Nouvelles approches pour la modélisation et la déformation des caractéristiques des surfaces en mouvement d'un objet 3D : Application aux personnages virtuels

Abstract

Réaliser une déformation visuellement plausible d'un objet 3D, comme par exemple un modèle du corps humain et les vêtements, est une étape importante dans le processus d'animation, que ce soit pour des productions de jeux vidéo ou de films d'animation 3D. Parmi les méthodes les plus utilisées on trouve les déformations géométriques rapides telles que l'enrobage (skinning) et les méthodes physiques à basse résolution. Cependant, ces méthodes ne permettent pas de simuler certains aspects naturels et essentiels de la surface de l'objet. En particulier la préservation du volume du corps, l'effet du gonflement de la peau au niveau des articulations de la main virtuelle, le positionnement sans pénétrations d'un vêtement sur le corps d'un personnage, ou la création de plis sur la surface des vêtements portés par un personnage animé. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de modélisation et déformation des modèles 3D. De nouvelles méthodes de déformation de tissu (vêtement et peau) ont été proposées. Ces méthodes permettent de rendre la surface des modèles plus active et réaliste, en modélisant un certain nombre de contraintes de la surface portant sur les caractéristiques du volume ou sur les détails intrinsèques de celle-ci. Les principales contributions proposées dans cette thèse sont : • Premièrement, nous avons proposé une nouvelle méthode de génération de plis pour des vêtements portés par un personnage. Nous avons utilisé pour cela une déformation du maillage du vêtement à l'aide d'une représentation implicite basée sur les fonctions à base radiale d'Hermite (HRBF). Le processus de génération de plis est effectué avec des courbes tracées dans les régions qui présentent une forte déformation du maillage. • Deuxièmement, nous avons proposé une méthode de positionnement de vêtements sur des modèles de corps humain ayant différentes formes et postures. Cette méthode ne nécessite aucun modèle de référence et elle est basée sur l'idée d'établir une correspondance entre le corps humain et le maillage du vêtement. Cette correspondance est réalisée avec la déformation du vêtement basée sur l'approximation des fonctions à base radiale d'Hermite (HRBF). • Troisièmement, nous avons proposé une méthode de déformation implicite basée sur le suivi du maillage à l'aide des formes volumétriques. Cette contribution a pour objectif de surmonter les défauts de l'enrobage standard (LBS et DQS), en ajoutant une étape de post-traitement qui consiste à corriger les positions des sommets du maillage déformé. La correction des positions est effectuée à l'aide des formes volumétriques considérées comme guides de déformation. Nos différentes approches ont été évaluées à l'aide des simulations détaillées avec différents modèles, scènes d'animation, et comparaisons avec d'autres méthodes. Les avantages de ces approches dans le domaine de modélisation et de déformation sont multiples et bien dégagés, et les résultats obtenus sont très satisfaisants.