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* iMAGIS est un projet commun CNRS, INRIA, INPG et UJF. Complexité Naturelle et Synthèse dImages Fabrice Neyret iMAGIS* - GRAVIR / IMAG - INRIA

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1 * iMAGIS est un projet commun CNRS, INRIA, INPG et UJF. Complexité Naturelle et Synthèse dImages Fabrice Neyret iMAGIS* - GRAVIR / IMAG - INRIA

2 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Simuler les Scènes Naturelles Cadre : effets spéciaux (réalisme) réalité virtuelle (temps réel ) Paradigme classique : équations physique + données + gros ordinateur Ù simulation réaliste Problème : ne marche pas si bien !

3 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Les scènes naturelles sont complexes

4 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Elles contiennent énormément de détails :

5 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Le détail des mouvements est complexe :

6 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Scènes Naturelles en Synthèse dImages Gardner 84 Reeves 85 Fournier & Reeves 86

7 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Xfrog+PovrayAMAP Deussen, Hanrahan, Lintermann, Mech, Pharr, Prusinkiewicz 98

8 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Areté Foster & Fedkiw 01 Nishita, Nakamae, Dobashi 96 Lee & Musgrave

9 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Problèmes techniques rencontrés travail de modélisation (de la scène) stockage Pour le rendu : temps de calcul aliasing Pour lanimation : résolution en temps et en espace stabilité, convergence

10 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Problèmes plus fondamentaux Les modèles physiques sont-ils complets ? Les paramètres sont-ils disponibles ? A-t-on besoin de cette mer de chiffres ? (on remarque surtout les effets émergents) Quel contrôle du résultat global ? (même remarque)

11 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent !

12 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

13 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

14 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

15 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

16 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

17 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

18 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Et pourtant… les peintres y arrivent ! que voit-on réellement ? formes à grande échelle relief: occultations, ombres, parallaxe illumination et reflets mouvement : parallaxe, + ?

19 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exploite-t-on toute la connaissance disponible ? Il y a de grandes régularités dans les scènes naturelles !

20 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Mon approche pour traiter ces scènes Complexité spatiale Ù Représentations impressionnistes (i.e. alternatives aux polygones) Complexité déchelles Ù Hiérarchie de modèles Complexité du mouvement Ù Modèles phénoménologiques Outils de description et construction

21 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Mon approche pour traiter ces scènes 1 1 Représentations impressionnistes (i.e. alternatives aux polygones) 2 2 Hiérarchie de modèles 3 3 Modèles phénoménologiques 4 4 Outils de description et construction

22 iMAGIS-GRAVIR / IMAG 1. Représentations: quelques ingrédients Codage direct du comportement lumineux Ù champ de réflectance sur la surface e.g.: BRDF, distribution de normales (NDF) Codage volumique (e.g. pour pseudo-surfaces) Ù champ de densité très efficace à cette échelle Codage texturel (plaquage de motifs) Ù champ de pixels coût de rendu indépendant du motif revient à factoriser / quantifier la géométrie ( existants : IBR, lightfields, shaders, cartes de Z, surfels... )

23 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Les bonnes propriétés Ces représentations sont compactes pas plus que l'information visible (impressionisme) moins de travail inutile pour le graphiste Elles sont structurantes, ce qui permet l'optimisation du temps de rendu l'anti-aliasing (e.g.: MIP-mapping)

24 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 1: les textures volumiques cube de texture Ù volume (voxels) Ù comportement lumineux surface à texturer mapping Kajiya & Kay 89

25 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 1: les textures volumiques cube de texture Ù volume (voxels) Ù comportement lumineux surface à texturer mapping

26 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 1: les textures volumiques cube de texture Ù volume (voxels) Ù comportement lumineux surface à texturer mapping

27 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 1: les textures volumiques

28 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Textures volumiques en temps-réel A.Meyer [EWR98]

29 iMAGIS-GRAVIR / IMAG F. Sénégas

30 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 2: les shaders hiérarchiques pixel Formule analytique de la reflectance totale dans le pixel A. Meyer [GI00]

