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Modélisation géométrique par primitives

Modélisation géométrique par primitives

Primitives in nature Repetitions & tessellations. We find plenty of instances of repetitions of elements in nature. Animals’ skin often exhibit a recurring pattern. This is due to various reasons, involving chemistry [Kondo, 2002] and natural selection [Cott, 1940; Endler, 1980]. For example the skin of a snake is covered by small diamond-shaped scales; see Figure 1.1b. Similarly, many plants’ structures are composed of the same primitives with very little variation stemming from the randomness of the natural process. For instance, pine cones are mainly composed of dozens of instances of a single primitive; see Figure 1.1a. The same thing can be observed for a spiral aloe or many other plants. The leaves of a tree can be seen as randomly varying instances of the same primitive. Bees build hexagon-shaped structures called honeycombs in order to store larvae and honey; see Figure 1.1c. The striking coherence of this structure can be explained by the fact that this shape is a near-optimal solution to the problem of maximizing the cells volume for a given amount of wax [Hales, 2001; Weaire and Phelan, 1994]. One can think of primitives as nature’s response to an optimization problem. Because a shape is optimal for a certain function, it will naturally occur in many places.
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en fr Sketch-based geometric modeling Modélisation géométrique par croquis

construction de fleurs. Notre méthode s’est avérée performante sur un vaste ensemble de croquis dessinés par plusieurs utilisateurs sans formation particulière, reconstituant avec succès des fleurs à une ou plusieurs couches, représenté selon différents angles de vue et avec différents degrés de floraison. De plus, elle fonctionne également pour la reconstruc- tion de fleurs plus sophistiquées. Notre méthode tire parti du fait que les utilisateurs ont tendance à simplifier la complexité structurelle et géométrique des objets floraux dans leurs dessins 2D, ce qui nous permet de reconstruire un modèle réaliste correspondant aux intentions de l’utilisateur, malgré le fait qu’il ne soit pas correct botaniquement parlant (avec l’absence de certains éléments, tels que les pistils). Notre système profite également du fait que les fleurs possèdent une structure commune et que leur corolle peut être représentée par une forme géométrique relativement simple (un cône) dont les paramètres peuvent être calculés à partir des informations 2D présentes dans le dessin et les traits de guidage fournis par l’utilisateur. Par ailleurs, l’utilisation d’une base de données d’éléments floraux 3D permet d’assurer que le modèle 3D reconstruit soit réa- liste. À notre connaissance, il s’agit du premier système de modélisation 3D à partir d’un croquis dédié à la reconstruction de fleurs qui est capable de produire des résultats d’une telle qualité et de manière robuste, qui ne requiert un dessin que d’une seule vue en donnée d’entrée, et avec une interaction avec l’utilisateur aussi réduite.
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Modélisation géométrique 3D des structures anatomiques du tronc humain à partir d’images acquises par résonnance magnétique

Modélisation géométrique 3D des structures anatomiques du tronc humain à partir d’images acquises par résonnance magnétique

RÉSUMÉ La modélisation géométrique 3D de structures anatomiques est une étape essentielle dans le développement d’outils de simulation numérique dédiés pour l’étude de l’évolution ou pour la planification de traitements de pathologies complexes. La scoliose est une déformation complexe de la colonne vertébrale et de la cage thoracique qui entraine des asymétries au niveau de l’ensemble du tronc. Ces asymétries sont généralement accompagnées de l’apparence d’une bosse dans le dos du patient et constituent la raison principale pour laquelle le patient ou ses parents décident de consulter. Cependant, les simulateurs biomécaniques actuels se concentrent sur le choix de la meilleure stratégie opératoire qui permet de redresser la colonne et minimiser son déjettement au niveau sagittal et frontal. Dans ce contexte, une modélisation géométrique 3D des structures osseuses est suffisante. Par contre, la priorité du patient est de bénéficier de la stratégie qui pourrait améliorer son apparence par la réduction des asymétries externes du tronc suite au traitement. Il est donc important de propager la correction des structures osseuses, lors de la simulation, à travers les tissus mous du tronc afin de visualiser l’effet d’une stratégie sur l’apparence externe du patient. Par conséquent, une modélisation géométrique précise de l’ensemble des structures anatomiques du tronc incluant la surface externe, les tissus mous et les structures osseuses sous-jacentes devient indispensable.
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Modélisation et identification géométrique de robots utilisés pour des opérations d'usinage

