Ce cours initie l'étudiant aux techniques numériques pour l'animation basée sur la physique dans les applications temps réel, tels que les jeux vidéo et les applications de réalité virtuelle. L'objectif principal de ce cours est de développer une compréhension des techniques fondamentales utilisées pour l'animation basée sur la physique.

Au terme de ce cours, l'étudiant sera en mesure :

• de comprendre les principes fondamentaux de la modélisation et de la simulation d'environnements physiques comprenant des corps souple et des corps rigides, des fluides et des personnages 3D;
• de réaliser ses propres applications d'infographie qui utilisent la simulation physique comme élément central ;
• d'analyser les méthodes numériques utilisées pour les simulations physiques et évaluer leur effet sur les exigences en temps réel et la précision d'une simulation.

Les sujets abordés incluent entre autres : intégration numérique, analyse numérique des systèmes physiques, dynamique des particules, systèmes masse-ressort, dynamique du corps rigide contrainte, stabilisation de contrainte, détection de collision, contact, déformations des corps élastiques, simulation des fluides, contrôle des personnages physique 3D.

Note sur les préalables : ils concernent les étudiants au baccalauréat.

À la suite de ce cours, l'étudiant(e) sera en mesure :

• de comprendre les composants fondamentaux d'une simulation physique interactive;
• d'implémenter une application 3D interactive qui utilise la simulation physique;
• de modéliser divers phénomènes physiques à l'aide d'un système linéaire et d'appliquer une intégration numérique des modèles.

Les objectifs seront atteints par un enseignement hebdomadaire sous la forme d'un cours magistral portant sur les concepts des simulations physiques, d’une série de quiz et devoirs à réaliser individuellement, d’un projet de conception et d’implémentation d’une application simulation physique et de la présentation orale des résultats du projet. La présentation orale est prévue à la dernière semaine du cours. 

Projet
Mi-session, l'étudiant(e) soumettra une proposition de projet qui sera realisé au cours de la seconde moitié du cours. Le projet doit être approuvé par le professeur. Le projet sera complété individuellement, sauf dans des cas spéciaux approuvés ou le projet peut être réalisé en groupes de deux.

Un rapport sur le projet sera remis à la fin du cours deux (2) jours après une présentation orale du projet. Le rapport utilisera le format d'un article de conférence et le rapport peut être rédigés en français ou en anglais.

Systèmes de particules (3 heures)
Intégration numérique (3 heures)
Simulation de tissu (3 heures)
Dynamique du corps rigide (6 heures)
Contraintes (3 heures)
Collision et contact (6 heures)
Objets déformables (6 heures)
Simulation de fluide (3 heures)
Personnages articulés (3 heures)
Sujet spécial (3 heures)

30 %   Quiz (3 x 10 %) 
20 %   Devoirs (2 x 10 %) (individuels)
50 %   Projet d’implémentation
            5 %  Proposition de projet 
            5 %  Rapport d’étape 
          10 %  Présentation orale 
          30 %  Code source + rapport final

Un travail remis en retard subira une pénalité de 20 % à laquelle s'ajouteront 20 % de pénalité par jour complet de retard. Lorsque plusieurs éléments sont à remettre pour un même travail, le travail est considéré complet seulement lorsque tous les éléments sont remis.

Ce cours n'inclut pas de manuel scolaire.  Cependant, les références optionnelles ci-dessous seront très utile pour de nombreux sujets du cours.

Kenny Erleben, Jon Sporring, Knud Henriksen, and Henrik Dohlmann (2005) “Physics-Based Animation” 
(disponible en ligne https://iphys.files.wordpress.com/2020/01/erleben.ea05.pdf )

Adam W. Bargteil and Tamar Shinar (2018) “An Introduction to Physics-based Animation”, SIGGRAPH '18: ACM SIGGRAPH 2018 Courses.
(disponible en ligne https://cal.cs.umbc.edu/Courses/PhysicsBasedAnimation/)

Andrew Witkin and David Baraf (2001) "Physically Based Modeling" SIGGRAPH '01 Course notes. 
(disponible en ligne http://graphics.pixar.com/pbm2001/)