Architecture Logicielle Haute Performance Pour La Simulation Temps Reel Synchrone D Objets Physiques Multi Sensoriels Retour D Effort Synthese De Sons Synthese D Images
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Architecture logicielle haute performance pour la simulation temps-reel synchrone d'objets physiques multi-sensoriels : retour d'effort, synthese de sons, synthese d'images
LE PROJET FONDATEUR DE L'ACROE EST LE DEVELOPPEMENT ET LA PROMOTION D'OUTILS DE SIMULATION INFORMATIQUE D'OBJETS DU MONDE REEL PAR LA MODELISATION DES PHENOMENES PHYSIQUES QUI LE COMPOSENT ET LE REGISSENT. CE PROJET DONNE NAISSANCE A DES RECHERCHES SUR TROIS AXES : LA DEFINITION D'UN FORMALISME DE CONCEPTION MODULAIRE DES MODELES PHYSIQUES (CORDIS-ANIMA), LA CONCEPTION DE LOGICIELS IMPLEMENTANT CE FORMALISME ET LA RECHERCHE D'OUTILS D'INTERACTION HOMME-MACHINE A HAUTE PERFORMANCE. MON ETUDE PORTE SUR LA REALISATION D'UN LOGICIEL DE SIMULATION EN TEMPS REEL EXPLOITANT AU MAXIMUM L'ARCHITECTURE TELURIS COMPOSEE D'UN ORDINATEUR POWERCHALLENGE MULTIPROCESSEUR DE SILICON GRAPHICS AVEC SA CARTE VIDEO, D'UNE CARTE D'ENTREE-SORTIE SONORE SPECIFIQUE ET DU TRANSDUCTEUR GESTUEL RETROACTIF DE L'ACROE. LA PREMIERE PARTIE DU DOCUMENT PROPOSE UNE ETUDE DE LA MISE EN FORME ALGORITHMIQUE DU FORMALISME CORDIS-ANIMA DANS TOUS SES ASPECTS : CARACTERISATION DES MODULES ET PLACEMENT DE LEUR EXECUTION DANS DES ALGORITHMES SEQUENTIELS EN RESPECTANT LE FLUX DE DONNEES CIRCULANT ENTRE CES MODULES POUR DES SIMULATIONS MONO A MULTIFREQUENCE ET MONO A MULTIPROCESSEUR. LA DEUXIEME PARTIE PRESENTE L'ANALYSE DES PERFORMANCES DE CALCUL DES DISPOSITIFS D'INTERACTION ET DE LA MACHINE DE CALCUL. NOUS Y OBSERVONS EN PARTICULIER LE DEBIT DE COMMUNICATION ENTRE CES ELEMENTS AINSI QU'ENTRE LES PROCESSEURS ET LA MEMOIRE DE LA MACHINE DE CALCUL ET PAR EXTENSION ENTRE LES PROCESSEURS POUR UNE SIMULATION MULTIPROCESSEUR PAR MEMOIRE PARTAGEE. Y SONT AUSSI DEVELOPPES QUELQUES ELEMENTS DECRIVANT LE COMPORTEMENT DU COMPILATEUR DE LANGAGE C DU SYSTEME QUI NOUS ONT PERMIS D'ECRIRE DU CODE A HAUT RENDEMENT POUR LES PROCESSEURS MIPS R8000. ENFIN, DANS UNE TROISIEME PARTIE, JE DECRIS L'IMPLEMENTATION DU MOTEUR DE CALCUL FAITE EN FONCTION DES OBSERVATIONS DE PERFORMANCE EFFECTIVE ET DE LA COMPILATION DES DIVERSES EXPERIMENTATIONS DE MODELISATION ET DE SIMULATION CONSTITUANT LE PATRIMOINE DE L'ACROE.
