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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Sheldon Andrews

PLAN DE COURS

Été 2023
MTI855 : Physique des jeux (3 crédits)

Préalables
Aucun préalable requis

Descriptif du cours
Ce cours introduit les étudiantes et les étudiants 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.

À la fin du cours, les étudiantes et les étudiants seront 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 ; réaliser leurs propres applications d'infographie qui utilisent la simulation physique comme élément central ; 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.

Objectifs du cours

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.

Stratégies pédagogiques

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. L'étudiant(e) analysera également un article scientifique courant dans un domaine connexe, suivi par une présentation orale qui démontre une compréhension claire de l'article et de son lien avec le matériel technique présenté dans le cours.

Les présentations orales commenceront dans la seconde moitié de la session et elles seront distribuées au cours des semaines restantes. L'agenda sera déterminé après le troisième cours.

Utilisation d’appareils électroniques

L'étudiant(e) doit utiliser leur ordinateur pour faire les devoirs. L'installation d'un compilateur C++ est nécessaire pour les faire.

Un appareil électronique (ordinateur portable ou tablette) sera également nécessaire pour répondre aux questions de quiz par voie électronique (Moodle).

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Lundi	13:30 - 17:00	Activité de cours

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Quôc-Minh Tôn-Thât	Activité de cours	cc-quoc-minh.ton-that@etsmtl.ca

Cours

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 (4 heures)
Personnages articulés (2 heures)
Sujet spécial (3 heures)

^*Ces heures sont des heures approximatives d'enseignement pour chaque sujet et incluent le temps alloué aux quiz et aux présentations d'articles scientifiques.

Laboratoires et travaux pratiques

Il n'y a pas de périodes de laboratoires à l'horaire.

Dans le cadre du cours, les étudiant(e)s réalisent individuellement trois (3) mini-applications en C++. Les étudiant(e)s utilisent les techniques présentées dans les cours magistraux pour développer des simulations physiques. Le code de départ sera fourni, ce qui permettra à l'étudiant de se concentrer sur l'implémentation des fonctions liées à la simulation physique.

Évaluation

30 % Quiz (3 x 10 %)
45 % Devoirs (3 x 15 %) (individuels)
20 % Présentation orale d'un article scientifique
5 % Participation et discussion

Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

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.

Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).

Infractions de nature académique
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet. À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Documentation obligatoire

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

Ouvrages de références

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 )

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Adam W. Bargteil and Tamar Shinar (2019) “An Introduction to Physics-based Animation”, SIGGRAPH '19: ACM SIGGRAPH 2019 Courses.
(lien : https://cal.cs.umbc.edu/Courses/PhysicsBasedAnimation/)

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

Eftychios Sifakis et Jernej Barbic (2012) "FEM Simulation of 3D Deformable Solids". SIGGRAPH '12 Course notes.
(lien : http://www.femdefo.org/)

Sheldon Andrews and Kenny Erleben (2021) "Contact and Friction Simulation for Computer Graphics". SIGGRAPH '21 Course notes.
(lien : http://siggraphcontact.github.io/)