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Apport de l'imagerie médicale et de la biomécanique pour la modélisation d'un avatar de cirque

De Polo, Laetitia (2013). Apport de l'imagerie médicale et de la biomécanique pour la modélisation d'un avatar de cirque. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le monde de la visualisation en 3D du corps humain est en plein essor, que ce soit dans les domaines de la médecine, militaire, du jeu vidéo ou encore du cinéma. Bien que la portée de chaque domaine soit différente, un seul but est commun : améliorer l’aspect esthétique (géométrie) et l’animation (cinématique et/ou biomécanique) des avatars afin de tendre vers une représentation virtuelle de l’humain la plus fidèle possible. Liant les domaines de l’imagerie médicale et les arts du cirque, cette étude porte sur l’apport de l’imagerie médicale et de la biomécanique pour la modélisation d’un avatar de cirque.

La modélisation géométrique du squelette filaire d’un avatar passe par le placement de joints pour former une chaine polyarticulée de segments osseux rigides. Il n’existe pas vraiment de protocole à suivre quant au placement de ces joints, la plupart des modèles rencontrés dans la littérature les positionnent approximativement au niveau des articulations anatomiques. Un premier objectif a été de personnaliser la géométrie du squelette filaire du membre inférieur d’un avatar, par rapport à celui d’une athlète du Cirque du Soleil. Nous nous sommes pour cela appuyés sur les radiographies et reconstructions 3D osseuses de son squelette ainsi qu’un scan 3D de son enveloppe corporelle.

L’animation à l’aide de données cinématiques (issue de captures de mouvements) permet d’appliquer les transformations issues de groupes de marqueurs aux segments osseux du squelette filaire de l’avatar. On tente donc d’appliquer les transformations extraites d’un corps mou (la peau qui se déforme lors d’un mouvement) à un corps rigide (le squelette filaire de l’avatar) engendrant ainsi des erreurs de déplacement. Un second objectif a donc été de traiter les données cinématiques afin de rigidifier les groupes de marqueurs choisis dans le but d’améliorer l’animation de l’avatar.

Les résultats obtenus ne permettent pas forcément de démontrer l’amélioration apportée par la personnalisation géométrique du squelette de l’avatar. Ils montrent cependant une nette amélioration quant à l’animation d’un squelette filaire par données cinématiques rigidifiées puisque l’ordre des écarts de distance entre le mouvement réel et virtuel atteint 30 cm en utilisant les données cinématiques brutes versus 5 à 10 cm en utilisant celles rigidifiées. D’autres études seraient toutefois intéressantes à mener, notamment en contraignant le squelette filaire de l’avatar ou en poursuivant les études sur la rigidification des données cinématiques issues de systèmes de capture de mouvements.

Titre traduit

Contribution of medical imaging and biomechanics for the modelisation of a circus avatar

Résumé traduit

The 3D vizualisation of the human body is an area that is booming : the medical and military sectors as well as the gaming and movie industries are all exploring the subject in different ways. Nevertheless, they all have a common goal : to improve the aesthetic aspect (geometry) and animation (cinematic and/or biomechanics) of avatars in order to convey the most accurate virtual representation of the human body as possible. Bringing together the areas of medical imagery and the arts of the circus, the present study shows how medical imagery and biomechanics can be used in the modelling of a circus avatar.

The geometric modelling of the wire skeleton of an avatar requires one to build an articulated chain of rigid bone segments through the placement of joints. While there is currently no established procedure to follow in order to determine where to place these joints, most of the models described in reference materials place them in line with the actual anatomical joints of a human body. The first focus of our work was to personalize the geometry of the wire skeleton of an avatar’s lower limb to have it in line with a Cirque du Soleil athlete. In order to do so, we used x-rays and 3D bone reconstructions of the skeleton and a 3D scan of the athlete’s body.

Animation through cinematic data (derived from motion capture) can be used to apply transformations undergone by groups of markers on the athlete to the avatar’s wired skeleton. We are therefore trying to translate the transformations undergone by a flexible body (skin, that each movement deforms) and apply them to a rigid body (the avatar’s wire skeleton). This leads to motion errors. A second focus was therefore to analyse cinematic data in order to solidify the groups of markers chosen to animate the avatar and thus improve its animation.

The results we obtained do not necessarily demonstrate the relevance of the geometric personalization of the avatar’s skeleton. However, they do show a marked improvement in animation through solidified cinematic data : the gap between actual and virtual movements can reach 30 cm when using raw cinematic data versus 5 to 10 cm when using solidified data. It would be interesting to study this further, not least by binding the avatar’s wire skeleton or continue the studies on solidifying the cinematic datas.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée" Bibliographie : pages 91.
Mots-clés libres: Avatars (Infographie) Cirque. Imagerie médicale. Biomécanique. Animation par ordinateur. Cinématique. Squelette. Membres inférieurs. capture, mouvement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
De Guise, Jacques A.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hagemeister, Nicola
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 18 déc. 2013 16:07
Dernière modification: 08 mars 2017 22:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1249

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