Thèse Visualisation de Maillages Nurbs en Dimension 3 H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Informatique et sciences du numérique École doctorale : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication Laboratoire de recherche : Laboratoire en Informatique Haute Performance pour le Calcul et la simulation Direction de la thèse : Franck LEDOUX Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-07-14T23:59:59 Le CEA DAM développe depuis plusieurs années un logiciel de génération de maillages Magix3D et de visualisation Themys, tous deux basés sur la bibliothèque de rendu VTK (Visualization ToolKit). Cette dernière fournit de nombreux algorithmes pour la visualisation de résultats de simulation numérique, et ce en contexte HPC.

L'objectif du travail de thèse proposé sera d'enrichir la bibliothèque VTK de mécanismes de visualisation et de manipulation de maillages courbes représentés par des éléments NURBS de degré arbitraire. Deux éléments clés seront à prendre en compte : la capacité à mesurer la fidélité des données visualisés par rapport aux données initiales et la visualisation de données de grande taille représentative des études menées au CEA DAM. Pour cela, des algorithmes de type rendu volumique seront à étudier et étendre pour traiter les éléments NURBS. Le travail de thèse proposé s'inscrit dans le cadre du programme Simulation du CEA DAM. Lancé en 1996,ce programme a pour objectif de garantir la fiabilité des têtes nucléaires françaises sans essais nucléaires. Pour cela il s'appuie sur la simulation numérique portée par de grands codes de calcul qui sont exécutés sur des calculateurs de puissance. La validation des résultats obtenus est ensuite réalisée par partie sur de grandes installations expérimentales telles qu'Epure et le Laser Mégajoule (LMJ).Nous nous intéressons ici aux codes de calculs du programme Simulation, et plus particulièrement, à ceux reposant sur des méthodes numériques nécessitant de discrétiser en espace des objets d'étude sous la forme d'un maillage structuré. Ce sera par exemple le cas de codes simulant la fusion par confinement inertiel pour le LMJ, ou d'autres s'intéressant à la prévision des écoulements hypersoniques pour la rentrée atmosphérique. Ces simulations nécessitent aujourd'hui de disposer de maillages quadrangulaires (en 2D) ou hexaédriques (3D) structurés par blocs [RBHL24], dont les blocs peuvent êtres courbes avec des géométries complexes qui nécessitent la représentation avec des éléments NURBS (Non-Uniform Rational Basis Splines). À notre connaissance, la visualisation de ce type de maillage est limitée sur la plupart des outils de visualisation standards, ce qui peut être bloquant lors de la manipulation de ces maillages ou la visualisation de grandeurs d'intérêt sur ces maillages. Le but de cette thèse est de converger vers une solution exacte et efficace pour visualiser des géométries NURBS (2D et 3D) dans un outil de visualisation comme Themys (développé au CEA). La première étape consiste à écrire en langage compilé (C++ ou Rust) une méthode de transformation entre représentation NURBS et Bézier [Lan24] et à l'appliquer à des géométries réalistes, avec en sortie des fichiers au format VTK. Cette implémentation devra permettre une rapidité de traitement afin d'aboutir ne intégration dans l'outil de visualisation qui puisse être interactive. Il sera nécessaire de paralléliser cette méthode et d'effectuer un maximum de calculs à la compilation.La seconde étape porte sur les méthodes de rendus volumiques afin de pouvoir explorer le maillage courbe3D ou visualiser efficacement les grandeurs d'intérêt sur ces derniers. Plusieurs méthodes existent [SZD+23] mais doivent êtres adaptées dans le contexte des maillages courbes. Pour ce qui concerne la troisième étape, l'objectif sera d'étendre ces méthodes à des structures plus génériques. Nous pensons en priorité aux maillages avec raffinement adaptatif (AMR). Actuellement, les structures de maillages AMR dans VTK ne permettent pas d'avoir un maillage courbe. Inversement, seuls les maillages non-structurés peuvent admettre des mailles Bézier rationnelles. Une autre généralisation peut être que les grandeurs d'intérêts soient complexes (Galerkin discontinues par exemple).

Elève issu d'un M2 ou d'une école d'ingénieur spécialisée en informatique ou mathématiques appliquées.

Des compétences en programmation C++, en analyse numérique et/ou en infographie sont souhaitées