Modélisation et identification géométrique de robots utilisés pour des opérations d'usinage

Bien que ces facteurs soient multiples, les facteurs associés à la géométrie du robot sont généralement invariants dans le temps, ce qui facilite la mise en place d’une stratégie ou méthode de compensation [Dolinsky01]. De plus, les erreurs associées aux paramètres géométriques ont été signalés comme les erreurs les plus influentes dans la précision de pose de l’outil [Zhong95], [Judd90], [Hage12], [Ziegert88]. Ainsi, nous avons choisi de nous focaliser dans ces travaux de thèse sur la diminution des erreurs de transformation inverse par l’identification du comportement géométrique. Nous présentons, dans le paragraphe suivant, les méthodes de modélisation et d’identification géométriques mises en place dans le cas des robots sériels.
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Eléments de modélisation des systèmes en conception : vue tolérancement géométrique

Eléments de modélisation des systèmes en conception : vue tolérancement géométrique

Résumé : La modélisation est présente tout au long du processus de conception. Néanmoins, les travaux existants ne couvrent généralement que certaines activités, que certains points de vue : analyse fonctionnelle, conception préliminaire, conception détaillée, simulation (structure, thermique, tolérancement…). L’objectif de ce papier est de proposer une vision générale permettant d’appréhender les différents types de modélisation. Cette approche doit permettre de poser les hypothèses émises lors de l’élaboration des modèles physiques pour la simulation. Ce processus permet de passer d’un système réel complexe à un modèle simplifié permettant de réaliser des simulations. Ce processus est défini par un ensemble d’opérations et est représenté par un schéma procédural. La définition des modèles de simulation est le résultat de ce processus de modélisation. L’ensemble de ces notions est illustré par un exemple simple du domaine du tolérancement géométrique avec une modélisation par une chaîne de cote.
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Modélisation géométrique et mécanique du complexe musculo-squelettique du rachis cervical sous facteur de charge

Modélisation géométrique et mécanique du complexe musculo-squelettique du rachis cervical sous facteur de charge

militaire ont donné naissance à des avions atteignant des niveaux d’accélération importants (9 Gz sur le Rafale). Ces accélérations, à l’origine de lésions cervicales aigües et chroniques, placent plus que jamais les tolérances biomécaniques des pilotes de chasse au centre des préoccupations. Dans le contexte de protection des personnels navigants, l’Institut de Recherche Biomédicale des Armées (IRBA) coordonne, avec le soutien de la Délégation Générale à l’Armement (DGA), un programme de recherche visant entre autres à mieux comprendre les mécanismes lésionnels impliqués. Les modèles en éléments finis constituent des outils particulièrement propices à l’analyse des risques lésionnels dans la mesure où ils offrent une information quantitative des niveaux de sollicitation des tissus. Néanmoins, aucun modèle ne permet à l’heure actuelle de prendre en compte à la fois les variabilités morphologiques interindividuelles et les tissus musculaires. Le but de cette étude est par conséquent de contribuer à l’étude des mécanismes lésionnels en proposant une approche de modélisation géométrique paramétrée et personnalisée. La méthode consiste à générer automatiquement des maillages du complexe musculo-squelettique du rachis cervical à partir de données issues d’imagerie médicale. Enrichis par des lois de comportement mécanique, ces maillages sont utilisés pour la construction de modèles en éléments finis dont les mobilités segmentaires sont validées dans un premier temps. Une étude préliminaire vise ensuite à mettre en évidence les effets de la morphologie et des tissus musculaires dans le cas des sollicitations en compression axiale qui sont récurrentes sous facteur de charge.
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Proposition d'une méthodologie de modélisation géométrique en contexte collaboratif