31 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 2: les shaders hiérarchiques pixel

32 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 2: les shaders hiérarchiques pixel

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34 Exemple 3: les textures bidirectionnelles v A. Meyer P. Poulin [EWR01]

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36 2. Hiérarchie de modèles Habiller un modèle global avec un modèle local: modèle physique de fluide à grande échelle et faible resolution + croute de lave détails qualitatifs à haute résolution hiérarchie de motifs animés caractéristiques de chaque échelle pour les nuages convectifs / la fumée surface dorgane interactive + détails 3D déformables pour la simulation chirurgicale (bronches, intestins)

37 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple: coulée de lave Modèle de mouvement physique (approché) large domaine basse résolution Simulation à base de particules D. Stora, P.-O. Agliati, M-P. Cani [GI99]

38 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple: coulée de lave Construction dune surface peau implicite voisinages

39 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple: coulée de lave habillage

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41 3. Modèles phénoménologiques Caractériser les formes et leurs intéractions à grande échelle: Ù Modéliser directement les phénomènes émergents

42 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 1: Simulation des ruisseaux phénomènes émergents: ici, ridules et ondes de choc N. Praizelin [EWAS01]

43 iMAGIS-GRAVIR / IMAG v c Typologie des vagues stationnaires Cas non dispersif: c g = c w = c onde de choc v c ondes capillaires créées par une onde de choc cgcgcgcg ondes capillaires cwcwcwcw cgcgcgcg ondes de gravité (dispersives) cwcwcwcw cgcgcgcg cwcw

44 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Construction géométrique des ondes

45 iMAGIS-GRAVIR / IMAG 3. Add field perturbations

46 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 2: animation de nuages convectifs Modéliser directement les instabilités caractéristiques [EWAS97]

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49 Exemple 3: rendu de cumulus Caractéristiques lumineuses prévisibles

50 iMAGIS-GRAVIR / IMAG (travaux préliminaires) (travaux préliminaires)

51 iMAGIS-GRAVIR / IMAG 4. Outils de description et construction Pour lhabillage (détails, état de surface) Assez haut niveau Largement contrôlable (pas trop automatique) Interactif Formes issues du mouvement Textures (mapping, procédurales, animées…)

52 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 1: textures de dilatation Jean Combaz

53 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Exemple 2: Synthèse de déchirures S. Lefebvre

54 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Construction de lhabillage

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56 Exemple 3: plaquage de textures & M-P. Cani [SIG99] Problèmes: distortion, discontinuité, périodicité

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58 Exemple 4: flownoise & K. Perlin [SIGsketch01]

59 iMAGIS-GRAVIR / IMAG 5. Temps réel R. Heiss F. Sénégas Lombardo & Cani [CA99] A. Miné [TVC01]

60 iMAGIS-GRAVIR / IMAG Animation adaptative de locéan 300x300, 10s de calculRésolution 50x50, 15 fps D. Hinsinger, M-P. Cani [soumis]

61 iMAGIS-GRAVIR / IMAG ConclusionsConclusions il y a une vie en dehors des polygones, et de Navier-Stokes ! ne pas chercher un modèle universel aucun modèle nest bon à toutes les échelles Ù il y a un espoir pour le rendu réaliste rapide des scènes naturelles (eau, fumée, nuages, cheveux,fourrure…)

62 * iMAGIS est un projet commun CNRS, INRIA, INPG et UJF. Complexité Naturelle et Synthèse dImages Fabrice Neyret iMAGIS* - GRAVIR / IMAG - INRIA

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64 Hydraulique et ressauts C. Dodard

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68 Mon approche pour traiter ces scènes 1 1 Complexité spatiale Ù représentations impressionnistes (i.e. alternatives aux polygones) 2 2 Complexité déchelles Ù hiérarchie de modèles 3 3 Complexité du mouvement Ù modèles phénoménologiques 4 4 Outils de description et construction


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