ORIGAMI

L'équipe ORIGAMI du LIRIS est une équipe dédiée à l'informatique graphique et couvre largement les aspects de cette discipline, à travers notamment trois thèmes principaux : la géométrie, la simulation et le rendu. En géométrie numérique, nos travaux concernent le développement d'algorithmes d'analyse et de création de maillages, nuages de points, surfaces digitales et les formes procédurales pour les mondes virtuels. En simulation, nous développons des modèles de déformation et de fluides, ainsi que leur discrétisation. Finalement, en rendu, nous nous intéressons principalement aux problématiques de simulation de l'éclairage, de l'échantillonnage, de la réalité virtuelle et de la perception.

Thématique “maillages dynamiques”

Déformer des maillages de manière dynamique est un enjeu en informatique graphique depuis de nombreuses années. Il s’agit de reproduire de manière réaliste le comportement de phénomènes naturels plus ou moins complexes avec une contrainte d’interactivité forte. D’un point de vue scientifique, il s’agit de proposer de nouveaux systèmes permettant de décrire la topologie/géométrie des objets ainsi que d’y associer des propriétés physiques afin de reproduire leurs déformations/mouvements au cours du temps.

La représentation géométrique des objets est généralement basée sur l’emploi d’un modèle décrivant l’objet comme un ensemble d’éléments. La complexité du calcul des déformations est alors proportionnelle au nombre d’éléments contenus dans ces modèles. C’est pourquoi, il est intéressant d’utiliser des modèles dits mixtes, c’est-à-dire ayant des éléments de géométrie/topologie/taille différentes, qui puissent évoluer dynamiquement selon les besoins du calcul (raffinement dans les zones d’intérêt, dé-raffinement, découpe de l’objet, etc.). Il s’agit alors d’assurer la convergence des méthodes de calculs employées et la qualité des éléments au cours de la déformation, et de veiller à ce que le modèle généré soit compatible avec les besoins de la déformation en temps interactif.

Les membres de l’équipe Origami impliqués dans cette thématique souhaitent travailler sur ces différents aspects afin de proposer de nouvelles approches permettant des déformations de maillages complexes en temps interactif reproduisant différents phénomènes. Nous nous distinguons par le souhait de proposer un modèle générique permettant de représenter à la fois la topologie/géométrie de l’objet ainsi que ses propriétés physiques avec une évolution des éléments du modèle au cours de la déformation en fonction de critères géométriques/topologiques/physiques. Cette représentation doit également permettre une parallélisation (CPU/GPU) des algorithmes afin de gagner en temps de calculs, c’est-à-dire qu’une version parallèle de ce modèle sera également proposée. Le modèle proposé pourra alors être employé dans d’autres thématiques de l’équipe Origami comme le rendu / visualisation à différents niveaux de résolution.

Présentations

• Simulation d’objets déformables en temps réel pour la conception de simulateurs pour l’apprentissage des gestes des médecins - Florence Zara - Slides.

  La formation médicale repose majoritairement sur l'observation plutôt que sur de la pratique car l'apprentissage réalisé directement auprès du patient pose des problèmes éthiques voire médicaux-légaux. Or la dextérité nécessaire au maniement des outils chirurgicaux nécessite de la pratique. L'emploi de systèmes d'entrainement basés sur de la simulation peut alors constituer une réponse à ce problème de formation. Le challenge que nous essayons ainsi de relever consiste à proposer des simulations restituant un comportement réaliste des organes et cela en temps interactif. C'est-à-dire que nous ne recherchons pas une précision absolue du comportement biomécanique des tissus mous, mais à partir d'une connaissance théorique nous essayons de simplifier les simulations pour diminuer leur temps de calcul tout en conservant un comportement global pertinent pour une intégration dans un simulateur d'apprentissage de gestes médicaux.

• Simulation d'images de perfusion cérébrale basée sur la dynamique des fluides numérique (Master effectué au sein du laboratoire Créatis) - Méghane Decroocq - Slides.

  L'IRM de perfusion est une imagerie 4D (3D + temps) qui permet, grâce à l'injection d'un agent de contraste, d'obtenir des informations locales sur l'écoulement sanguin. Cette modalité d'imagerie est utilisée en cas d'accident vasculaire ischémique cérébral afin d'identifier les tissus nécrosés et sous-perfusés et prédire l'évolution de la pathologie. Pour effectuer cette tâche de prediction/classification à partir des images, il y a eu récemment un intérêt croissant pour l'utilisation de l'apprentissage automatique (deep learning). Cependant, l’apprentissage automatique est limité par la quantité limitée de données, la quantité insuffisante d’annotations et le déséquilibre entre les classes. L'objectif de ce stage (et de la thèse) est de produire des images de perfusion cérébrale simulées avec un bon réalisme spatial, en combinant des informations sur la geometrie du réseau vasculaire cérébral ainsi que des modèles physiques d'écoulement de fluide.

• Simulateur pour l’apprentissage de la ponction sous échographie - ou comment générer une image avec un rendu échographique en temps réel - Charles Barnouin - Slides.

  Nous présenterons une méthode de rendu échographique temps réel d'une scène 3D, basée sur GPU. Cette méthode permet de découper les objets 3D pour créer à la volée des surfaces 2D qui dépendent de la position de la sonde échographique, puis de travailler sur ces surfaces pour produire les différents effets qui apparaissent sur une image échographique : ombres et réflexions, absorption, granularité et orientations des fibres des tissus biologiques. À notre connaissance, ce dernier effet n'a jamais été présenté dans un simulateur de génération d'images échographiques temps réel.

• Travaux autour des maillages - Fabrice Jaillet (projet ECOS) et Vincent Vidal (projet GenSim) - Slides.