Proposition d'une méthodologie de modélisation géométrique en contexte collaboratif

sont aussi des « Corps de pièces », qui sont associés aux classes d’EGP par des opérations booléennes d’ajout. La figure 13 illustre cette transposition. 6.4. Le modèle de cohérence (activité A1 du diagramme IDEF-0) Son rôle consiste à assurer la cohérence entre les différentes vues du modèle géométrique du mécanisme. En effet, à travers notre méthodologie, nous avons pu constater qu’il était nécessaire de manipuler des entités géométriques transverses. L’exemple le plus marquant étant l’EGP qui appartient à la fois aux fonctions, mais également aux pièces, sachant qu’une fonction est constituée de plusieurs pièces et qu’une pièce participe à la réalisation de plusieurs fonctions. Dans ce contexte particulier, il est indispensable de gérer chaque entité géométrique élémentaire (les EGP) à partir d’une vue d’ensemble du mécanisme et du projet. Ceci permet notamment de prendre en compte l’intégralité du tissu relationnel des données et de garantir la cohérence du modèle géométrique du mécanisme. Le modèle de cohérence est donc un élément de pilotage fonctionnant en boucle fermée. Il est initialement alimenté par les données disponibles lorsque débute l’activité de modélisation géométrique, à savoir : celles résultant de l’analyse fonctionnelle du mécanisme. A ce stade du processus de conception du mécanisme, son rôle est double :
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Transformations de graphes pour la modélisation géométrique à base topologique

Transformations de graphes pour la modélisation géométrique à base topologique

En pratique, ces transformations sont plus complexes qu’il n’y paraît et sou- lèvent plusieurs problèmes comme le raccordement du motif transformé au reste du graphe. C’est pour cela que plusieurs approches existent, les plus communes étant les approches algébriques [ Corradini 2002 , Ehrig 2006 ] que nous présenterons et uti- liserons dans ce manuscrit. Signalons qu’elle n’ont pour l’instant pas d’application en modélisation, leur utilisation reste principalement cantonnée aux outils de véri- fication et de restructuration de programmes [ Hoffmann 2006 , Pérez 2010 ]. Or, la plupart des structures topologiques peuvent être représentées sous forme de graphes, ce qui fait de la modélisation géométrique une application de choix.
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Pépite | Évaluation des mobilités et modélisation géométrique du système pelvien féminin par analyse d’images médicales

Pépite | Évaluation des mobilités et modélisation géométrique du système pelvien féminin par analyse d’images médicales

Comme nous l’avons mentionné dans le chapitre 1 , la reconstruction géométrique à partir d’images patiente-spécifiques est un problème largement connu pour les applications médicales. La procédure est généralement effectuée en deux étapes : la segmentation et la modélisation des surfaces. Cependant, le volume segmenté est basé sur des voxels qui ne fournit pas directement les géométries de haute qualité en terme de simulation et le temps consacré à corriger ces surfaces (lissage, rectification etc.) est parfois sous-estimé. Rappelons que ce dernier processus de retouche et de lissage est aujourd’hui manuel, fastidieux et répétitif : un opérateur expérimenté, sur un logiciel dédié, a besoin de plusieurs jours de travail pour construire le modèle adéquat du système pelvien. D’ailleurs, la correction des surface ne peuvent pas prendre comme référence l’image de patiente, où il manque d’informations pour mesurer les erreurs générée par la modification des surfaces. Abordant de front ce problème, nous introduirons une nouvelle application du recalage des modèles à des images pour éviter la correction manuelle des géométries dégénérées. L’objectif de ce travail est de reconstruire semi-automatiquement à partir d’images médicales (IRM) des modèles géométriques, surtout lisses et réguliers qui pourront être utilisés pour des simulations, pourront être appliqués à des cas spécifiques des patientes.
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Contribution à la modélisation géométrique et mécanique du tronc de l'enfant

