Efficient contact determination between solids with boundary representations (B-Rep). (Détermination efficace des contacts entre solides représentés par modélisation surfacique (BRep))

Avec le developpement de systemes robotiques avances et de tâches de teleoperation complexes, le besoin pour la realisation de simulations en amont des operations sur les systemes reels se fait de plus en plus ressentir. Cela concerne en particulier les tests de faisabilite, d’entrainement d’operateurs humains, de planification de mouvement, etc. Ces simulations doivent generalement etre realisees avec une precision importante des phenomenes physiques, notamment si l’operateur humain est suppose faire face aux memes comportements mecaniques dans le monde reel que sur la scene virtuelle. La detection de collision, c’est a dire le calcul de points de contact et des normales de contact entre des objets rigides en mouvement et susceptibles d’interagir, occupe une portion significative des temps de calcul pour ce type de simulations. La precision ainsi que le niveau de continuite de ces informations de contact sont d’importance premieres afin de produire des comportements realistes des objets simules. Cependant, la qualite des informations de contact ainsi calculees depend fortement de la representation geometrique des parties de la scene virtuelle directement impliquees dans la simulation mecanique. D'une part, les representations geometriques basees sur des volumes discrets ou des tessellations permettent une generation de contacts extremement rapide, mais en contrepartie introduisent des artefacts numeriques dus a l’approximation des formes en contact. D'autre part, l’utilisation de representations surfaciques lisses (composees de courbes et surfaces lisses) produites par les modeleurs CAO permet d’eliminer ce probleme d’approximations. Cependant, ces approches sont actuellement considerees trop lentes en pratique pour des applications en temps reel.Cette these est dediee au developpement d’une premier framework de detection de collision entre solides modelises par representation surfacique lisses suffisamment efficace pour offrir des performances temps-reel pour certaines applications industrielles necessitant un niveau de precision eleve. Ces applications prennent typiquement la forme de la simulation d’operations d’insertion avec faible jeu. L’approche proposee est basee sur une hierarchie de volumes englobants et tire profit de caracteristiques clef des composants mecaniques industriels dont les surfaces sujettes a des contacts fonctionnels sont generalement modelisees par des surfaces canoniques (cylindres, spheres, cones, plans, tores). Les contacts sur des surfaces d’interpolation telles que les NURBS sont generalement accidentels et rencontres lors d’operations de maintenance et de fabrication. Cette hierarchie de volumes englobants est amelioree par l’identification d'entites supermaximales afin d’eviter la localisation redondante de points de contacts entre surfaces canoniques parfois decoupees en plusieurs entites distinctes. De plus, le concept de cones polyedrique de normales est defini afin d’etablir des bornes de normales plus precises que les cones de normales de revolution existants. Additionnellement, le framework ainsi developpe est etendu afin de supporter des configurations incluant des câbles modelises par des courbes de Bezier dilatees. Enfin, l’exploitation de la coherence temporelle, ainsi que la parallelisation de l’ensemble du framework permet l’execution en temps reel de certains scenarios industriels.