Skating Boat

octobre 2004

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Le projet que voici est une expé­ri­men­ta­tion tech­ni­que. Il s’agit de simu­ler un bateau. Pour réduire le champ d’appli­ca­tion, ce ne fut pas un bateau qui vogue sur l’eau (une sur­face d’eau en 3D est très com­pli­qué en soi), mais un véhi­cule à voiles muni de patins à glace. Cet engin est d’ailleurs le véhi­cule non-moto­risé le plus rapide au monde !

Le projet était de réa­li­ser des sys­tè­mes auto­ma­ti­sés pour gou­ver­ner l’engin, à la manière d’un rig (ensem­ble de méca­nis­mes appli­qués sur le sque­lette d’un per­son­nage, ses contrain­tes... pour faci­li­ter la tâche d’ani­ma­tion). Il a été réa­lisé avec Maya.

Après avoir modé­lisé les par­ties fixes du "bateau", avec poly­go­nes, le but pre­mier a été d’animer la baume, la barre qui pivote autour du mat, autour des­quel­les est atta­chée la voile (en Cloth Simulation, simu­la­tion de vête­ments). Ensuite, il a été néces­saire de créer une struc­ture de cor­da­ges atta­chés à ces éléments fixes (bateau, mat) et mobile (baume).

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Les dif­fé­ren­tes par­ties méca­ni­ques des struc­tu­res mobi­les du bateau sont arti­cu­lées avec des "bones" (des os vir­tuels de sque­lette) avec des contrain­tes les empê­chant de se dépla­cer ou pivo­ter au-delà d’un cer­tain degré. Les éléments comme les pou­lies ou les cor­da­ges ont ensuite été atta­chés à ces éléments.

Les cor­da­ges qui peu­vent se défor­mer (sous la voile, à l’opposé de la struc­ture du haut du mat), sont com­po­sés de nom­breux bones pour per­met­tre une cour­bure.

D’autres sortes de cor­da­ges ont été expé­ri­men­tés et mis en place dans ce projet. Nous allons le voir dans un second temps.

Pour les par­ties méca­ni­ques, des inter­fa­ces ont été réa­li­sées (avec le sys­tème de script de Maya, MEL) pour per­met­tre de regrou­per les contrô­les de ces éléments, d’appli­quer des for­mu­les mathé­ma­ti­ques et éviter de devoir animer chaque élément. La pos­si­bi­lité de sauver la posi­tion ou la rota­tion des éléments à chaque ins­tant est également acces­si­ble dans ces inter­fa­ces.

Pour simu­ler les cor­da­ges, nous avons évoqué ceux com­po­sés de "col­liers" de bones, c’est une méthode facile pour ceux qui ont des mou­ve­ments limi­tés. En effet, plus il y a d’axes de rota­tion et de dépla­ce­ment,s il faut soit animer manuel­le­ment ces points, ou écrire une expres­sion mathé­ma­ti­que qui cal­cule un point inter­mé­diaire.

Il existe d’autres solu­tions pour plus de liberté. Une deuxième consiste à des­si­ner un tracé sur un plan, là où on désire placer un cor­dage. Avec le logi­ciel 3D, on "sau­pou­dre" le tracé de par­ti­cu­les de manière uni­forme sur toute sa lon­gueur.

L’inté­rêt des par­ti­cu­les est qu’elles peu­vent se dépla­cer libre­ment (ou moins si on leur appli­que des contrain­tes basées sur les lois de la phy­si­que). Nous pou­vons donc créer un grand nombre de par­ti­cu­les sans avoir à se préoc­cu­per de cha­cune. Pour notre cor­dage, on relie par un "res­sort vir­tuel" les par­ti­cu­les voi­si­nes les unes des autres. Nous obte­nons une chaine de par­ti­cu­les reliées par des res­sorts. La dif­fi­culté ici est de bien régler l’élasticité des res­sors pour confé­rer à l’ensem­ble une ani­ma­tion de corde.

Ainsi, avec cette méthode, il suffit d’animer les points de la corde que nous dési­rons dépla­cer, et le reste suit le mou­ve­ment. Les par­ti­cu­les peu­vent en outre être sou­mi­ses à des forces comme la gra­vité, le vent, des tur­bu­len­ces, sans que les points de contrôle en soient affec­tés.

Une troi­sième méthode d’ani­ma­tion de corde est de créer un mor­ceau de ruban en "cloth simu­la­tion". Les mou­ve­ments du ruban sui­vront les forces mises en pré­sence dans le sys­tème de simu­la­tion. La dif­fi­culté ici réside également dans le para­mé­trage de l’élasticité et la résis­tance du tissu, selon l’échelle.

Pour l’appa­rence phy­si­que de la corde, on peut contrain­dre un tube aux dépla­ce­ment d’une courbe 3D qui suit les points du ruban ou conser­ver le ruban lui-même, mais il peut subit des tor­sions indé­si­ra­bles..

Voilà ci-des­sous les trois exem­ples de cor­da­ges, avec l’affi­chage des struc­tu­res de leur fonc­tion­ne­ment.

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Ensuite, la voile a été réa­li­sée en "cloth-simu­la­tiion", réa­gis­sant ainsi à l’influence du vent, mais aussi aux tur­bu­len­ces d’air qu’on a pu lui ajuter, ainsi qu’aux accé­lé­ra­tions et chan­ge­ments de direc­tion du véhi­cule.

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Enfin, d’autres éléments de cor­da­ges ont été atta­chés sur la voile (les ris) ainsi que des sytè­mes d’éjection de par­ti­cu­les à partir des patins de l’engin (pour créer de la fumée et l’éjection de matière du sol). Les ris ont direc­te­ment été atta­ch­hés à es pooints sur la voile, et régis comme des éléments de "cloth-simua­tion". Ainsi, la voile peut bouger libre­ment, il n’est pas néces­saire de s’occu­per manuel­le­ment de ses mou­ve­ments, et les ris ont leur liberté propre.

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Les dif­fé­rents sys­tè­mes de par­ti­cu­les éjectées des patins ser­vent aux petits blocs de glace et à la fumée. Ils sont éjectés en fonc­tion de la vitesse de l’engin, de l’orien­ta­tion de chaque patin en fonc­tion de la direc­tion de l’engin. Avec ce sys­tème app­pelé "rig" poour le bateau, il est désor­mais poos­si­ble de se foca­li­ser sur l’anim­ma­tion géné­rale du bateau, à la manière d’un marin, ou du pilote, et tous les détails tech­ni­ques sont auto­ma­ti­sés.

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Ici est pré­senté un test d’affi­chage des par­ti­cu­les de fumée comme trai­née des patins du véhi­cule. Evidemment, cet illus­tra­tion ne sau­rait être suf­fi­sante à elle toute seule, il faut y ajou­ter des "mor­ceaux" de glace, et ajus­ter la trans­pa­rence de cette fumée.

Et voilà, quel­ques rapi­des aper­çus de l’uti­li­sa­tion du "rig" pour l’ani­ma­tion du bateau.

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