Contribution à la modélisation géométrique et mécanique du tronc de l'enfant

CONTRIBUTION À LA MODÉLISATION GÉOMÉTRIQUE ET MÉCANIQUE DU TRONC DE L'ENFANT R ESUME : Malgré l'obligation d'utiliser des Dispositifs de Retenue Enfant homologués, 2 321 enfants ont été tués en 2007 sur les routes européennes. Ce problème socio-économique majeur est expliqué par le manque de connaissance biomécanique de l’enfant. Le développement de modèles d’enfant nécessite la compréhension de ses paramètres biomécaniques et critères lésionnels. Ce projet, supporté par le GDR « Biomécanique des chocs » (CNRS/INRETS/GIE PSA Renault) et financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR-06-BLAN-0385 SECUR_ENFANT), a pour objectif de contribuer à l’amélioration de ces connaissances, en s’intéressant particulièrement au tronc de l’enfant. La réponse mécanique de ce segment corporel est essentielle car c’est le principal composant utilisé lors de la retenue en choc automobile. Les paramètres inertiels des segments corporels ont été calculés à partir de reconstructions personnalisées 3D issues de radiographies biplanaires basse dose. La description précise des côtes, du cartilage costal et du sternum a été évaluée à partir de modélisations 3D issues de données d’imagerie scanner. Des reconstructions de reins, rates et foies à partir de scanners abdominaux ont permis de définir la géométrie et le positionnement de ces organes dans le système ostéoarticulaire. Enfin, le comportement mécanique du thorax et de l’abdomen d’enfants a été quantifié à partir de manipulations in vivo faites en routine clinique de kinésithérapie respiratoire. Les résultats de ce travail, basés sur des examens in vivo, sont utiles à l’amélioration de la biofidélité du tronc des modèles d’enfants et contribuent à l’approfondissement des connaissances biomécaniques de l’enfant.
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Modélisation géométrique, maillage et simulation des structures granulaires – Application aux nanostructures Partie I. Aspects théoriques et algorithmiques de la modélisation – Cas de la dimension deux

Modélisation géométrique, maillage et simulation des structures granulaires – Application aux nanostructures Partie I. Aspects théoriques et algorithmiques de la modélisation – Cas de la dimension deux

II. Modélisation géométrique II.1 Problématique Un domaine nanostructuré peut être décrit par un rectangle en deux dimensions ou un parallélépipède en trois dimensions, contenant des disques ou des boules de rayons définis par une distribution donnée. Les disques ou les boules représentent les grains et les espacements entre ceux-ci les joints de grains. Dans la réalité, selon les résultats expérimentaux, les grains ressemblent plutôt à des cellules de Laguerre observées par microscopie (voir Figure 3). Outre les simplifications des calculs géométriques, cette modélisation des grains par des disques (ou des boules) est une bonne approximation pour des problèmes complexes où les calculs avec les vraies formes de grains sont très difficiles à réaliser.
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Modélisation géométrique par contraintes

Modélisation géométrique par contraintes

Modélisation géométrique par contraintes 1.1. Introduction 1.1.1. Les modeleurs déclaratifs Les modeleurs géométriques classiques permettent de décrire des formes géomé- triques très variées, mais ils ne prennent pas en compte les intentions de l’utilisa- teur, et n’utilisent pas son langage, ses gestes, ou son expérience du métier. Cela lui impose notamment d’acquérir un nouveau savoir-faire propre au logiciel, et ralentit la définition des maquettes numériques. Les modeleurs déclaratifs (ou la modélisa- tion par formes caractéristiques (features) en CFAO) entendent combler ce manque : idéalement, l’utilisateur spécifie avec le langage et les gestes qui lui sont familiers les contraintes qui définissent l’objet géométrique ou la scène ; selon l’application, ces contraintes sont des contraintes géométriques, esthétiques (une « ligne de carac- tère » avec un « beau galbé »), mécaniques, médicales, économiques, etc. ; le mode- leur traduit ces contraintes en une représentation interne, par exemple un système de contraintes géométriques (phase d’acquisition) ; le modeleur produit ensuite une ou plusieurs solutions qui satisfont au mieux les contraintes spécifiées (phase de géné- ration) ; l’utilisateur prend connaissance de ces solutions et corrige sa spécification (phase d’exploration) ; un modèle satisfaisant est ainsi obtenu en quelques itérations. Il faut distinguer deux catégories d’applications des modeleurs déclaratifs : les domaines artistiques ou ludiques (e.g., animation, synthèse d’image, aménagement urbain) où le côté esthétique des scènes modélisées prime sur leur précision ; et les domaines techniques (e.g., ingénierie, robotique, avionique) où les scènes doivent être
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Fusion multimodale d'images pour la reconstruction et la modélisation géométrique 3D du tronc humain

