Rendu realiste en temps reel pour un simulateur medical

                       Fabrice Neyret


CONTEXTE:

Le stage propose' entre dans le cadre de la realisation d'un
simulateur d'operations chirurgicales par laparoscopie 
(chirurgie non-invasive du foie, pour lequelle deux instruments
ainsi qu'une fibre optique portant une micro-camera sont introduits 
par de petits orifices pratiques dans le ventre du patient).
Le simulateur en realite virtuelle a pour but de permettre aux 
chirurgiens de s'entrainer a la technique laparoscopique en general,
ou de preparer une operation en particulier.

Nous disposons d'un maillage du foie, et travaillons actuellement 
a l'amelioration de la simulation des deformations de l'organe 
sous l'action des instruments.
Independamment des travaux sur l'animation, nous travaillons aussi
sur le rendu: une plateforme de simulation permettant l'affichage
realiste en temps reel de l'apparence du foie a ete developpee en 1998.
Elle gere trois aspects du realisme de l'apparence:
- aspect granuleux de la peau du foie,
- reflets de la source de lumiere sur la surface,
- marque des instruments sur la surface.
Ces 3 aspects sont realises a l'aide de 3 couches de texture.


OBJECTIFS:

On souhaite ajouter de nouveaux effets visuels a partir
du `moteur' qu'est la plateforme de simulation.
Plusieurs directions nous interessent:

- Evolutions de l'aspect de surface (brulure, contusion ou paliement).
  Le `moteur' de la plateforme permet de dessiner a la surface;
  il faut maintenant pouvoir faire des generateurs de motifs
  qui evoluent dans le temps:
  Ajourd'hui le clic de souris provoque le trace instantanne d'une tache,
  a l'issue du stage il devra initier un processus etale dans le temps,
  simulant la peau qui palie un certain temps quand on l'a comprimee,
  la surface qui rougie et diffuse suite a une contusion,
  ou qui brule sous l'effet de la cauterisation.

- Le grain de la peau est obtenue avec une texture de couleur.
  On peut en ameliorer l'aspect, notamment avec des techniques de `bump'
  qui permettent de donner une impression de relief.

- Au niveau de la simulation du mouvement, on compte gerer
  cette annee la decoupe du foie. Au niveau rendu, il faut alors
  pouvoir `habiller' la surface qui s'ouvre a l'interieur de la coupe.

- Les techniques de rendu peuvent egalement servir l'animation,
  au niveau de la detection des collisions:
  En placant une camera au bout de l'instrument et regardant vers l'arriere,
  il y a collision si... la camera voit quelquechose.
  Vu sous cet angle le traitement semble facile, alors qu'en general
  la detection des collisions est un probleme redoutable.


REALISATION ATTENDUE:

Comme on le voit, le stage comporte des aspects de developpement
(lesquels font neanmoins appel a un minimum de creativite), et des aspects 
de recherche. Il ne s'agit pas bien sur de traiter tous les aspects cite !
On s'interessera a priori d'abord au premier objectif.

La programmation effective se fera en C  et OpenGL sur station 
Silicon Graphics; notre equipe dispose notamment d'une Onyx avec 
carte graphique Reality Engine.