L’animation et la simulation s’intéressent à la modélisation du mouvement en informatique graphique et réalité virtuelle avec deux points de vue très actifs et complémentaires :

1. la modélisation et synthèse du mouvement
2. son analyse.

Dans notre domaine, mouvement signifie le déplacement des objets, mais aussi leur déformation, lorsqu’il s’agit d’objets “mous” par exemple, ou d’objets articulés comme des personnages, et leurs transformations au cours du temps (rupture, fracture, recombinaison…).

• Responsables: Caroline Larboulette (IRISA, Univ. Bretagne Sud) et Nicolas Castagné (ICA, Grenoble)
• Mots-clés : Animation, simulation, image et temps, synthèse et capture du mouvement, modèles comportementaux, modèles physiques …

Le groupe de travail Animation - Simulation regroupe des chercheurs ayant des activités en lien avec la modélisation du mouvement. Ce mouvement peut être totalement fictif ou lié à la reproduction d’un phénomène naturel. Les objets de recherche sont les phénomènes naturels, les mouvements d’objets, les actions temporelles ou les évolutions de modèles. Les recherches dans ce domaine peuvent s’organiser autour des deux axes complémentaires que sont l’analyse et la synthèse du mouvement.

La synthèse du mouvement commence par l’évaluation, au cours du temps, dans une boucle d’animation, de l’évolution numérique des paramètres des modèles utilisés. Les principaux enjeux sont ensuite de donner forme aux phénomènes modélisés pour en faire un rendu visuel et/ou sonore convaincant. L’évaluation de la manière dont le mouvement, et les phénomènes qui y sont liés, sont perçus est importante.

L’analyse vise à comprendre un phénomène naturel engendrant un mouvement (comme celui des vagues ou du vent faisant tourbillonner des feuilles ou encore celui généré par la marche, etc.). A partir de cette analyse, les chercheurs essayent de définir des modèles mathématiques, géométriques et physiques de ce qui est observé. Plusieurs aspects peuvent être pris en compte pour orienter le choix des modèles :

• La recherche du réalisme qui peut aller d’un réaliste crédible permettant de donner l’illusion de la réalité aux spectateurs – c’est le cas pour le jeux vidéo ou le cinéma – jusqu’à un réalisme prédictif pour les simulations les plus précises comme celles utilisées dans le contrôle d’application en réalité augmentée.
• Les temps de calcul interviennent également dans ces choix. Une grande partie des travaux de ce GT vise à produire des animations ou simulations pouvant être calculées en temps réel ou en temps interactif. Les paramètres doivent donc être choisis en fonction de l’importance qu’ils ont pour le réalisme du phénomène et des temps de calcul nécessaires à leur évaluation à chaque pas de temps.
• Les interactions avec les modèles animés sont également importantes. Une grande part des travaux de la communauté cherche à permettre à l’utilisateur d’intervenir dans la simulation, en changeant les paramètres, en déclenchant d’autres phénomènes ou en appliquant des forces modifiant l’équilibre du système. Les modèles doivent donc inclure des paramètres permettant la prise en compte de ces interactions.

Activités scientifiques

Le groupe de travail a des interactions naturelles avec les autres groupes de travail du GDR. Notamment autour des thématiques scientifiques suivantes :

• La modélisation : les modèles qui sont animés, ainsi que leurs environnements, peuvent avoir des géométries et topologies complexes. Les éléments constitutifs de ces modèles doivent stocker les paramètres d’animation et les paramètres physiques qui les concernent. Enfin, pour améliorer les performances des simulations, des approches multi-échelles sont souvent utilisées pour la résolution de problèmes numériques. Ces différentes échelles doivent pouvoir être représentées dans les modèles utilisés. Cela nécessite l’utilisation de méthodes et techniques qui sont également utilisées en modélisation géométrique.
• Le contrôle de l’animation par celui qui la conçoit est également un enjeu majeur. Les animations et simulations sont aujourd’hui utilisées au quotidien, dans des environnements où la productivité des artistes ou techniciens est primordiale. Beaucoup de travaux du groupe de travail s’intéressent ainsi à réduire le nombre de paramètres, à permettre la modélisation d’animations ou de mouvements complexes par des gestes ou des croquis simples et intuitifs.
• La prise en compte des interactions de l’utilisateur sur la scène ou la simulation des interactions entre les objets animés nécessite l’utilisation de méthodes algorithmiques pointues pour la détection des collisions ou la recherche des voisins les plus proches. De même, pour prendre en compte ces interactions, il peut être nécessaire d’adapter la forme ou la topologie des modèles, et par conséquent leurs propriétés physiques, aux besoins de la simulation. Cela intervient, par exemple, dans le cadre de la simulation de découpes, de déchirures ou de phénomènes de fractures.
• Un autre grand enjeu est de faire entrer l’humain dans la boucle d’animation ou de simulation. Pour permettre les interactions naturelles avec un humain, il faut développer des outils pour détecter différents signaux : attitudes, émotions, gestes, etc. Il faut également des outils pour synchroniser les événements liés à la simulation elle-même (interaction entre objets de la scène) ou issus de source externes (capteurs, interactions). Ces problématiques sont proches de celles qui sont étudiées dans les groupes de travail liés à la réalité virtuelle.

Enfin, on peut citer d’autres problématiques scientifiques qui se situent en amont des celles directement étudiées dans ce groupe :

• Concevoir des modèles (mathématiques, physiques, biologiques, etc) avec des lois d’évolution ou de comportement adaptées aux objectifs de la simulation et de l’animation. La complexité ou la précision des ces modèles doit être adaptée aux besoins en terme de réalisme visuel ou physique désiré et en fonction des interactions souhaitées.
• La modélisation de phénomènes dynamiques complexes, pour leur animation, leur simulation ou leur compréhension, comme les flammes, les éclairs ayant une dynamique forte, demande des outils mathématiques ou numériques adaptés.