Dynamic Real-Time Deformations using Space and Time Adaptive Sampling
Résumé
This paper presents the first robust method for animating dynamic visco-elastic deformable objects that provides a guaranteed frame rate. The approach uses an automatic space and time adaptive level of detail technique, in combination with a large-displacement (Green) strain tensor formulation. The body is hierarchically partitioned into a number of tetrahedral regions and mass samples. The local resolution is determined by a quality condition that indicates where and when the resolution is too coarse. As the object moves and deforms, the sampling is refined to concentrate the computational load into the regions that deform the most. Our model consist of a continuous equation solved using a local explicit finite element method. We demonstrate that our adaptive Green strain tensor formulation virtually suppresses unwanted artifacts in the dynamic behavior, compared to adaptive mass-spring and other adaptive approaches. In particular, damped elastic vibration modes are shown to be nearly unchanged for several levels of refinement. Results are presented in the context of a virtual reality system. The user interacts in real-time with the dynamic object (such as a liver) through the control of a rigid tool, attached to a haptic device driven with forces derived from the method.
Nous présentons une méthode robuste pour calculer les déformations dynamiques d'objets visco-élastiques, avec une garantie de temps-réel. L'idee maîtresse est d'utiliser une adaptation automatique, dans le temps et dans l'espace, du niveau de détail à laquelle la simulation est calculée, en combinaison avec un modèle élastique autorisant les grands déplacements (tenseur de Green). Le corps déformable est divisé en une hiérarchie de maillages tétrahédraux, du plus grossier aux plus fin. La résolution locale des calculs est déterminée par un critère de qualité qui nous dit quand et où raffiner ou déraffiner le modèle. Lors des déformations, la puissance de calcul se concentre ainsi tout naturellement sur les régions ou les déformations sont les plus grandes. Notre modèle repose sur une équation de l´elasticité des milieux continus, intégrée en utilisant une méthode d'éléments finis explicites. Nous avons montré expérimentalement que notre simulation adaptative basée sur le tenseur de Green supprime les artéfacts du comportement dynamique qui pouvaient être observés lorsque la même méthodologie était appliquée à d'autres modèles (masses-ressorts, tenseur de Cauchy, etc). En particulier, les modes de vibration du matériau semblent sensiblement les mêmes à tous les niveaux de résolution, ce qui s'est révélé indispensable pour faire fonctionner le modèle. Nous présentons nos résultats dans le contexte d'un système de réalité virtuelle ou l'utilisateur intéragit avec l'objet via un outil rigide, contrôlé par une interface à retour d'effort.
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