Génération et animation dynamique des objets 3d dans un environnement virtuel / Benhocine,abdelouaheb  

Public ISBD Titre : Génération et animation dynamique des objets 3d dans un environnement virtuel Type de document : texte imprimé Auteurs : Benhocine,abdelouaheb ; LAKHFIF, A, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2016 Importance : 1 vol (56f.) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Réseaux Systèmes distribués animation dynamique objets 3D environnement virtuel génération Index. décimale : 004 Informatique Résumé : Conclusion générale Ce mémoire a proposé un système capable de générer des animations et objets 3D de façon automatique et dynamique. Le système que nous proposons utilise des scripts, des animations prédéfinies ou des fichiers XML pour générer les animations. Ceci permet de faire abstraction de la procédure de création de l’animation 3D traditionnelle, puisqu’elle peut devenir très complexe. Les solutions que nous avons proposées nous permettent de générer des animations et objets 3D plus facilement. Les différent concepts et techniques que nous avons retenu nous a permis de bien cerner les difficultés que nous devions surmonter pour la génération de l’animation et d’objet 3D, et l’automatisation de cette génération afin de satisfaire nos objectifs. Le premier objectif spécifique était de générer des objets 3D qui composent l’environnement 3D virtuelle. La section 3.3 du chapitre 3 montre les différents technique et méthodes utilisés² pour concevoir nos objets 3D. Nous avons vu comment on a conçus nos objets complexes depuis un mèsh cubique simple en utilisant le type de représentation solide, et les différentes techniques pour ajouter plus de réalisme aux objets tels que le plaquage de textures et les effets de lumières. Ensuite nous avons vu comment on a créé notre terrain dans lequel on a placé nos objets 3D, et on a fini par la création et le positionnement des caméras pour pouvoir projeter nos scènes sur écran afin de les explorer. Le deuxième objectif spécifique était de générer des animations 3D automatique avec différents méthodes de façon à faire abstraction de l’animation 3D traditionnelle. La section 3.4 du chapitre 3, montre les différentes méthodes utilisées pour générer nos animations automatiquement. Nous utilisons l’animation par image clé pour représenter nos animations, alors une séquence d’images clés peut être déclarée pour générer une scène animée. Nous avons présenté les animations prédéfinies et enregistré dans un Controller d’unity basé sur le principe d’automates pour animer nos avatars. Ensuite nous avons montré comment les véhicules peuvent être contrôlé et animé par plusieurs scripts. Enfin nous avons déterminé le formalisme à utiliser pour décrire une animation qui est stockée dans un fichier XML, depuis ce fichier en peut appliquer des animations sur nos objets, et lors du déplacent d’un objet à l’aide de la sourie, un fichier XML correspondant à l’animation de l’objet sera généré automatiquement. Le troisième objectif secondaire, était de rendre l’environnement virtuel multiutilisateurs ainsi que son exploration via un navigateur web à l’aide de la technologie Web 3D. La section 4 montre que chaque utilisateur peut générer un environnement virtuel dans lequel d’autres utilisateurs peuvent rejoindre et interagir avec les objets 3D, en plus de communiquer avec des messages textes. Le but d’intégration de cette fonctionnalité est d’ajouter plus d’immersion pour notre environnement virtuel. Enfin on a vu le déploiement de notre environnement dans un navigateur web avec la technologie de Web 3D, qui est une technologie intéressante du fait qu’elle permet l’exploration et l’interaction avec notre environnement sur web. La réalisation de ces objectifs spécifiques nous a permis de prouver qu’il est possible de générer des objets et animations 3D automatiquement et dynamiquement et une simplicité faisant abstraction de l’animation 3D traditionnelle. Nous avons été capable d’animer un véhicule a l’aide de scripts, un avatar à l’aide des animations prédéfinies qu’on a conçu et enregistré dans un contrôler, et enfin on a réussi à proposer un formalisme qui permet de lire ou de généré un fichier XML avec lequel on peut animer n’importe quelle objet d’une façon simple et dynamique. D’autres systèmes peuvent aussi générer des animation et objets 3D automatiquement, mais personne ne s’est basé sur XML comme base d’animations. Les contributions de ce travail de recherche se situent à plusieurs niveaux. Tout d’abord, nous avons conçu nos modèles géométriques et textures en suivant différentes méthodes et techniques, ensuite nous avons plaqué ces textures et appliqué des effets de lumières pour donner plus de réalisme à nos modèles. Dans l’étape suivante on a créé et positionné nos cameras pour pouvoir visualiser nos scènes 3D. Après, tous les modèles ont été placé ensemble pour former un environnement virtuel 3D. Nous nous sommes basés ensuite sur la technique de l’animation par image clé pour représenter nos animations. Ensuite on a conçu les animations prédéfinies et enregistrées dans un Controller d’unity basé sur le principe d’automates pour animer nos avatars. Dans l’étape suivante nous avons contrôlé et animé les véhicules par plusieurs scripts. Enfin nous avons déterminé le formalisme à utiliser pour décrire une animation qui est stockée dans un fichier XML, depuis ce fichier on a appliqué des animations sur nos objets. Pour ce qui est des améliorations et des recommandations, nous pensons qu’il serait intéressant d’implémenter un système complet qui permet de créer des scènes entières avec des animations et d’objet 3D différents depuis une base de donné contenant une large collection d’objets et d’animations, avec la possibilité d’importer ces objets dans l’environnement et les positionner selon nos préférences. Ce n’était pas une priorité de notre recherche, mais cela permettrait de faire évoluer notre projet. Notre système pourrait très bien fonctionner de façon autonome et il pourrait être utilisé pour d’autres fins. Par exemple, nous pourrions manipuler des objets, et des images clés pour générer des animations facilement et pour créer des environnements 3D complexes plus rapidement. Nous générerons l’animation sous format XML comme fichier de sortie. Ce qui nous permet d’importer et de modifier l’animation que notre système génère, puisque XML est supporté par plusieurs logiciels de traitement 3D. De plus on peut l’utiliser comme outil éducatif, par exemple pour apprendre comment conduire un véhicule ou peut être même d’apprendre le code de la route. On peut aussi l’utiliser pour apprendre des mouvements et des gestes humanoïdes à l’aide des avatars qu’on a conçus. De cette façon, ce système pourrait évoluer et devenir un outil intéressant dans la création d’animation 3D automatique. Note de contenu : Table des matières Liste Des figures ....................................................................................................................... 