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métiers dans un système de CAO
Ciuciu Ioana
To cite this version:
Ciuciu Ioana. Proposition pour la prise en compte des déformations métiers dans un système de CAO.
Informatique [cs]. Université de Reims - Champagne Ardenne, 2009. Français. �tel-00474568�
présentéepar
Ioana Georgiana CIUCIU
pourobtenir letitrede
DOCTEUR
de l' Université de Reims Champagne-Ardenne
Spécialité :Informatique
Proposition pour la prise en compte des déformations métiers dans un système
de CAO
Datede soutenance:5 Novembre2009
Composition du jury :
SebtiFOUFOU Professeuràl'UniversitédeBourgogne,Dijon Rapporteur
BezhadSHARIAT Professeuràl'UniversitéClaudeBernardLyon1 Rapporteur
LionelROUCOULES ProfesseuràArtset MétiersParisTech-CERd'Aix-en-Provence Examinateur
YvonGARDAN Professeuràl'UniversitédeReims(IFTS) Directeur dethèse
EstellePERRIN MaîtredeConférencesHDR àl'UniversitédeReims (IFTS) Directricedethèse
ThèsepréparéeauseinduERTGaspard Monge(CReSTIC)
IFTS- InstitutdeFormationTechniqueSupérieurede Charleville-Mézières
Ici, jevoudrais adressertoutemareconnaissanceàtousceuxquiont contribué àl'aboutisse-
ment de mestravaux.
Je commence, naturellement, par remercier mes deux directeurs de thèse, Estelle Perrin et
Yvon Gardan,de m'avoiraccueillie dansleur équipe.Je leur remercie pour leur conance, pour
leur présence etpour tout ce que jáiappris chaque jour en travaillant à leur cotés.Je leur suis
reconnaissante pour toutce qu'ilsm'ont transmis, tant sur leplanprofessionnel quesurle plan
humain.
Ensuite, je tiens à remercier mes rapporteurs, Monsieur le Professeur Bezhad Shariat de
l'Université de Lyon1 et Monsieur Sebti Foufou, Maître de Conférences HDRà l'Université de
Bourgogne,qui m'ontfait l'honneurd'évaluer montravail.Je leurremercie pour letemps qu'ils
ontconsacré pour liremonmanuscrit etpour leurs commentaires.
Je suis également reconnaissante à Monsieurle Professeur Lionel Roucoules, de l'ENSAM -
CER d'Aix-en-Provence d'avoir accepté d'être membrede mon jury etd'avoir pris le temps de
jugermontravail.
Mes travaux de recherche se sont déroulés dans le cadre du projet DIJA de lÉRT Gaspard
Monge.Jeremercietousmescollèguespourleursidées quiontapportéunplusàmontravail.La
collaborationavecDINCCSaétéprésenteauquotidiendansmestravaux.JeremercieFred,Mike
etNico pour leur aide et leur disponibilité. Je remercie tous les membres de notre équipe pour
la bonne ambiance queje n'ai connu nul partailleurs. Je remercie également tous les membres
de l'administrationde l'IFTS pour leur présenceetleurserviabilité au quotidien.
Je tiens à remercierle Conseil GénéraldesArdennes pour avoir nancémathèse.
Une penséedereconnaissanceàtousceuxquej'aiconnudèsmespremiers joursàCharleville
et dont l'amitié et la camaraderie ont fait plus supportable mes jours à l'etranger : Etienne,
Julien, Mael, Fred H., Nico, Mike, Fred, Eric, Cosmin, Philippe, Siham, Anouar, Slah, Walid,
Mohand, Fadhila, Wafaa, Véronique, Caroline, Tahar, Laurent, Omar, Ben, Romain, Audrey,
Seb,Marius,Reli ettout lesautres.
Je voudraismaintenant remerciertrèssincèrementtousceuxquisontallésaudelàdeslimites
de lacamaraderieetqui m'onfait partager leuramitié etleur gentillesse pendantces années.
Ma première pensée est pour Estelle, qui est pour moi un modèle de vie avec Fred et leurs
enfants. Je te remercie pour ta conance et pour que chaque fois que je suis près de toi je me
sens une meilleure personne. Tout comme M. Gardan, qui a su bienm'accueillir passeulement
dans sonéquipe mais aussi danssa famille. Je lui remercie pour sa gentillesse et sagénérosité.