  Nous présenterons des travaux complémentaires en simulation physique des objets déformables et la génération et adaptation des maillages utilisés. Nous commencerons par introduire le contexte, et donner les bases nécessaires à la compréhension des enjeux dans ce domaine de recherche, et des contraintes liées à la précision et au besoin d'interactivité des applications plus spécifiques liées à l'apprentissage des gestes médicaux sur simulateur haptique. Nous ferons ensuite un focus sur 2 actions en cours :

  • une méthode de génération de maillage éléments mixtes. Développée en collaboration avec le Chili (projet ECOS-Sud), cette technique s'appuie sur une décomposition de type quadtree/octree. On montre comment on s'affranchit de la construction de l'arbre pour proposer une structure optimisée pour la création d'un maillage quad ou hex dominant, avec gestion des transitions avec des éléments mixtes pour fournir un maillage conforme. Cette structure permet également de raffiner localement et efficacement un maillage existant, en exploitant la notion de voisinage. La subdivision des mauvais éléments est guidée par les résultats de la simulation physique. On montrera aussi des premiers résultats de parallélisation de la méthode.

  • une autre approche développée au LIRIS dans le cadre d'un projet transverse GenSim, pour le raffinement a posteriori de maillages triangulaires et tétraédriques. Ici, on s'intéresse à la meilleure stratégie de remaillage, en cherchant la meilleure combinaison possible d'opérations simples de remaillage, selon le problème à simuler et donc selon des critères géométriques, mais surtout physiques. On définira au passage la notion de qualité d'un élément, estimation de l'erreur et courbes de convergence.

• Étude comparative de l’impact d’un codage à précision variable sur des données de simulation en géosciences - Lauriane Bouard (doctorante, IFP Energies nouvelles, Sophia Antipolis - Slides

  Le volume des données scientifiques produites par simulation numérique est en augmentation croissante. Cette volumétrie incite depuis peu la communauté à employer des méthodes de compression à précision variable. Si l’usage de données scientifiques comprimées peut atténuer les problèmes croissants de stockage primaire, il peut également jouer d’autres rôles à différentes étapes du workflow pour améliorer les performances des outils de calculs, limités notamment en capacité mémoire et en bande passante. Néanmoins ce type d’approche ne doit pas se faire au détriment de la qualité de la simulation. L’étude présentée ici analyse l’impact d’un codage à précision variable (obtenu par combinaison d’un compandeur, d’une transformée en ondelette et d’un codage par arbre-zéro (zerotree)) sur des données de simulation issues des géosciences. Cette approche, dont les premiers résultats ont été publiés par Bouard et al (2019) [1], est validée par une étude comparative (avec deux encodeurs référents utilisés dans différents domaines scientifiques) selon différentes métriques objectives corrélées à la validation subjective de la simulation. Cette démarche s’inscrit dans la suite HexaShrink (Peyrot et al. 2019 [2]), un outil de décomposition multi-échelle pour les maillages géosciences, intégrable à un workflow de simulation.

  [1] Bouard, L., Duval, L., Preux, C., Payan, F., and Antonini, M. (2019). Refinable-precision in mesh compression for upscaling and upgridding in reservoir simulation with HexaShrink. In 2019 Ring Meeting. ASGA.

  [2] Peyrot, J.-L., Duval, L., Payan, F., Bouard, L., Chizat, L., Schneider, S., and Antonini, M. (2019). HexaShrink, an exact scalable framework for hexahedral meshes with attributes and discontinuities: multiresolution rendering and storage of geoscience models. Comput. Geosci. DOI https://doi.org/10.1007/s10596-019-9816-2

• Une année au Brésil - Fabrice Jaillet

• Groupe de travail - maillage - simulation : réflexion autour de nos thématiques - notamment sur les travaux en cours entre Fabrice / Vincent / Guillaume / Florence

Calendrier 2019-2020

Monday 04 11 2019	Attention (créneau pour remplacer le 11/11) - Réunion à 15h30 à la suite de la réunion du thème « Perception »
	Travaux de Florence Zara (autour des thèses encadrées avec Fabrice/Guillaume) - Simulation d’objets déformables en temps réel pour la conception de simulateurs pour l’apprentissage des gestes des médecins
Monday 02 12 2019	Présentation de Méghane Decroocq - Master effectué au sein du laboratoire Créatis
Monday 06 01 2020	Réunion annulée
Monday 27 01 2020	Présentation de Charles Barnouin - Simulateur pour l’apprentissage de la ponction sous échographie - ou comment générer une image avec un rendu échographique en temps réel
Monday 17 02 2020	Présentation de Fabrice Jaillet autour des maillages (projet ECOS)
Monday 09 03 2020	Présentation de Vincent Vidal autour des maillages (projet GenSim)
Monday 30 03 2020	Réunion annulée
Monday 20 04 2020	Groupe de travail - maillage - simulation : réflexion autour de nos thématiques - notamment sur les travaux en cours entre Fabrice / Vincent / Guillaume / Florence
Monday 11 05 2020	Réunion annulée
Monday 01 06 2020	jour férié - pas de réunion
Monday 22 06 2020	Présentation de Lauriane Bouard (doctorante, IFP Energies nouvelles, Sophia Antipolis)

Pour les dates suivantes, le planning sera rempli au fur-et-à-mesure : l’idée est également d’utiliser ces créneaux pour faire des groupes de recherche sur nos thématiques

2020-07-13:

???: Présentation de Fabrice Jaillet sur les recherches effectuées durant une année au Brésil

Soutenances de Masters, Thèses, HDRs

2020-05-07: Thèse de Charles Barnouin

2020-10-19: HDR de Florence Zara

Galerie