Action transversale VENISE
Virtualité et ENvironnement Immersif pour la Simulation et l'Expérimentation
LIMSI-CNRS, Université Paris-Sud, Bât. 508, B.P. 133, 91403 Orsay cedex (France).

Réalité Virtuelle pour la Mécanique des Fluides

(voir aussi projet ANR MDMSA « CoRSAIRe »)

Responsables : B. Podvin, F. Lusseyran ;
Chercheurs impliqués : P. Bourdot, Y. Fraigneau, P. Gougat, C. Tenaud, D. Touraine, J.-M. Vézien.

Cet axe est issu de la coopération engagée en octobre 1998 entre les deux départements du laboratoire, lorsque plusieurs chercheurs du futur groupe ``Geste et Image'' se sont lancés dans la conception et le développement du logiciel Mécanique des fluides (voir figures), la première application de RV développée au sein du LIMSI qui permet la visualisation stéréoscopique de bases de données d'écoulements. Sur l'expérience ainsi acquise, notre objectif est maintenant de définir les modalités d'une exploration immersive optimale pour l'étude qualitative d'écoulements tridimensionnels et instationnaires.

Dans ce domaine d'application, les informations à analyser peuvent provenir de simulations numériques ou de modèles expérimentaux. Ce sont des vecteurs de grandeurs physiques (vitesse, pression, température, déplacement de gradients de scalaires...) principalement échantillonnées sur des maillages tridimensionnels à topologie rectangulaire (typiquement des grilles cartésiennes XYZ ou homéomorphes à celles-ci : portions de cylindre ou de tore...). La taille typique des bases de données à traiter est d'environ 1 million de points pour chaque instant d'une simulation, donc des données dynamiques extrêmement lourdes à engendrer, tant en calcul qu'en visualisation stéréoscopique.
La visualisation stéréoscopique de bases de données statiques que permet déjà l'application Mécanique des fluides constitue en soi un outil nouveau pour les chercheurs du domaine (cf. figure 1). Au demeurant, la richesse et la complexité croissante des écoulements turbulents étudiés requiert la mise au point d'environnements logiciels plus efficaces pour l'exploration immersive de ces phénomènes spatio-temporels. L'un des buts visés est par exemple de pouvoir aider efficacement la réalisation de taxinomies sur les micro-structures de certains écoulements, afin de pouvoir mieux cibler les objectifs des recherches fondamentales et expérimentales en mécanique des fluides.
Du point de vue de la RV, l'intérêt de travailler sur ce type de système est principalement de proposer des solutions nouvelles en termes d'architecture logicielle et de gestion de scènes complexes. Mais ces solutions ne peuvent être pensées de facon pertinente sans l'interaction avec les chercheurs en mécanique des fluides, puisqu'il convient de ne pas dénaturer les phénomènes à explorer. Dans ce contexte et dans l'état actuel de l'avancement de notre réflexion, deux problématiques de recherche se dégagent à moyen et long termes.

Il s'agit tout d'abord de la mise en évidence des structures cohérentes. En effet, puisqu'il n'existe pas de définition précise de ce qui constitue une structure cohérente, et donc pas de critère universel de détection, les chercheurs en mécanique des fluides sont amenés à choisir parmi un arsenal de procédures d'identification - telles que l'analyse en ondelettes, la décomposition orthogonale, l'échantillonnage conditionné pour n'en citer que quelques-unes - celle qui leur paraît la mieux adaptée au problème en question (contrôle de l'écoulement, interaction fluide-structure). Une fois les caractéristiques essentielles de l'écoulement isolées, ils pourront alors chercher à prédire, voire à contrôler, leur évolution. De manière générale, l'application d'une procédure de détection accompagnée ou non d'une focalisation sur une région particulière de l'écoulement consiste à appliquer une succession de filtres au signal. L'efficacité et la rapidité de la procédure de filtrage dépendent fortement des contraintes de temps et de mémoire induites par la configuration matérielle de la plate-forme et les divers montages informatiques réalisés. Notons que le problème de structuration des données qui apparaît ici s'inscrit dans un contexte plus large que la simple expertise physique, puisqu'il concerne également le stockage, la transmission et l'affichage des données.
En second lieu, il s'agit de la comparaison qualitative entre les modèles expérimentaux et numériques (cf. bouclage entre réel et virtuel). En ce qui concerne cette seconde problématique, rappelons que l'ensemble des résultats tant numériques qu'expérimentaux se présente sous la forme de grilles avec des valeurs aux noeuds. Une confrontation quantitative pas à pas entre valeurs expérimentales et résultats numériques n'a pas de sens dans le cas d'un problème instationnaire fortement non-linéaire et donc non reproductible. En revanche, une comparaison qualitative directe 3d et adaptative, de l'évolution spatio-temporelle des structures mesurées et simulées, pourrait se révéler un puissant outil de validation. Cependant, les métrologies existantes ne permettent pas d'envisager l'accès à une information tridimensionnelle complète à une cadence compatible avec les échelles de temps caractéristiques de la plupart des écoulements. Il faudra donc étudier l'insertion des données expérimentales partielles au sein de la visualisation des champs obtenus par simulation numérique.

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AXE "Bouclage réel / virtuel et compression de données en Mécanique des Fluides"
Contact : François.Lusseyran@limsi.fr
Action transversale VENISE
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