Je remercie également Madame Gardan, Marion et Julien. Vous avez toute mon admiration et
monrespect.
MerciàNico,Fred,Alex,MikeetRomainpourleurbonhumouretleurgentillesse.Mercipour
lessoiréespizza-bière-foot,etpourm'avoiraccueilliedansvosfamilles.MerciégalementàElodie,
RacheletMélanie pour leurhospitalité.Quel bonheurdepasserdessoiréesen compagniede vos
enfants!Mike,ton amitiéetta gaietém'ont apportée moiaussiautant debonheur.J'espèreque
tu visaumieux ton expériencecanadienne.
Un grand merci à Ben et Audrey pour m'avoir toujours traitée comme un membre de leur
famille. Je n'oublierai jamais les bonsplats ardennais. Merci au papa de Benpour le délicieux
jambon ardennais. Je n'oublie pas bien entendu Romain, Boubounne et leurs amis, ni les mé-
morables soirées quej'ai passéesenleur compagnie. Merci àSeb pour sagentillesse etpour son
aideavec LaTex (etpasseulement).
Merci à Eric pour son amitié, pour son bon humour et pour sa générosité. Avec Cosmin et
Nick, vousm'avez rendules joursàCharleville plus ensoléyés ques'ilyavaitdu soleil.Et iln'y
en aeutpastrès souvent. Mercià Cos pour avoirsonné sisouvent à maportecestroisans..
Je remercie à mes étudiants qui m'ont souvent aidé à me déconnecter de mes travaux de
recherche pour mieuxypouvoirretourner;jeleurremercie aussipour avoirdonnédusensàmes
eortspour leurs transmettremes enseignements.
A la n,je remercie mes parents qui ont toujours tout fait pour me permettre de faire des
études dans les meilleures des conditions. Je voussuis reconnaissante de m'avoir encouragée et
soutenued'aller plusloin dansmes études.Merci pour laliberté etpour lesens de l'absoluque
vousm'avez insuéedèspetite.Je suishonoréed'êtrevotrelle.Cemanuscritvousestbiensûr
dédié.
Mercipourm'avoirrenduevisitependantmathèse,jegarderaitoujoursunbeausouvenirde ces
jours. merci également à Cos pour sacontribution (majeure). Je remercie Lumi pour sescoups
de ls des mercredis après-midi, pour ses encouragements et pour ses péripéties de la jungle
amazonienne. Merci d'être venue pour ma soutenance de si loin, je suis ère de t'avoir comme
cousine. Je n'oublie pas Mish, qui m'a oert sonamitié etson support inconditionnel pendant
ces années de thèse. Merci à Ursu qui a su, à sa manière, être à mes cotés dèsle début de ma
thèse.
Unepenséeémueàmaprofesseure,doamnadiriginta,poursondévouementetsonamour.
Une pensée à mes grands parents qui ne sont plus.. mais qui seront toujours présents pour
moi.
Avant de nir,je dois uneréponse àCosmin, aussichirée quesonarmation :EU.
Merci à tous!
