Modélisation 3D et simulation chirurgicale

Compétences visées

Présenter les principaux concepts et  modèles de la modélisation géométrique, du rendu, de l’interaction et de la déformation  pour produire des simulation temps réel pour l'assistance et la formation à la chirurgie.
À l'issue de cet enseignement, l'étudiant aura acquis la culture et les bases nécessaires à la compréhension et la réalisation de simulateurs médicaux et chirurgicaux.

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Present the main concepts and models of geometric modeling, rendering, interaction and deformation to produce real-time simulation for assistance and training in surgery.
After this lecture, the student  will have acquired the culture and the basis for the understanding and realization of medical and surgical simulators.

Syllabus

Topologie: Généralité sur la modélisation géométrique, topologie, variété, genre, orientabilité,  modèles topologique, cartes combinatoires.
Modèle de plongements: Généralité, courbe & surface gauches, surfaces de subdivision, propriétés géométriques des maillages.
Génération de maillages: marching-cube, marching-triangle, simplification, maillages volumiques, multi-résolution.
Rendu et visualisation : algorithmes de tracé 2D/3D, perspective, modèles d'éclairage, lancer de rayons, visualisation surfacique vs. volumique, textures, bump mapping.
Interaction 3D pour la simulation : principes généraux de l'interaction 2D/3D, ergonomie, réalité virtuelle, interfaces à retour d'effort, exemples d'utilisation dans le domaine médical.
capture de mouvements, modèle hiérarchique, représentation de mouvement et déformation
déformation de maillages à partir des données de capture de mouvements, programmation sur Matlab
rappel sur la mécanique des milieux continus et sur la méthode de résolution par éléments finis.
Simulations pour le temps réel, solveur linéaire, parallélisation, GPU.
Méthodes de détection de collision sur des matériaux déformables.
Méthodes de réponse aux contacts en temps réel, couplage mécanique et haptique sur déformable.

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Topology: Generalities on geometric modeling, topology, manifold, genus, orientability, topological models, combinatorial maps.
Embedding model: Generalities, curve & subdivision surfaces, geometric properties of meshes.
Mesh generation: marching-cube, triangle-marching, simplification, volume meshes, multi-resolution.
Rendering and Visualization: Algorithms 2D plot / 3D perspective, illumination models, ray tracing, surface visualization vs. volume visualization, textures, bump mapping.
3D interaction for simulation: general principles of interaction 2D / 3D, ergonomics, virtual reality, force feedback interfaces, sample applications in the medical field.
Motion capture, hierarchical model, motion and deformation representation
Deforming meshes from motion capture data, Matlab programming
Recall on the continuum mechanics and solving finite element method.
Simulations for real-time, linear solver, parallelization, GPU.
Collision detection methods on deformable materials.
Response methods to real-time contacts, mechanical coupling and haptic on deformable.

Informations complémentaires

Pour les étudiants du parcours Imagerie, robotique médicale et chirurgicale suivant cette matière dans le cadre du bloc 1 et 2 de l'UE 4 - IRMC "hors cursus ingénieur" et "médecin", celle-ci est équivalente à 3 ECTS.

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