Data-driven design of expressive reduced models for deformation and contact

Abstract

Muchos de los objetos con los que interactuamos a diario son deformables. De hecho, los materiales deformables son un elemento fundamental en la fabricación de mobiliario, accesorios y herramientas, entre otras muchas cosas. Una de las principales razones de su uso tan extendido es su característico comportamiento mecánico. Estos materiales pueden cambiar de forma, se adaptan mejor a las interacciones, y tienden a ser más cómodos y ergonómicos. No sólo en la fabricación de objetos, los materiales deformables también son muy comunes en los seres vivos, como los humanos. A excepción de los huesos, nuestro cuerpo está formado principalmente por tejidos blandos, como músculos y grasa. De hecho, podríamos decir que nuestro cuerpo es uno de los objetos deformables más importantes en nuestras interacciones cotidianas. Por lo tanto, modelar y comprender adecuadamente el comportamiento de los materiales deformables es esencial para el progreso de distintas aplicaciones en computación gráfica, ingeniería mecánica y biomecánica. Además de ayudar a comprender nuestro entorno, el modelado de objetos deformables también es importante en entornos virtuales como juegos, simuladores de entrenamiento o realidad virtual. En este contexto, los mundos virtuales realistas exigen interacciones deformables complejas, con avatares, objetos y ropa, todo ello usando modelos de deformación adecuados para aportar una experiencia de inmersión completa. En el campo de la computación gráfica se han propuesto diversos métodos computacionales para el modelado de objetos deformables, con distinto alcance y dominio de aplicación, abarcando desde métodos aproximados e interactivos, a métodos más precisos. Por des gracia, aún no existe un modelo de deformación general que se adapte de forma práctica a todos los casos de uso. Motivados por esta limitación, en esta tesis utilizamos métodos basados en datos para acortar la brecha existente entre los modelos de simulación precisos y los interactivos. El objetivo de esta tesis es desarrollar métodos de simulación útiles para objetos deformables que sean rápidos y precisos, con especial atención a modelar eficiente mente comportamientos dinámicos, interacciones externas y deformaciones producidas por contacto. Para ello, investigamos la combinación de modelos físicos y técnicas basadas en datos.