1 Introduction Générale.............................................................................................................. 1 1 Réalité Virtuelle ................................................................................................................ 4 1.1 Introduction ................................................................................................................. 4 1.2 Quelques définitions et concepts................................................................................. 4 1.2.1 Réalité virtuelle .................................................................................................... 4 1.2.2 Réalité Augmentée ............................................................................................... 5 1.2.3 Environnement Virtuelle ...................................................................................... 6 1.2.4 Le langage VRML................................................................................................ 6 1.2.5 X3D ...................................................................................................................... 6 1.2.6 Web 3D ................................................................................................................ 7 1.3 Les composantes de la Réalité virtuelle ...................................................................... 7 1.3.1 Immersion............................................................................................................. 7 1.3.2 Interaction............................................................................................................. 8 1.3.3 Travail Collaboratif.............................................................................................. 9 1.3.4 Autonomie............................................................................................................ 9 1.3.5 Le Workflow ........................................................................................................ 9 1.4 Classification des Techniques d’interaction 3D .......................................................... 9 1.4.1 Sélection ............................................................................................................. 10 1.4.2 Navigation .......................................................................................................... 10 1.4.3 Manipulation ...................................................................................................... 10 1.4.4 Le Menu ............................................................................................................. 10 1.5 Equipement nécessaire pour utiliser la RV................................................................ 11 1.5.1 Affichages tête-monté (Head-Mounted Display)............................................... 11 1.5.1.1 Description.................................................................................................. 12 1.5.2 Ordinateur simple (Desktop VR) ....................................................................... 12 1.5.3 Table immersive (Projected VR)........................................................................ 13 1.5.4 Voute immersive (CAVE).................................................................................. 13 1.6 Domaines d’application de la RV.............................................................................. 13 1.6.1 Les jeux vidéo .................................................................................................... 13 1.6.2 Médecine ............................................................................................................ 13 1.6.3 Handicape........................................................................................................... 14 1.6.4 L’urbanisme ....................................................................................................... 14 1.6.5 Musée ................................................................................................................. 14 1.6.6 Parc d’attraction ................................................................................................. 14 1.6.7 Simulation Militaire ........................................................................................... 14 1.6.8 Formation et éducation....................................................................................... 14 1.7 Avantages et inconvénients de la réalité virtuelle ..................................................... 15 1.7.1 Avantages de la RV............................................................................................ 15 1.7.2 Inconvénients de la RV ...................................................................................... 15 1.8 Conclusion................................................................................................................. 16 2 Création d’un environnement 3D virtuel ..................................................................... 17 2.1 Introduction ............................................................................................................... 17 2.2 Définitions................................................................................................................. 