Thèse Indirection Tétraédrique pour l'Animation et le Rendu Physiquement Réaliste d'Objets Meshless H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : MSTII - Mathématiques, Sciences et technologies de l'information, Informatique Laboratoire de recherche : Laboratoire Jean Kuntzmann Direction de la thèse : Nicolas HOLZSCHUCH ORCID 0000000256736960 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-09T23:59:59 L'essor des méthodes d'apprentissage en vision par ordinateur a entraîné une multiplication des représentations meshless (sans maillage) d'objets 3D. L'apparition récente du 3D Gaussian Splatting (3DGS) illustre cette tendance : ces représentations apprises, aux côtés des Signed Distance Functions (SDF) et des représentations voxel, permettent la reconstruction automatique à partir d'images, le rendu en temps réel et la modélisation de topologies variées. Néanmoins, leur intégration dans des pipelines d'animation et de simulation interactive demeure une problématique ouverte.
De nombreuses applications nécessitent à la fois un réalisme visuel élevé et des calculs physiques précis - que ce soit pour les effets visuels (VFX), les jeux vidéo, ou les logiciels de simulation médicale comme SOFA. Les représentations meshless présentent un fort potentiel pour ces usages, mais se heurtent à deux verrous scientifiques majeurs :
Le rendu volumétrique animé : animer un objet meshless revient à déformer l'espace dans lequel il est défini. Or, le rendu volumétrique nécessite d'échantillonner l'objet dans l'espace déformé, alors que la représentation n'est évaluable que dans l'espace de référence. L'inversion de la fonction de déformation est coûteuse et souvent instable pour des déformations complexes.
Le calcul de collisions : pour des représentations meshless soumises à des déformations non linéaires, les distances calculées dans l'espace de référence ne sont plus fiables. De plus, certaines représentations comme les splats gaussiens n'encodent pas explicitement de surface géométrique, rendant ambiguë la définition d'une frontière solide pour la détection de collision.
Ces deux verrous sont fondamentalement interdépendants : l'animation engendre des collisions, dont la résolution induit de nouvelles déformations, créant une boucle de rétroaction qui doit être traitée de manière intégrée.
Nos travaux préliminaires ont posé les bases de cette intégration. La méthode Interval Shading [2] introduit l'utilisation de maillages tétraédriques dans le pipeline de rastérisation pour le rendu volumétrique. En s'appuyant sur cette approche, nous avons développé une structure d'indirection tétraédrique [1] permettant d'animer en temps réel des objets meshless par rastérisation. L'animation est définie aux sommets du maillage, chaque tétraèdre encodant une déformation linéaire locale. Néanmoins, ces méthodes ne traitent pas encore les phénomènes optiques complexes (scattering, émissivité) ni le calcul de collisions. L'essor des méthodes d'apprentissage en vision par ordinateur a entraîné une multiplication des représentations meshless (sans maillage) d'objets 3D. L'apparition récente du 3D Gaussian Splatting (3DGS) illustre cette tendance : ces représentations apprises, aux côtés des Signed Distance Functions (SDF) et des représentations voxel, permettent la reconstruction automatique à partir d'images, le rendu en temps réel et la modélisation de topologies variées. Néanmoins, leur intégration dans des pipelines d'animation et de simulation interactive demeure une problématique ouverte.
De nombreuses applications nécessitent à la fois un réalisme visuel élevé et des calculs physiques précis - que ce soit pour les effets visuels (VFX), les jeux vidéo, ou les logiciels de simulation médicale comme SOFA. Les représentations meshless présentent un fort potentiel pour ces usages, mais se heurtent à deux verrous scientifiques majeurs :
Le rendu volumétrique animé : animer un objet meshless revient à déformer l'espace dans lequel il est défini. Or, le rendu volumétrique nécessite d'échantillonner l'objet dans l'espace déformé, alors que la représentation n'est évaluable que dans l'espace de référence. L'inversion de la fonction de déformation est coûteuse et souvent instable pour des déformations complexes.
Le calcul de collisions : pour des représentations meshless soumises à des déformations non linéaires, les distances calculées dans l'espace de référence ne sont plus fiables. De plus, certaines représentations comme les splats gaussiens n'encodent pas explicitement de surface géométrique, rendant ambiguë la définition d'une frontière solide pour la détection de collision.
Ces deux verrous sont fondamentalement interdépendants : l'animation engendre des collisions, dont la résolution induit de nouvelles déformations, créant une boucle de rétroaction qui doit être traitée de manière intégrée.
Nos travaux préliminaires ont posé les bases de cette intégration. La méthode Interval Shading [2] introduit l'utilisation de maillages tétraédriques dans le pipeline de rastérisation pour le rendu volumétrique. En s'appuyant sur cette approche, nous avons développé une structure d'indirection tétraédrique [1] permettant d'animer en temps réel des objets meshless par rastérisation. L'animation est définie aux sommets du maillage, chaque tétraèdre encodant une déformation linéaire locale. Néanmoins, ces méthodes ne traitent pas encore les phénomènes optiques complexes (scattering, émissivité) ni le calcul de collisions. L'objectif du projet de thèse est de développer une architecture accélératrice générique, agnostique quant au type de représentation meshless, capable de traiter conjointement l'animation, le rendu volumétrique exact et la gestion des collisions en temps réel. L'enjeu est double : (1) permettre le rendu physiquement réaliste d'objets meshless animés, incluant les effets de scattering et d'émissivité ; (2) assurer la cohérence physique des simulations en calculant et en répercutant les collisions sur les animations.

-Master en informatique
-Programmation GPU
-Gaussian Splat
-Programmation SOFA