Architecture de machine pour la simulation d'objets physiques en temps réel
LES ALGORITHMES DE SIMULATION, BASE DU MODELEUR SIMULATEUR D'OBJETS PHYSIQUES CORDIS-ANIMA, NECESSITENT DES PERFORMANCES ET UNE ARCHITECTURE PARTICULIERE POUR LA MACHINE QUI VA LES EXECUTER. LA CONCEPTION ET LA MISE EN UVRE DES CONDITIONS MATERIELLES DE LA SIMULATION CONSTITUENT UN AXE MAJEUR DES TRAVAUX DE L'ACROE. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE DE DEVELOPPER UNE ARCHITECTURE DE MACHINE EFFICACE PERMETTANT L'INTERACTION MULTISENSORIELLE ET EN TEMPS-REEL ENTRE UN OPERATEUR ET UN OBJET SIMULE PAR MODELE PHYSIQUE. LES CONTRAINTES LIEES A CE TYPE DE SIMULATION SONT MULTIPLES: LES FREQUENCES DE SIMULATION VARIENT DE 1 KHZ A 44 KHZ SELON LA NATURE DE L'OBJET MODELISE ; LE MODE D'EXECUTION DES ALGORITHMES EST NECESSAIREMENT SYNCHRONE ET DE DUREE CONSTANTE ; UN BON RENDU DES OBJETS SIMULES EXIGE DES PUISSANCES DE CALCUL DE 500 MFLOPS A 1 GFLOPS. D'AUTRE PART, COMPTE TENU DU HAUT DEGRE D'INTERCONNEXION ENTRE MODULES DANS LA PLUPART DES OBJETS PHYSIQUES CORDIS-ANIMA, SEULE UNE ARCHITECTURE PARALLELE DONT CHAQUE NUD FOURNIT UNE PUISSANCE DE CALCUL TRES ELEVEE PEUT SOLUTIONNER LA PROBLEMATIQUE DE SIMULATION PHYSIQUE TEMPS-REEL. SUITE A L'ETUDE DE DIVERSES SOLUTIONS PROCESSEURS, NOUS AVONS OPTE POUR UN COMPROMIS ALLIANT PERFORMANCES, PORTABILITE, FACILITE DE PROGRAMMATION ET COUT: LE PROCESSEUR R8000 DE MIPS. LES PROCESSEURS DE CALCUL SONT CONNECTES AUX TRANSDUCTEURS DE SORTIE (ECRAN, CLAVIER GESTUEL A RETOUR D'EFFORT ET HAUT-PARLEUR) PAR DES CARTES SPECIFIQUES POUR LE GESTE, LE SON ET L'IMAGE. LA SYNCHRONISATION TEMPS-REEL ENTRE LES DIFFERENTS ELEMENTS DE L'IMPLANTATION EST REALISEE PAR UNE HORLOGE EXTERNE UNIQUE. CETTE ARCHITECTURE A PERMIS DE DEVELOPPER QUELQUES EXEMPLES DE SIMULATIONS QUI METTENT EN EVIDENCE, A 1 KHZ, UNE GRANDE RICHESSE DES MODELES SIMULES
Algorithmes parallèles de simulation physique pour la synthèse d'images
Cette thèse combine le calcul haute performance à la réalité virtuelle par son apport de méthodes de calcul parallèle pour l'animation d'objets 3D en synthèse d'image. Son application vise plus particulièrement le domaine de la simulation de textiles par modèles physiques. Les lois fondamentales de la dynamique ont en effet été employées pour modéliser le mouvement de plusieurs objets dans un souci de réalisme. Les modèles employés étant numériquement complexes,le calcul d'une image en séquentiel varie de la seconde à plusieurs minutes suivant la complexité du modèle. L'objectif a été de diminuer ce temps par la parallélisation des algorithmes et l'exécution sur grappes de machines multiprocesseurs afin d'obtenir des animations en temps réel. Différentes méthodes d'intégration des équations du mouvement ont été implantées en parallèle. Dans le cas de l'emploi de méthodes implicites, les opérations coûteuses en calcul proviennent de la résolution de systèmes linéaires par la méthode du Gradient Conjugué impliquant des opérations d'algèbre linéaire de type multiplications de matrices creuses et de vecteurs. Ce projet de thèse a contribué à l'obtention de nouvelles structures algorithmiques parallèles efficaces avec l'obtention d'algorithmesasynchrones. Il a également permis de valider l'approche de l'environnement de programmation parallèle Athapascan (projet INRIA-APACHE)avec la mise au point d'applications avec des contraintes temps réel mou ainsi que le contrôle dynamique de son ordonnanceur. Durant ce projet de thèse, un couplage entre la simulation parallèle de textiles et son affichage utilisant l'environnement de visualisation multi-écrans Net Juggler a également été réalisé en faisant communiquer efficacement ces deux programmes parallèles.