

Design interactif

Mots clés libres

Modification de formes

Lignes de style

Cave

Design

Réalité virtuelle

Arap

Shape modification

Feature lines

Design

Cave

Virtual reality

Arap

Résumé

La conception du design d’un objet peut être vue comme l’exploration par un designer de son « Espace Mental de Formes », espace contenant l’ensemble des formes acceptables pour le produit. Cette exploration se fait notamment lors de séances de revues de Design, organisées, dans l’industrie automobile, autour de croquis, mais surtout de maquettes physiques, puis numériques, et aujourd’hui régulièrement en réalité virtuelle. Cette technologie a l’avantage de pouvoir montrer le produit à taille réelle, avec une notion de profondeur, en économisant le coût et le temps de fabrication d’une maquette physique. Cependant, à l’heure actuelle, il n’est pas possible de modifier la forme de l’objet directement en réalité virtuelle, limitant les retours à des propositions données à l’oral. Nous proposons un outil de modification de formes immersif et accessible sans expertise en modélisation, car les séances de revues de Design regroupent des personnes de différentes formations. Nous nous concentrons sur deux types de modifications : globale sur la surface, ainsi que plus locale sur les lignes de style.Pour rester dans l'Espace Mental de Formes, il s'agit de ne pas perdre le style initial de l'objet. Nous nous inspirons des méthodes basées sur ARAP (As-Rigid-As-Possible Surface Deformation), connues pour préserver autant que possible la forme initiale, tout en offrant une manipulation directe, avec des résultats probants sur des formes organiques. Ces méthodes se révèlent cependant moins adaptées pour les objets fabriqués : en faisant le lien avec la mécanique des structures, nous montrons que cela est dû à un comportement type membrane, provoquant des artefacts indésirables pour les formes automobiles.Pour contrôler l'évolution de ces formes, tout en assurant un comportement prévisible pour la déformation, nous poursuivons l’analyse mécanique : celle-ci nous permet d’avancer que l’introduction d’un modèle plus général de distribution de la raideur de la membrane améliore le contrôle de la déformation de la forme. Ainsi, nous modifions les poids utilisés dans ARAP, et montrons que ce changement équivaut mécaniquement à changer le matériau en un matériau linéaire anisotrope, et plus particulièrement orthotrope, dont les directions privilégiées sont définies de telle sorte à préserver le style initial de l’objet. Cette méthode s’avère également efficace pour la modification de ligne de style, et nous l’adaptons pour qu’elle convienne aussi aux modifications dans le plan de la surface. Des exemples sur des maquettes issues de l’industrie automobile illustrent nos contributions.

The design creation of an object can be seen as the exploration of a Designer's "Mental Shape Space", supported by Design Review sessions. In the automotive industry, these sessions are organized around sketches, physical or digital mock-ups, and nowadays frequently in Virtual Reality. This technology has the advantage to show the product at real scale, while being more time and cost-effective compared to physical mock-ups.However, it is currently not possible to modify the shape directly in the Virtual Reality environment. This limitation restricts the interaction to verbal feedbacks.We propose an immersive modification tool that does not require any modelling expertise, as Design Reviews gather people from different backgrounds. We focus on two types of modifications: global, on the whole surface, and more local, on feature lines.To stay in the Designer's Mental Shape Space, we aim at preserving the initial style of the object. Our method is based on ARAP (As-Rigid-As-Possible) methods, known to preserve the initial shape, while offering an intuitive direct manipulation. However, these methods are too organic for man-made shapes. Through a mechanical analysis, we show that ARAP-based methods rely on a membrane behavior, causing artifacts on automotive shapes.To control the modification of these shapes, while providing a predictable behavior for the deformation, we go on with the mechanical analysis. This let us state that a more appropriate stiffness distribution improves the control of shape deformation. Thus, we modify ARAP weights and relate it to the material properties. We show that this modification can be seen as turning the material into an anisotropic linear material, and more specifically, an orthotropic material whose principal directions are defined to preserve the initial style of the object. This method proves to be also effective on feature line deformations, and we adapt it to in-plane modifications. Examples on meshes from the automotive industry illustrate our contributions.