Coulées de Lave Animées

Dan Stora, Pierre-Olivier Agliati, Marie-Paule Cani , Fabrice Neyret , Jean-Dominique Gascuel


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Sommaire

  Objectif et cadre
  Quelques résultats

  Animation par "modèles physiques" des coulées
  Géométrie à grande échelle de la surface
  Rendu de la croute de lave

  Publications et travaux connexes




Objectifs et cadre

  La réalisation d'effets spéciaux purement numériques pose un nouveau défi à la synthèse d'images : il s'agit de pouvoir modéliser et animer des phénomènes naturels complexes, tout en offrant à la fois des temps de calcul acceptables et un bon réalisme visuel.
  L'animation de coulées de lave donne un exemple intéressant de cette complexité: la lave est en effet un liquide visqueux dont la viscosité et l'aspect de surface changent en fonction de la température, cette dernière pouvant être calculée en simulant les transferts de chaleur. De plus, le modèle proposé doit être capable de rendre compte de phénomènes d'échelles très différentes, du calcul de la trajectoire de la coulée sur un modèle numérique de terrain à la modélisation de la solidification progressive de la croûte.
  Notre approche consiste à utiliser deux échelles complètement différentes pour calculer d'une part le mouvement et les déformations de la coulée à grande échelle, dus aux interactions au sein de la coulée et aux collisions avec le modèle numérique de terrain (voir animation de la coulée), et pour représenter les détails de surface de la croute de lave d'autre part (voir rendu de la croute de lave).




Quelques Résultats



Simulation à grande échelle d'une coulée à l'aide de particules


Animation d'une coulée texturée

D'autres images sont visibles dans la section rendu.





Animation par "modèle physique" des coulées

Dan Stora, Pierre-Olivier Agliati, Marie-Paule Cani, Jean-Dominique Gascuel.


  Nous utilisons des 'particules lissées' (SPH) pour calculer l'animation par modèle physique du fluide. Ce modèle, où les particules sont régies par une équation d'état, a été développé par Mathieu Desbrun au cours de sa thèse.
  Nous avons étendu ce modèle afin d'introduire un paramètre de température et de modéliser les transferts thermiques dans le matériau et vers l'extérieur (air, sol).
  La densité de masse est constante, tandis que la viscosité s'accroit exponentiellement lorsque la température décroit.
  Une structure de données spécifique est utilisée pour calculer les forces d'interaction entre particules en temps quasi-linéaire.





Géométrie à grande échelle de la surface

Pierre-Olivier Agliati, Dan Stora, Fabrice Neyret, Marie-Paule Cani.


  Une surface implicite générée par les particules est utilisée pour associer une surface à la coulée.
  La surface implicite est découpée en régions de Voronoï associées à la projection sur la surface des particules de la coulées qui sont proches de l'interface avec l'air ou le sol.





Rendu de la croute de lave

Fabrice Neyret.

Les particules représentent une échelle de l'ordre du mètre ou du décamètre. Pour représenter les échelles inférieures, on realise un habillage en relief, tres detaille mais purement qualitatif, qui ajoute au realisme du mouvement le realisme de l'aspect visuel.

  L'objectif est de figurer une lave d'abord liquide et lisse, qui devient peu a peu plus rugeuse, puis au sein de laquelle apparaissent progressivement des ilots plus rigide (ecume solidifiee), lesquels croissent progressivement par aggregation jusqu'a se joindre. Une fois la croute solidifiee, ces ilots apparaissent comme des grosses pierres convoyees par le fleuve de lave profond, lequel fini par s'arreter quand l'epaisseur de la croute rigide empeche tout mouvement (meme si le coeur reste ductile).

  On choisit d'associer un ilot a chaque particule issue de la simulation du mouvement. Comme on l'a dit plus haut, on definit une surface de l'ecoulement simule', sur laquelle on reprojete les particules de la couche externe. Le diagramme de Voronoi de ces points definit les ilots. Un ilot s'appuie alors sur un ensemble de triangles, dont un cote est au centre de l'ilot (i.e. sur une particule de surface) et les deux autres cotes sont au bord.

rendu d'un ilot de croute (temps réel)

  Il suffit donc de construire une unique primitive de rendu de lave pour tracer ce triangle. Cette primitive comporte une composante analytique, qui modele le profil ideal d'une pierre (haute au centre, basse au bord), et une composante stochastique figurant la rugosite de surface, obtenue a partir d'un bruit de Perlin. Les parametres de ces deux composantes dependent de la temperature, connue aux sommets (la rugosite augmente avec la viscosite, le profil de la pierre apparrait progressivement). La contrainte est que ces triangles `en relief' doivent se recoller de facon continue derivable, bien qu'ils soient definis dans des reperes differents.

rendu de coulées de lave




Publications et travaux connexes

Animating Lava Flows.
D. Stora, P.O. Agliati, M.P. Cani, F. Neyret & J.D. Gascuel.
Graphics Interface'99, Kingston, Canada, jun 1999.


Travaux sur la texturation par domaines triangulaires avec contraintes de continuité:

Pattern-based Texturing Revisited.
F. Neyret and M.P. Cani
SIGGRAPH 99, aug 1999.


Travaux sur l'animation de matériaux très déformables:

Simulating Landslides for Natural Disaster Prevention.
J.D. Gascuel, M.P. Cani, M. Desbrun, E. Leroy & C. Mirgon.
9th Eurographics Workshop on Computer Animation and Simulation, sept 1998

Smoothed Particles: A new paradigm for animating highly deformable bodies.
M. Desbrun & M.P. Cani-Gascuel.
6th Eurographics Workshop on Animation and Simulation'96, Poitiers, France, sept 96.