17 2.2.1 Scène 3D ............................................................................................................ 17 2.2.2 Géométrie ........................................................................................................... 18 2.2.3 Squelette ............................................................................................................. 18 2.3 Propriétés des modèles .............................................................................................. 19 2.3.1 Représentation géométrique 3D de type Fil de fer............................................. 19 2.3.2 Représentation surfacique .................................................................................. 20 2.3.3 Représentation Solide (Modèle Volumiques) .................................................... 20 2.3.4 Types de représentations solide.......................................................................... 21 2.3.4.1 Représentation par les frontières (Boundary representation, B-Rep) ......... 21 2.3.4.2 Arbre de construction (Constructive Solid Geometry, C.S.G) ................... 22 2.3.4.3 Enumération spatiale................................................................................... 22 2.4 Animation 3D ............................................................................................................ 24 2.4.1 Techniques D’animations................................................................................... 24 2.4.1.1 Animation par image clé (Keyframed Animation) ..................................... 24 2.4.1.2 Animation par capture de mouvement (Motion-Capture Animation) ........ 25 2.4.1.3 Animation procédural (Procedural animation) ........................................... 25 2.4.2 Animation et positionnement de la caméra virtuelle.......................................... 25 2.5 Rendu Réaliste........................................................................................................... 26 2.5.1 La lumière .......................................................................................................... 26 2.5.1.1 Modèle de couleur....................................................................................... 26 2.5.1.2 Modèle d’illumination ................................................................................ 26 2.5.1.3 Types de lumières ....................................................................................... 27 2.5.1.4 Le matériau ................................................................................................. 28 2.6 Texturation................................................................................................................. 29 2.7 Conclusion................................................................................................................. 29 3 Conception....................................................................................................................... 32 3.1 Introduction ............................................................................................................... 32 3.2 Choix des outils et langages ...................................................................................... 32 3.2.1 Blender ............................................................................................................... 32 3.2.2 Le Format X3D pour les modèles ...................................................................... 32 3.2.3 C Sharp (C#)....................................................................................................... 32 3.2.4 Unity................................................................................................................... 33 3.2.5 Photoshop (Ps).................................................................................................... 34 3.3 Modélisation des Objets 3D ...................................................................................... 34 3.4 Animation Dynamique des objets 3D........................................................................ 39 3.4.1 Animation des avatars........................................................................................ 39 3.4.2 Animation et contrôle des véhicules .................................................................. 40 3.4.3 Détermination de notre formalisme décrivant l’animation 3D .......................... 41 3.5 Effet de lumière ......................................................................................................... 42 3.6 Conclusion................................................................................................................. 44 4 Réalisation et Résultats................................................................................................... 45 4.1 Introduction ............................................................................................................... 45 4.2 L’application.............................................................................................................. 45 4.3 Web 3D...................................................................................................................... 50 4.4 Résultats..................................................................................................................... 50 4.4.1 Performance de l’application ............................................................................. 50 4.4.2 Fichiers XML générés........................................................................................ 51 4.4.3 Qualité graphique de l’environnement 3D......................................................... 51 4.5 Conclusion................................................................................................................. 51 5 Conclusion générale ........................................................................................................ 52 Références bibliographiques ................................................................................................. 