CE46 - Modèles numériques, simulation, applications

Modélisation par surface implicite pour la fabrication additive – IMPRIMA

Modélisation par surface implicite pour la fabrication additive

Ce projet vise à explorer des représentations géométrique pour la modélisation, la visualisation et le traitement de macro géométrie et de champs de contrôle (multimatériaux et microstructures) dans le pipeline de création pour la fabrication additive.

Objectif

L'objectif principal de ce projet est d'explorer les représentations géométriques pour la modélisation, la visualisation et le traitement de macro géométrie et de champs de contrôle (multimatériaux et microstructures) dans le pipeline de création pour la fabrication additive. Nous prévoyons d'utiliser la méthodologie des volumes implicites pour traiter les deux types de représentations. Nous prévoyons de nous concentrer sur la représentation à base de squelette, une représentation à la fois compacte et expressive, car elle permet de localiser l'influence des primitives implicites dans l'espace, une propriété utile pour traiter des géométrie complexe (que ce soit pour leur visualisation ou tranchage). Lors de la définition des microstructures, un point clé est de s'assurer que certaines propriétés sont vérifiées (imprimabilité, topologie, épaisseur, ...) en travaillant sur la représentation de la microstructure elle-même et/ou sur le champ de contrôle (contrainte sur le gradient des attributs, qu'il soit scalaire ou vectoriel) afin de respecter les exigences des entrées du modèle de microstructure procédurale. En outre, cette recherche vise à une intégration complète et étroite des représentations surfaciques standard et des nouvelles représentations de volumes implicites, permettant le meilleur choix de représentation pour les différentes parties d'un modèle.

Un premier axe de recherche pour ce projet est l'étude des surfaces implicites à base de squelette et plus précisément des surfaces intégrales. Des études théoriques sur les surfaces intégrales nous ont permis d'introduire une nouvelle normalisation des champs scalaires associés, cette normalisation permettant de simplifier le traitement de ces champs. Cela a également conduit à une nouvelle formulation des champs scalaires offrant un contrôle plus large sur la famille de forme pouvant être décrite à partir d’un squelette.

Un deuxième axe de recherche est l'utilisation de structure dynamique des données pour le traitement en espace écran des surfaces implicites. Ceci, combiné à l'étude théorique des surfaces intégrales, permet de visualiser ces surfaces en temps réel.

Un troisième axe de recherche est le contrôle des gradients de matériaux. Nous étudions pour cela des bruits procéduraux permettant la gradation des propriétés dans l'espace, tel que la fréquence (densité de la matière), la direction et la quantité d'anisotropie. Une telle représentation nous permet de développer des microstructures hautement pliables et librement orientables qui s'impriment de manière fiable sur des imprimantes à filament.

Nous avons introduitdes des microstructures hautement flexibles et librement orientables, imprimables demanière robuste sur des machines FDM. Ces structures sont définiesà l’aide d’unnouveau bruit procédural (phasor noise) permettant une gradation des propriétésfréquentielles dans l’espace tout en assurant un contraste élevé.Nous avons égalementintroduit une nouvelle méthode de rendu pour les surfaces implicitesà squelette. Cetteméthode permet de lever un des verrous à l’utilisation de ce typede représentation, àsavoir leur visualisation interactive, que ce soit pour lareprésentation de forme libre ou demicrostructures.

Voir rapport

Thibault Tricard, Semyon Efremov, Cédric Zanni, Fabrice Neyret,
Jonàs Martínez, Sylvain Lefebvre. Procedural Phasor Noise. ACM
Transactions on Graphics, Association for Computing Machinery,
2019, 38 (4), pp.Article No. 57:1-13.
?10.1145/3306346.3322990?. hal.archives-ouvertes.fr/hal-
02118508

Alvaro Javier Fuentes Suárez, Evelyne Hubert, Cédric Zanni.
Anisotropic convolution surfaces. Computers and Graphics,
Elsevier, 2019, 82, pp.106-116. ?10.1016/j.cag.2019.05.018?.
hal.inria.fr/hal-02137325

Thibault Tricard, Vincent Tavernier, Cédric Zanni, Jonàs Martínez,
Pierre-Alexandre Hugron, Fabrice Neyret, Sylvain Lefebvre.
Freely orientable microstructures for designing deformable 3D
prints. ACM Transactions on Graphics, Association for Computing
Machinery, In press, ?10.1145/3414685.3417790?.
hal.inria.fr/hal-02524371v3

La fabrication additive change complètement la manière de produire des objets. D’un part, elle simplifie le processus de fabrication, permettant à n’importe qui de réaliser physiquement des objets virtuels en utilisant une imprimante 3D. D’autre part, cette technologie permet la création de forme complexe tant aux échelles micro que macroscopique : les objets créés peuvent être constitués de structure multi-matériaux dont la taille l’orientation et la forme peuvent varier afin d’obtenir des propriétés spécifiques. Malheureusement, décrire des formes à ce niveau de personnalisation et de complexité n’est pas à la porté des logiciels existants. Le défi réside dans la manière de représenter les formes de façon à pouvoir simplement les manipuler et optimiser leurs propriétés tout en les visualisant et en permettant de les préparer efficacement pour le processus de fabrication.
Un choix technique important est celui de la représentation de la géométrie. Les représentations surfaciques (e.g. les maillages) sont très efficaces pour représenter la surface d'un volume. Cependant, la fabrication additive floue la frontière entre les surfaces et les volumes. Les « implicites », une définition mathématique calculant si un point est solide ou vide, fourni une representation pouvant passer à l’échelle. Ce type d’approche est qualifié de procédural et permet aussi bien la représentation de gradient de propriété que des microstructures.
Ce projet propose d’explorer l’utilisation de nouvelle représentation implicite afin de fournir une approche unifiée pour la modélisation et le tranchage de volume géométrique, de microstructures et de gradient de matériaux. Cette recherche a également pour objectif de permettre d’utiliser conjointement des implicites et les représentation surfaciques standard permettant ainsi de choisir la representation la plus adaptée à une tache donnée.

Coordinateur du projet

Monsieur Cédric Zanni (Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LORIA Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications

Aide de l'ANR 222 512 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2019 - 42 Mois

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