Les états de mer : un état de l’art
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Les états de mer : un état de l’art
M. Parenthoën, J. Gourrion, J. Tisseau
AFIG 2003Paris, 3-5 décembre 2003
RV: systèmes complexes et interactivité …
Le marin, l’océanographe et l’infographiste
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Systèmes Complexes Interactifs et Temps Réel
sciences humaines
sciences physiques
informatique
simulation numérique
intelligence artificielle
[Temam 84][Gibson 79] [Fuchs 03]
réalité virtuelle
expériences réelles
[Vogel 88]
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Plan
• Le marin
• L’océanographe
• L’infographiste
• De la mer réelle à la mer virtuelle
• Présentation générale
… le point de vue du marin …
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La Mer des Marins
• Notion de plan d’eau hétérogène
[Saury 97]
• Affordances de la navigation
• Vocabulaire métier
[Moitessier 71] [Iachkine 00] [Stoffrengen 01]
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… affordances maritimes …
La Mer des Marins
Plan d’eau hétérogène
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La Mer des Marins
• Bathymétrie• Courants• Vents • Groupes de vagues
66/30/30 … éléments naturels …
77/27/27
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La Mer des Marins
Vocabulaire descriptif
[Iachkine 00][Mayençon 92][Sverdrup 47]
• risée ou rafale
• synoptiquemétéorologie
• mer de vent
• houleocéanographie
• courant
• haut-fondhydrographie
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La Mer des Marins
• Hétérogénéité
• Termes métier
… modéliser la mer des marins …
[Iachkine 00][Mayençon 92][Sverdrup 47]
[Saury 97][Moitessier 71] [Stoffrengen 01]
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Plan
• Le marin
• L’océanographe
• L’infographiste
• De la mer réelle à la mer virtuelle
• Présentation générale
… phénoménologie physique de la mer …
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.fr Analyse de FourierAnalyse de Fourier
La Mer des Océanographes
[Gerstner 1804] [Miles 77][Pierson 64] [Phillips 77][Tolmen 89][Hasselman 62]
Navier-Stokes
• Groupes de vagues et leur analyse
• Dynamique des états de mer
Navier-Stokesparticules spectres
gravité / capillarité
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La Mer des Océanographes
[Robin 89][Sawnhey 62] [Longuet-Higgins 57, 86] [Komen 94]
Groupe de vagues
[Landau 60]
• Caractérisation expérimentale• Modélisation
etxatx txi ),(),(),( où txktx txtx ),(),(),(
xdtKd
kdtXd
eteikonales :
)()(),(),()(
ttxdtxaxdtxaxtX
position :
),(),( ),(),(),(),(),(),(),(),( UkUktUk txtxtxtxtxtxtxtx
),( tXkK
onde : ),( ),( tXUKet
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La Mer des Océanographes
[Donelan 96][Chapron 95][Grossmann 84] [Peng 95]
Analyse en ondelettes
ondelette mère de Morlet 2D
[Arnéodo 95]
analyse multifractale déferlements
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La Mer des Océanographes
Dynamique des états de mer
• Génèse, croissance et propagation
• Interactions groupes/courants/bathymétrie
• Déferlements
… âge de la mer …
1414/27/27
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La Mer des Océanographes
[Banner 98][WAMDI 88][Benney 66]
Vagues d’origine éolienne
[Mitsuyasu 68]
• Mers jeunes : interactions groupe/vent
• Mers vieilles : interactions groupe/groupe
[Donelan 94]
résonances
cinématique
4321 kkkk
4321 et
uc
* )',','(* wvu
zuvu a
oùâge
[Janssen 94]
compression des petits groupes par les crêtes des gros
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La Mer des Océanographes
[Lamb 32] [Bretherton 69]
Interactions groupe/courant/bathymétrie
[Phillips 77]
• Bathymétrie : réfraction dispersive
• Courant : réfraction et transport
conservation de l’action
conservation des crêtes
0tanh2
hgt xx
0)(
EEEg
xCU
tdtd
0 ntk
x
[Ardhuin 01][Biesel 52]
1616/27/27
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La Mer des Océanographes
[Grilli 01][Duncan 81][Phillips 85]
• Phase active
[Rapp 90][Longuet-Higgins 69][Whitam 74]
critères de déferlement : vitesse, accélération de particules, décollement de la couche d’air
fronts déferlants : zones de transfert d’action vent/groupe/déferlement
activité : conservation de l’action totale
Déferlements
1717/27/27