54 Côte titre : MAI/0123 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1Wt605zV2TWmBVjn7dcaUYA8UYznd8rmW/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : pdf Génération et animation dynamique des objets 3d dans un environnement virtuel [texte imprimé] / Benhocine,abdelouaheb ; LAKHFIF, A, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2016 . - 1 vol (56f.) ; 29 cm. Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Réseaux Systèmes distribués animation dynamique objets 3D environnement virtuel génération Index. décimale : 004 Informatique Résumé : Conclusion générale Ce mémoire a proposé un système capable de générer des animations et objets 3D de façon automatique et dynamique. Le système que nous proposons utilise des scripts, des animations prédéfinies ou des fichiers XML pour générer les animations. Ceci permet de faire abstraction de la procédure de création de l’animation 3D traditionnelle, puisqu’elle peut devenir très complexe. Les solutions que nous avons proposées nous permettent de générer des animations et objets 3D plus facilement. Les différent concepts et techniques que nous avons retenu nous a permis de bien cerner les difficultés que nous devions surmonter pour la génération de l’animation et d’objet 3D, et l’automatisation de cette génération afin de satisfaire nos objectifs. Le premier objectif spécifique était de générer des objets 3D qui composent l’environnement 3D virtuelle. La section 3.3 du chapitre 3 montre les différents technique et méthodes utilisés² pour concevoir nos objets 3D. Nous avons vu comment on a conçus nos objets complexes depuis un mèsh cubique simple en utilisant le type de représentation solide, et les différentes techniques pour ajouter plus de réalisme aux objets tels que le plaquage de textures et les effets de lumières. Ensuite nous avons vu comment on a créé notre terrain dans lequel on a placé nos objets 3D, et on a fini par la création et le positionnement des caméras pour pouvoir projeter nos scènes sur écran afin de les explorer. Le deuxième objectif spécifique était de générer des animations 3D automatique avec différents méthodes de façon à faire abstraction de l’animation 3D traditionnelle. La section 3.4 du chapitre 3, montre les différentes méthodes utilisées pour générer nos animations automatiquement. Nous utilisons l’animation par image clé pour représenter nos animations, alors une séquence d’images clés peut être déclarée pour générer une scène animée. Nous avons présenté les animations prédéfinies et enregistré dans un Controller d’unity basé sur le principe d’automates pour animer nos avatars. Ensuite nous avons montré comment les véhicules peuvent être contrôlé et animé par plusieurs scripts. Enfin nous avons déterminé le formalisme à utiliser pour décrire une animation qui est stockée dans un fichier XML, depuis ce fichier en peut appliquer des animations sur nos objets, et lors du déplacent d’un objet à l’aide de la sourie, un fichier XML correspondant à l’animation de l’objet sera généré automatiquement. Le troisième objectif secondaire, était de rendre l’environnement virtuel multiutilisateurs ainsi que son exploration via un navigateur web à l’aide de la technologie Web 3D. La section 4 montre que chaque utilisateur peut générer un environnement virtuel dans lequel d’autres utilisateurs peuvent rejoindre et interagir avec les objets 3D, en plus de communiquer avec des messages textes. Le but d’intégration de cette fonctionnalité est d’ajouter plus d’immersion pour notre environnement virtuel. Enfin on a vu le déploiement de notre environnement dans un navigateur web avec la technologie de Web 3D, qui est une technologie intéressante du fait qu’elle permet l’exploration et l’interaction avec notre environnement sur web. La réalisation de ces objectifs spécifiques nous a permis de prouver qu’il est possible de générer des objets et animations 3D automatiquement et dynamiquement et une simplicité faisant abstraction de l’animation 3D traditionnelle. Nous avons été capable d’animer un véhicule a l’aide de scripts, un avatar à l’aide des animations prédéfinies qu’on a conçu et enregistré dans un contrôler, et enfin on a réussi à proposer un formalisme qui permet de lire ou de généré un fichier XML avec lequel on peut animer n’importe quelle objet d’une façon simple et dynamique. D’autres systèmes peuvent aussi générer des animation et objets 3D automatiquement, mais personne ne s’est basé sur XML comme base d’animations. Les contributions de ce travail de recherche se situent à plusieurs niveaux. Tout d’abord, nous avons conçu nos modèles géométriques et textures en suivant différentes méthodes et techniques, ensuite nous avons plaqué ces textures et appliqué des effets de lumières pour donner plus de réalisme à nos modèles. Dans l’étape suivante on a créé et positionné nos cameras pour pouvoir visualiser nos scènes 3D. Après, tous les modèles ont été placé ensemble pour former un environnement virtuel 3D. Nous nous sommes basés ensuite sur la technique de l’animation par image clé pour représenter nos animations. Ensuite on a conçu les animations prédéfinies et enregistrées dans un Controller d’unity basé sur le principe d’automates pour animer nos avatars. Dans l’étape suivante nous avons contrôlé et animé les véhicules par plusieurs scripts. Enfin nous avons déterminé le formalisme à utiliser pour décrire une animation qui est stockée dans un fichier XML, depuis ce fichier on a appliqué des animations sur nos objets. Pour ce qui est des améliorations et des recommandations, nous pensons qu’il serait intéressant d’implémenter un système complet qui permet de créer des scènes entières avec des animations et d’objet 3D différents depuis une base de donné contenant une large collection d’objets et d’animations, avec la possibilité d’importer ces objets dans l’environnement et les positionner selon nos préférences. Ce n’était pas une priorité de notre recherche, mais cela permettrait de faire évoluer notre projet. Notre système pourrait très bien fonctionner de façon autonome et il pourrait être utilisé pour d’autres fins. Par exemple, nous pourrions manipuler des objets, et des images clés pour générer des animations facilement et pour créer des environnements 3D complexes plus rapidement. Nous générerons l’animation sous format XML comme fichier de sortie. Ce qui nous permet d’importer et de modifier l’animation que notre système génère, puisque XML est supporté par plusieurs logiciels de traitement 3D. De plus on peut l’utiliser comme outil éducatif, par exemple pour apprendre comment conduire un véhicule ou peut être même d’apprendre le code de la route. On peut aussi l’utiliser pour apprendre des mouvements et des gestes humanoïdes à l’aide des avatars qu’on a conçus. De cette façon, ce système pourrait évoluer et devenir un outil intéressant dans la création d’animation 3D automatique. Note de contenu : Table des matières Liste Des figures ....................................................................................................................... 