Remerciements i
Liste des tableaux vii
Table des gures viii
Introduction 1
1 Etude bibliographique: préliminairespourla dénitiond'unsystème deCAO
basé sur les déformations 5
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Modèle interne etutilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 Classicationdes modèles dereprésentation desurfaces déformables . . . 7
1.2.2 Techniques demodélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3 Etatde l'artdestechniques dedéformation de surfaces . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.1 Techniques dedéformation basées surdespropriétés physiquesdesobjets 22 1.3.2 La déformationde formeslibres (Free Form Deformation (FFD)) . . . . . 23
1.3.3 Déformations soumisesàdescontraintes dedéplacement . . . . . . . . . . 25
1.3.4 Fonctionsdecay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.5 FFDavec Surfaces deSubdivision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.6 Déformations soumisesàdescontraintes géométriques . . . . . . . . . . . 29
1.4 Outils virtuelsde déformation desurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.1 Techniques d'interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.2 Outils dedéformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2 Contexte : le projet DIJA 38 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2 Laphilosophie DIJA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.1 L'approche synthétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.2 Elémentsde dialogue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3 L'architecture dusystèmeDIJA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.1 Niveauxd'abstraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 Approche modulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.3 Utilitéde l'architecture systèmedansles déformations . . . . . . . . . . . 48
2.4 Modélisation par déformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4.1 L'aspectmétier del'approche synthétique . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.4.2 Processusde déformation 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4.3 Outils DIJAorientésmétier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3 Proposition pour la réalisation des outils de déformation 3D pour la CAO dans un contexte orienté métier 60 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2 Intégration desfonctionsdecay dansles règlesmétier . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2.1 Dénition desoutils3Dà l'aidedesfonctionsdecay . . . . . . . . . . . . . 61
3.2.2 Un exemplede processusde déformation 3D. . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.3 Application desoutilsde déformation DIJA3D . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3 Un exemplede ranement de déformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.4 Une proposition pour l'intégration de la contrainte volumique avec les déforma- tions DIJA3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.1 Etatdel'artdestechniquesdedéformationdeformeslibresaveccontrainte volumique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.2 Intégration d'unecontrainte volumique avec les outils 3Dde déformation DIJAselon laméthoded'AubertetBechmann . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4.3 Proposition d'une méthode pour l'intégration de la contrainte volumique avec lesoutilsde déformation 3DDIJA.Application pour lamodélisation de aconsde parfumetde récipients cosmétiques . . . . . . . . . . . . . . 91
3.5 Intégration d'autres contraintes avec les déformations DIJA. Application pour l'insertion d'unplumier pour une tablettearrière de voiture . . . . . . . . . . . . 94
4 Mise en ÷uvre informatique d'un modeleur de surfaces discrètes 97
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2 Contexte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2.1 DIJA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.2 Choixtechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.3 Limitesdumodeleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.3 Aspects liésàl'implémentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.3.1 Modèleinterne dereprésentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3.2 Représentation interne desoutilsde déformation . . . . . . . . . . . . . . 102
4.3.3 Implémentation de déformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4 Interface graphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.4.1 Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.4.2 Introductionà VTK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.4.3 Moduledevisualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.5 Synthèse del'implémentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.6 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Conclusion et Perspectives 121
A Eléments de géométrie discrète 127
B Fonctionnalités complémentaires DIJA 132
3.1 Méthodesde FFDavec contraintevolumique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
1.1 Diérentes représentations géométriquesdessurfacesdéformables [MDA01]. . . . 8
1.2 Une surface de Bézier [Geo08 ]. La forme de la surface est modiée en déplacant
les pointsde contrôle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Superquadriques [Bar81 ]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Exemple de subdivision de surface. Plusieurs niveaux successifs de ranement
(subdivision) [RB04]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Typesde p-cellules [OMV01 ]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6 Dualitémaillagessimplexes-triangulations[Toh03]:(a)Maillagetriangulaired'un
tore;(b)Lemaillagesimplexedualdumaillage(a);(c)Unmaillagedualtriangu-
lairedu maillage simplexe (b); les maillages (a) et(c) sont totalement diérents
même s'ils partagent lamême connectivité;(d)latriangulation du maillage sim-
plexe(b);ce maillagen'apaslamême connectivité que (a)et(c). . . . . . . . . 15
1.7 Discrétisation d'uneentité continue en unsystèmemasse-ressort. . . . . . . . . . 16
1.8 Une portion d'unsystèmemasse-ressort [GM97]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.9 Force d'interaction de type Lenard-Jones entre deux particulesen fonction de la
distance
d
qui lessépare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.10 (a) Eléments de base du modèle (blobbs); liaison s'étirant et se rompant entre
deuxatomes;(b)Imagegénérée utilisant desexposants quadriques[Bli82 ].. . . . 22
1.11 (a)Primitive pliéetorsadée;(b)Primitivepliée torsadéeelée;(c)Modèled'une
chaise composéede sixprimitivesavec septopérationsde pliage [Bar84 ]. . . . . . 23
1.12 Le hyper patch de base de la FFD [HHK92]; les vecteurs
s
,t
etu
dénissent lesystèmede coordonnées local. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.13 FFDavec unvolume de Bézier[Dub ]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.14 Patches de contrôle avec une topologie généralisée [Coq90]. . . . . . . . . . . . . 24