Fusion multimodale d'images pour la reconstruction et la modélisation géométrique 3D du tronc humain

5.5.4 Discussion The results above show that the proposed method is able to register the MRI, X-ray and TP data of a human torso with satisfactory precision, and doing so while still compensating for the deforma- tions that occur between images due to differences in posture in which these images are acquired. The residual registration errors still present in the results may be due to several factors. For example, the precision of the manual intervention required for the localization landmarks on all images has inherent limits. X-ray and MRI landmark localisation errors have been studied in previous works to be 2.1 ±1.5mm [119] and 3.17±3.3mm [121]. The MRI landmark localisation errors have been shown to significantly decrease to 1.57 ± 1.13mm when the centroids are compared, as is the case for our proposed registration method. In the case of the surface topography, where the resolution of the equipment is 1.1mm, the landmark localisation error is assumed to be equivalent to the radius of the adhesive markers, thus 2.5mm. The registration error between the surface topography and the X-ray data has been previously established at 2.7mm [16]. Ongoing work within our group is aimed at automating the landmark extraction process. Furthermore, unlike existing methods, our proposed articulated model method does not require actual correspondence points for registration. This is due to the fact that the center and the orientation of the vertebral bodies are used in order to calculate the transformation between vertebrae. Thus, the need for landmark extraction can be eliminated and replaced with the use of higher order primitives. This has the potential to reduce re- gistration variability and to improve precision. In terms of the correspondence points used to drive the thin-plate spline registration between the MRI and surface topography, the accuracy is not stu- died. These correspondences might suffer from a lack of accuracy due to the fact that deformations in the z axis between the 2 modalities that are due to gravity have not been taken into account by the articulated model. However, a lack of anatomically significant correspondences makes it difficult to measure the accuracy. Since the landmark selection is automatic, we assume that the precision is mostly dependent on the resolution of the images. In this case, the image with the lower resolution is the MRI. The MRI resolution is 1mm by 1mm in-plane and has 2mm thickness leading to a maximum distance of 2.45mm between voxels.
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Modélisation géométrique et mécanique des muscles du tronc: relation entre musculature, troubles posturaux et surcharges vertébrales

Modélisation géométrique et mécanique des muscles du tronc: relation entre musculature, troubles posturaux et surcharges vertébrales

2.5.3. Choix de notre approche Notre choix c’est donc porté sur une modélisation de type ‘modèle en coupe’, qui nous parait, dans le cadre d’une première approche, être la modélisation la plus simple à mettre en œuvre. Elle nous permet d’établir rapidement les conditions aux limites pour des modèles éléments finis, de disposer d’un outil d’analyse performant et, grâce à la structure sous laquelle elle est développée, de réaliser des études prospectives sur l’évolution des patients. Dans leur étude, Stockes et Gardner-M orse (2001) démontrent que des conditions locales d’attribution des efforts dans les muscles sont à même de bien prédire les niveaux d’efforts que l’on pourrait obtenir par des conditions d’attribution globales, si l’on prend comme référence les enregistrements EM G lors de l’accomplissement d’une série de tâches sur une population test. Ces auteurs trouvent en effet que la fonction d’optimisation prédisant le mieux les patterns EM G est la minimisation des efforts dans la liaison intervertébrale. Il s’agit, dans le principe, de l’hypothèse que nous avions retenus dès 1998 (Pomero, Lavaste et al. 1999).
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2007 — Contribution à la modélisation statistique du comportement énergétique et géométrique de la batterie LMP

2007 — Contribution à la modélisation statistique du comportement énergétique et géométrique de la batterie LMP

Une fois les paramètres statistiques de chaque procédé identifiés, nous les substituons dans les modèles développés précédemment pour obtenir nos estimations du comportement[r]

