Introduction : Besoins - Modèles Modélisation Géométrique Introduction Loïc Barthe Equipe VORTEX – IRIT Université de Toulouse

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1 Introduction : Besoins - Modèles Modélisation Géométrique Introduction Loïc Barthe Equipe VORTEX – IRIT Université de Toulouse lbarthe@irit.fr www.irit.fr/~Loic.Barthe lbarthe@irit.fr

2 Introduction : Besoins - Modèles Les besoins ● Il existe de nombreux domaines d'application et pour chacun d'eux, nous allons voir que les besoins sont spécifiques. Voici quelques exemples: – Cinéma, animation, effets spéciaux... – Domaine médical – La construction: aéronautique, automobile... – La simulation de phénomènes physiques ou naturels – La réalité virtuelle –...

3 Introduction : Besoins - Modèles Animation ● Modélisation intuitive et interactive de surfaces 3D ● On recherche une qualité visuelle – Continuité de normales : C 1 – Continuité de courbure (pour les reflets) : C 2

4 Introduction : Besoins - Modèles Domaine médical ● Visualisation de données scanner (surfacique ou volumique) ● Reconstruction des organes ● Simulation de déformations (opération virtuelle) ●...

5 Introduction : Besoins - Modèles Construction ● Modélisation de maquette ● Logiciels de constructions: de la conception à la fabrication (toujours L'interactivité) – Une représentation mathématique de la surface qui doit être précise et adaptée aux contraintes de fabrication (continuité, découpage, assemblage, discrétisation…) – Doit aussi supporter les modèles de tests physiques (aérodynamique, résistance des matériaux…) ●...

6 Introduction : Besoins - Modèles Simulation de phénomènes phys. ou nat. ● Recherche de L'interactivité ou non ● Spécifiquement adaptés à la résolutions des équations de la physique pour les simulations réalistes ● Recherche d'un effet visuellement correct avec une simulation "temps réel" ●...

7 Introduction : Besoins - Modèles La réalité virtuelle ● Modélisation d'environnements réels ou imaginaires ● Modélisation adaptée à l'animation et la navigation "temps réel" ● Dépend fortement de l'application (simulation de ville, le musé virtuel, un monde ou l'on évolue, les simulateurs en immersion…)

8 Introduction : Besoins - Modèles Illustration en images ● Les jeux vidéo ● Rendu photo réaliste ● L'animation

9 Introduction : Besoins - Modèles Les jeux vidéo

10 Introduction : Besoins - Modèles Les jeux vidéo ● Qu'y a-t-il dans cette scène ? ● Comment est-elle produite ?

11 Introduction : Besoins - Modèles Les jeux vidéo ● Un flux de 60 images par seconde pour une haute qualité (30 au moins) – Animation + calcul de l'image + effets spéciaux + IA en temps réel => critique en temps de calculs, il faut aller vite !!!!!

12 Introduction : Besoins - Modèles Les jeux vidéo ● Observez les personnages, comment sont-ils représentés ?

13 Introduction : Besoins - Modèles Les jeux vidéo ● Observez le décors, comment sont-ils représentés ?

14 Introduction : Besoins - Modèles Rendu photo réaliste

15 Introduction : Besoins - Modèles Image photo réaliste ● Le calcul d'une seule image peut être effectué en plusieurs heures. – Il faut représenter les objets 3D de façon très précise. – Il faut représenter les matériaux de façon réaliste. – Il faut éclairer la scène de façon réaliste (soleil, lumière, reflets). – Idéalement, il faut aussi prendre en compte les milieu gazeux.

16 Introduction : Besoins - Modèles Quelles différences voyez-vous ?

17 Introduction : Besoins - Modèles Les films d'animation

18 Introduction : Besoins - Modèles Les films d'animation ● Il s'agit de produire des images qui sont ensuite imprimées sur une pellicule pour être diffusé dans un cinéma (DVD, télévision, etc). Tout est précalculé et enregistré.

19 Introduction : Besoins - Modèles Films d'animation Exemples en vidéo

20 Introduction : Besoins - Modèles Le Story Board Inventer et convaincreÉcrire un petit scriptLa BD Les voixLe temps des séquencesLe « look » des personnages

21 Introduction : Besoins - Modèles Modélisation des décors + personnages ● Les objets 3D sont représentés par des maillages => ensemble de facettes triangulaires ou quadrilatérales.

22 Introduction : Besoins - Modèles Les personnages sont ensuite animés ● Bien souvent, on utilise la capture de mouvement

23 Introduction : Besoins - Modèles Finition + effets spéciaux

24 Introduction : Besoins - Modèles Calcul des images + montage

25 Introduction : Besoins - Modèles Observons ● La fourrure ● La neige ● L'herbe ● Le vent ● Les effets de déplacement (motion blur)

26 Introduction : Besoins - Modèles Films d'animation ● Contrainte intermédiaire : on peut accepter plusieurs secondes pour une image, voir une minute pour certaines. => rendu de meilleur qualité que pour un jeu, mais moins réaliste que le rendu photo réaliste.

27 Introduction : Besoins - Modèles Quelques modèles Donner une représentation géométrique des objets 3D ● Points ● Polygones ● Equations ● Ellipses ● Représentations hybrides ● … Les objets sont organisés dans un graphe de scène

28 Introduction : Besoins - Modèles Les Points ● C'est la primitive 3D la plus simple ● Un ensemble de points représente la géométrie de l'objet

29 Introduction : Besoins - Modèles Les polygones ● Un ensemble de polygones (maillage) représente la géométrie + la topologie de l'objet

30 Introduction : Besoins - Modèles Les équations

31 Introduction : Besoins - Modèles Les ellipses

32 Introduction : Besoins - Modèles Continuité d'une courbe ● Soit une fonction f : R  R – Si en x=x 0 f - (x 0 ) ≠ f + (x 0 ) la courbe est discontinue en x 0 – Si f - (x 0 ) = f + (x 0 ) et f x - (x 0 ) ≠ f x + (x 0 ) x y x0x0 f x y x0x0 f C0C0 C -1 x y x0x0 fxfx

33 Introduction : Besoins - Modèles Continuité d'une courbe – Si f - (x 0 ) = f + (x 0 ), f x - (x 0 ) = f x + (x 0 ) et f xx - (x 0 ) ≠ f xx + (x 0 ) – Si f - (x 0 ) = f + (x 0 ), f x - (x 0 ) = f x + (x 0 ), f xx - (x 0 ) = f xx + (x 0 ) et f xxx - (x 0 ) ≠ f xxx + (x 0 ) x y x0x0 fxfx C1C1 x y x0x0 f xx x y x0x0 f x y x0x0 x y x0x0 fxfx x y x0x0 f C2C2

34 Introduction : Besoins - Modèles Continuité des reflets ● La continuité des reflets est égale à celle de la surface moins 1 (surface de continuité C 2 => reflets de continuité C 1 ). ● Pour cette raison, en animation, on souhaite produire des surfaces de continuité C 2 en tous points : pour que les reflets soient C 1 Surface C 0, reflet discontinu (C -1 ) Surface C 1, reflet C 0 : la courbure varie dans les différentes directions autour du point central

35 Introduction : Besoins - Modèles Continuité des reflets ● Surface C 0 ● Reflet discontinu Surface G 1 reflet C 0

36 Introduction : Besoins - Modèles Continuité des reflets Surface de continuité C 2 Reflet C 1