Proposition de stage de fin d`études 2015 - pequan

Electricité de France R&D
Octobre 2014
Département SINETICS
1 av. du Général de Gaulle
92140 CLAMART
Proposition de stage de fin d'études 2015 :
Construction de graphes de Reeb et squelettes topologiques pour la
visualisation des champs scalaires dans le logiciel Open-Source
ParaView
Contexte
Dans le département de R&D d'EDF, des études d'ingénierie sont réalisées à l'aide de codes de
calcul qui résolvent les équations des différents phénomènes physiques à étudier (fluides,
thermodynamique, vibrations, etc). Ces codes produisent des grandes masses de données. Ces
résultats sont décrit sous forme de champs scalaires, par exemple la température dans chaque
position de l'espace dans un problème de thermodynamique. L'étude de ces résultats est crucial pour
les ingénieurs et se réalise actuellement à l'aide du logiciel Open Source Paraview.
La problématique du stage est de générer une représentation « simplifiée », un squelette ou un
graphe de Reeb (ou arbre de contour), à partir d'un champ scalaire 2D ou 3D issu d'une simulation
type éléments finis (réalisée notamment avec le code SATURNE qui simule la mécanique de
fluides). Ces squelettes sont très utiles en visualisation [Carr et al.], où ils permettent:
• De représenter visuellement et de manière synthétique les principales structures du champ ;
• D'accélérer l'extraction d'isosurface ;
• De segmenter facilement la géométrie en régions d’intérêt (selon le champ étudié);
• D'isoler les structures d’intérêt (par homologie persistante) ;
En pratique, ces squelettes sont utilisés pour identifier les tourbillons en mécanique des fluides (cf.
Illustration 1), identifier la structure des liaisons entre atomes dans les systèmes moléculaires (cf.
Illustration 1), suivre au cours du temps les points chauds en thermodynamique, etc.
Illustration 1: Extraction des tourbillons en mécanique des fluides (gauche) : les squelettes
topologiques permettent d'isoler facilement les points critiques d’intérêt pour ne visualiser au final
que les centres des tourbillons (gauche, bas). Extraction de liaisons covalentes et non-convalentes
en chimie quantique (droite) : le squelette permet d'identifier la structure des liaisons entre atomes
dans les systèmes moléculaires.
Objectifs du stage
Le stagiaire développera un plug-in pour Paraview qui construira un squelette topologique. Dans
une première étape il réalisera un plugin pour créer un graphe de Reeb. Cette implémentation lui
permettra de prendre en main rapidement les techniques de simplification et de représentation de ce
type de structure. Une infrastructure pour la création de graphes de Reeb existe déjà dans VTK (la
libraire de visualisation utilisé par ParaView), le stagiaire utilisera des appels à cette libraire pour
construire un premier plugin. Ce plugin sera testé avec des champs scalaires issus de simulations en
mécanique de fluides. Ce plugin pourra être enrichi de fonctionnalités de segmentation, de
simplification, et de représentation planaire du squelette.
Dans une deuxième étape, le stagiaire abordera la problématique du traitement de champs scalaires
incertains. Ces champs incertains deviennent actuellement un verrou dans la visualisation d'études
paramétriques où une simulation est exécutée plusieurs fois avec des paramètres différents. Le
stagiaire travaillera sur l'implémentation d'une partie des méthodes présentes dans l'article [Günther
et al.] . Le stagiaire sera amené à échanger avec Julien Tierny, chercheur CNRS responsable de ce
travail, qui le dirigera vers les bonnes solutions.
Le stage présente d'un coté l'avantage d'implémenter sur les outils EDF une structure
d'analyse/visualisation qui s'avère utile pour les ingénieurs d'études et, de l'autre coté, de construire
une infrastructure informatique qui peut être appliquée à d'autres projets de recherche de notre
groupe ; par exemple à la compréhension des champs incertains ou au prototypage d'algorithmes
post-traitement (avec Paraview) respectueux de la topologie. Enfin, ce stage permettra à l'étudiant
de développer une expertise sur la bibliothèque Open-Source VTK/Paraview (principal outil utilisé
dans le monde pour la visualisation 3D).
Conditions matérielles et compétences souhaitées
Durée : 6 mois de préférence (4 mois minimum)
Date de début souhaitée : mars/juin 2014
Profil du stagiaire : 3ème année d’école d’ingénieur généraliste ou informatique, ou équivalent
universitaire (master). Connaissance du C++.
Lieu de travail : EDF R&D à Clamart.
Indemnité : autour de 900 € par mois (dépend de la formation), plus éventuellement une prime de
logement de 180 € par mois pour les étudiants venant de province et s'installant en région
parisienne.
Contact
Alejandro RIBES ([email protected])
Julien TIERNY ([email protected])
Bibliographie
[Carr et al.] Hamish Carr, Jack Snoeyink, Michiel van de Panne, « Simplifying Flexible Isosurfaces
Using Local Geometric Measures », Proc. Of IEEE VIS 2004.
[ Günther et al.] David Günther, Joseph Salmon, and Julien Tierny, « Mandatory Critical Points of
2D Uncertain Scalar Fields », Proceedings of Eurographics Conference on Visualization (EuroVis)
2014.