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La Mer des Océanographes
[Reul 03][Monahan69]
Déferlements
[Banner 89] [Sharkov 95] [Melville 02][Liu 95]
relaxation des turbulences et de la mousse
absorption des vagues courtes
• Phase passive
1818/27/27
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… représenter la mer des marins …
[Reul 03][Monahan69] [Banner 89] [Sharkov 95] [Melville 02][Liu 95]
[Grilli 01][Duncan 81][Phillips 85][Rapp 90][Longuet-Higgins 69][Whitam 74]
[Lamb 32] [Bretherton 69] [Phillips 77] [Ardhuin 01][Biesel 52]
La Mer des Océanographes
[Banner98][WAMDI88][Benney66][Mitsuyasu68] [Donelan94][Janssen94]
[Donelan 96][Chapron 95][Grossmann 84] [Peng 95][Arnéodo 95]
[Robin 89][Sawnhey 62][Longuet-Higgins 57, 86] [Komen 94][Landau 60]
• Interactions
groupesvents
déferlementscourants
bathymétrie
[Gerstner1804] [Miles77][Pierson64] [Phillips77][Tolmen89][Hasselman62]
• Groupes de vagues, déferlements
superposition de modèles
1919/27/27
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Plan
• Le marin
• L’océanographe
• L’infographiste
• De la mer réelle à la mer virtuelle
• Présentation générale
… animation 3D interactive de la mer …
2020/27/27
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[Enright 02][Adabala 02][Perlin 85] [Kass 90]
La Mer des Infographistes
• Approche particulaire
• Approche spectrale
• Modèles récents
[Peachey 86][Max 81]
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[Jeschke 03][Gonzato 00][Ts’o 87] [Gareau 97]
La Mer des Infographistes
Approche particulaire [Gerstner 1804, Biesel 52]
[Fournier 86] [Lombardo 95]
point particule : mouvement d’un bouchon posé sur l’eau
Bathymétrie : plan de vagues (wave tracing)
Déferlements : critère de Stokes, systèmes de particules
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[Tessendorf 01][Jensen 01][Mandelbrot 67]
La Mer des Infographistes
[Mastin 87] [Premože 01]
point altitude : variation de la hauteur d’eau au-dessus d’un caillou
FFT inverse mer homogène
filtre océanographique sur bruit blanc
Approche spectrale [Hasselmann 62, Pierson 64]
2323/27/27
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[Loviscach 03][Gomez 00] [Thon 00]
La Mer des Infographistes
Modèles récents
[Chen 95] [Cieutat 03][Hinsinger 02]
• spectral + Navier-Stokes local : sillages, bouées ...
• niveau de détail / point de vue
• notion de plan d’eau hétérogène : VSK
• particulaire + spectral : bathymétrie + spectre large
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Plan
• Le marin
• L’océanographe
• L’infographiste
• De la mer réelle à la mer virtuelle
• Présentation générale
… la mer : système complexe …
2525/27/27
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marin
océanographe
infographiste
résolution numérique de Navier-Stokes
marin virtuel
mer virtuelle
mer réelle
De la Mer Réelle à la Mer Virtuelle
… vers un nouveau modèle d’animation …
2626/27/27
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[Loviscach 03][Gomez 00] [Thon 00][Chen 95] [Cieutat 03][Hinsinger 02]
[Tessendorf 01][Jensen 01][Mandelbrot 67] [Mastin 87] [Premože 01]
[Jeschke 03][Gonzato 00][Ts’o 87] [Gareau 97][Fournier 86] [Lombardo 95]
[Enright 02][Adabala 02][Perlin 85] [Kass 90][Peachey 86][Max 81]
[Reul 03][Monahan69] [Banner 89] [Sharkov 95] [Melville 02][Liu 95]
[Grilli 01][Duncan 81] [Phillips 85] [Rapp 90][Longuet-Higgins 69] [Whitam 74]
[Lamb 32] [Bretherton 69] [Phillips 77] [Ardhuin 01][Biesel 52]
[Banner98][WAMDI88][Benney66] [Mitsuyasu68] [Donelan94] [Janssen94]
[Donelan 96][Chapron 95][Grossmann 84] [Peng 95][Arnéodo 95]
[Robin 89][Sawnhey 62] [Longuet-Higgins 57, 86] [Komen 94][Landau 60]
[Gerstner1804] [Miles77][Pierson64] [Phillips77] [Tolmen89][Hasselman62]
[Iachkine 00][Mayençon 92][Sverdrup 47]
[Saury 97][Moitessier 71] [Stoffrengen 01]
De la Mer Réelle à la Mer Virtuelle
• Plan d’eau hétérogène phénomènes localisés
• Physiquement crédible
• Médiation d’un langage métier
groupes de vagues, déferlements, vents, courant, bathymétrie
entités énergétiques en interaction création, onde, action, transport
interactivité pour la spécification du plan d’eau
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Les états de mer : un état de l’art
M. Parenthoën, J. Gourrion, J. Tisseau
AFIG 2003Paris, 3-5 décembre 2003
Merci.
Le marin, l’océanographe et l’infographiste