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Modélisation géométrique et mécanique tridimensionnelle du rachis thoracique et lombaire en configuration de choc automobile

Modélisation géométrique et mécanique tridimensionnelle du rachis thoracique et lombaire en configuration de choc automobile

F F . . MODELE ETRE HUMAIN [LIZ-26] L’utilisation d’outils mathématiques dans la conception automobile s’est considérablement développée durant ces dix dernières années et la modélisation y occupe une place essentielle. Ceci est particulièrement vrai dans le domaine de la sécurité où de nombreux paramètres doivent être pris en compte simultanément. Afin de satisfaire ces exigences, des mannequins de choc ont été développés mais ils restent peu biofidèles et ils sont spécifiques à un choc donné (frontal ou latéral). Pour cette raison, des modèles numériques de l’être humain ont été développés par de nombreux laboratoires. C’est dans ce contexte que le LAB, en collaboration avec le LBM, le CEESAR et l’INRETS a travaillé à la réalisation de modèles du cou, du bassin et du thorax qui ont été ensuite regroupés afin de posséder un modèle 50 ème centile adulte mâle en position de conduite. Cette première génération de modèle permet de prédire les trajectoires du cou, des épaules, du thorax, de l’abdomen et du bassin dans une direction quelconque d’impact. Par contre, il n’a pas été demandé une validation lésionnelle complète du modèle, notamment pour la tête et les membres supérieurs et inférieurs.
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Analyse biomécanique des mécanismes d'aggravation de la scoliose idiopathique de l'adolescent à l'aide de la modélisation géométrique et mécanique personnalisée

Analyse biomécanique des mécanismes d'aggravation de la scoliose idiopathique de l'adolescent à l'aide de la modélisation géométrique et mécanique personnalisée

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignemen[r]

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Contribution à l'automatisation du traitement des radiographies du système ostéoarticulaire pour la modélisation géométrique et l'analyse clinique

Contribution à l'automatisation du traitement des radiographies du système ostéoarticulaire pour la modélisation géométrique et l'analyse clinique

(4) Reconstruction 3D de plusieurs structures Enfin certaines méthodes s’appuient sur une approche plus globale en essayant de segmenter en même temps plusieurs structures anatomiques. Staal & Coll. (Staal et al. 2007) notamment proposent une méthode de segmentation de la cage thoracique à partir de coupes CT-scan du thorax. La méthode permet d’identifier automatiquement chacune des zones d’intérêt susceptibles de contenir une côte. Ces régions sont alors matérialisées par des primitives géométriques (Figure 14A). Une base d’apprentissage permet ensuite de sélectionner les primitives effectivement associées à une côte et de déterminer de quelle côte il s’agit (labellisation) (Figure 14B). Enfin, un algorithme de traitement d’image est utilisé pour segmenter l’enveloppe de chacune des côtes (Figure 14C). Notons qu’à l’étape de labellisation, l’opérateur a la possibilité de corriger manuellement les choix opérés. Cette méthode est évaluée à partir d’acquisitions CT-scan du thorax de 20 patients. L’algorithme permet d’identifier et de labelliser 98% des côtes (au niveau de leurs primitives anatomiques). En revanche, entre 2% et 10% des côtes présentent un problème au niveau de leur longueur (trop courte, trop longue ou « pénétrant » dans le rachis).
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Modélisation géométrique de mécanismes de suspension automobile

Modélisation géométrique de mécanismes de suspension automobile

Unite´ de recherche INRIA Lorraine, Technopoˆle de Nancy-Brabois, Campus scientifique, 615 rue du Jardin Botanique, BP 101, 54600 VILLERS LE` S NANCY Unite´ de recherche INRIA Rennes, Ir[r]

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Modélisation géométrique et mécanique personnalisée de l'appareil locomoteur

Modélisation géométrique et mécanique personnalisée de l'appareil locomoteur

Ce projet de recherche, mené en cotutelle entre le laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie de Montréal (LIO) et le laboratoire de biomécanique de Paris (LBM), vise à personn[r]

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