1 Introduction Générale.............................................................................................................. 1 1 Réalité Virtuelle ................................................................................................................ 4 1.1 Introduction ................................................................................................................. 4 1.2 Quelques définitions et concepts................................................................................. 4 1.2.1 Réalité virtuelle .................................................................................................... 4 1.2.2 Réalité Augmentée ............................................................................................... 5 1.2.3 Environnement Virtuelle ...................................................................................... 6 1.2.4 Le langage VRML................................................................................................ 6 1.2.5 X3D ...................................................................................................................... 6 1.2.6 Web 3D ................................................................................................................ 7 1.3 Les composantes de la Réalité virtuelle ...................................................................... 7 1.3.1 Immersion............................................................................................................. 7 1.3.2 Interaction............................................................................................................. 8 1.3.3 Travail Collaboratif.............................................................................................. 9 1.3.4 Autonomie............................................................................................................ 9 1.3.5 Le Workflow ........................................................................................................ 9 1.4 Classification des Techniques d’interaction 3D .......................................................... 9 1.4.1 Sélection ............................................................................................................. 10 1.4.2 Navigation .......................................................................................................... 10 1.4.3 Manipulation ...................................................................................................... 10 1.4.4 Le Menu ............................................................................................................. 10 1.5 Equipement nécessaire pour utiliser la RV................................................................ 11 1.5.1 Affichages tête-monté (Head-Mounted Display)............................................... 11 1.5.1.1 Description.................................................................................................. 12 1.5.2 Ordinateur simple (Desktop VR) ....................................................................... 12 1.5.3 Table immersive (Projected VR)........................................................................ 13 1.5.4 Voute immersive (CAVE).................................................................................. 13 1.6 Domaines d’application de la RV.............................................................................. 13 1.6.1 Les jeux vidéo .................................................................................................... 13 1.6.2 Médecine ............................................................................................................ 13 1.6.3 Handicape........................................................................................................... 14 1.6.4 L’urbanisme ....................................................................................................... 14 1.6.5 Musée ................................................................................................................. 14 1.6.6 Parc d’attraction ................................................................................................. 14 1.6.7 Simulation Militaire ........................................................................................... 14 1.6.8 Formation et éducation....................................................................................... 14 1.7 Avantages et inconvénients de la réalité virtuelle ..................................................... 15 1.7.1 Avantages de la RV............................................................................................ 15 1.7.2 Inconvénients de la RV ...................................................................................... 15 1.8 Conclusion................................................................................................................. 16 2 Création d’un environnement 3D virtuel ..................................................................... 17 2.1 Introduction ............................................................................................................... 17 2.2 Définitions................................................................................................................. 17 2.2.1 Scène 3D ............................................................................................................ 17 2.2.2 Géométrie ........................................................................................................... 18 2.2.3 Squelette ............................................................................................................. 18 2.3 Propriétés des modèles .............................................................................................. 19 2.3.1 Représentation géométrique 3D de type Fil de fer............................................. 19 2.3.2 Représentation surfacique .................................................................................. 20 2.3.3 Représentation Solide (Modèle Volumiques) .................................................... 20 2.3.4 Types de représentations solide.......................................................................... 21 2.3.4.1 Représentation par les frontières (Boundary representation, B-Rep) ......... 21 2.3.4.2 Arbre de construction (Constructive Solid Geometry, C.S.G) ................... 22 2.3.4.3 Enumération spatiale................................................................................... 22 2.4 Animation 3D ............................................................................................................ 24 2.4.1 Techniques D’animations................................................................................... 24 2.4.1.1 Animation par image clé (Keyframed Animation) ..................................... 24 2.4.1.2 Animation par capture de mouvement (Motion-Capture Animation) ........ 25 2.4.1.3 Animation procédural (Procedural animation) ........................................... 25 2.4.2 Animation et positionnement de la caméra virtuelle.......................................... 25 2.5 Rendu Réaliste........................................................................................................... 26 2.5.1 La lumière .......................................................................................................... 26 2.5.1.1 Modèle de couleur....................................................................................... 26 2.5.1.2 Modèle d’illumination ................................................................................ 26 2.5.1.3 Types de lumières ....................................................................................... 27 2.5.1.4 Le matériau ................................................................................................. 28 2.6 Texturation................................................................................................................. 29 2.7 Conclusion................................................................................................................. 29 3 Conception....................................................................................................................... 32 3.1 Introduction ............................................................................................................... 32 3.2 Choix des outils et langages ...................................................................................... 32 3.2.1 Blender ............................................................................................................... 32 3.2.2 Le Format X3D pour les modèles ...................................................................... 32 3.2.3 C Sharp (C#)....................................................................................................... 32 3.2.4 Unity................................................................................................................... 33 3.2.5 Photoshop (Ps).................................................................................................... 34 3.3 Modélisation des Objets 3D ...................................................................................... 34 3.4 Animation Dynamique des objets 3D........................................................................ 39 3.4.1 Animation des avatars........................................................................................ 39 3.4.2 Animation et contrôle des véhicules .................................................................. 40 3.4.3 Détermination de notre formalisme décrivant l’animation 3D .......................... 41 3.5 Effet de lumière ......................................................................................................... 42 3.6 Conclusion................................................................................................................. 44 4 Réalisation et Résultats................................................................................................... 45 4.1 Introduction ............................................................................................................... 45 4.2 L’application.............................................................................................................. 45 4.3 Web 3D...................................................................................................................... 50 4.4 Résultats..................................................................................................................... 50 4.4.1 Performance de l’application ............................................................................. 50 4.4.2 Fichiers XML générés........................................................................................ 51 4.4.3 Qualité graphique de l’environnement 3D......................................................... 51 4.5 Conclusion................................................................................................................. 51 5 Conclusion générale ........................................................................................................ 52 Références bibliographiques ................................................................................................. 54 Côte titre : MAI/0123 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1Wt605zV2TWmBVjn7dcaUYA8UYznd8rmW/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : pdf

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MAI/0123	MAI/0123	Mémoire	Bibliothéque des sciences	Français	Disponible Disponible

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