Credits : Joëlle Thollot, Hector Briceño, Edmond Boyer

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1 Credits : Joëlle Thollot, Hector Briceño, Edmond Boyer
Synthèse d’images Antoine Bouthors Credits : Joëlle Thollot, Hector Briceño, Edmond Boyer

2 Plan du cours Cours 1,2 : le pipeline graphique Cours 3 : GPU
Cours 4,5,6 : rendu temps-réel Calcul des ombres Niveaux de détails Image-based rendering Visibilité Cours 7 : illumination globale

3 Calcul des ombres - plan
Pourquoi les ombres ? Ombres planes Shadow map Shadow volume Ombres douces Reflets

4 Importance des ombres Position dans l’espace Points de contact
Eclairage Réalisme

5 Indication de la position

6 Indication de l’éclairage
Position de la lampe Type de lampe Directionnelle, ponctuelle, étendue Colorée

7 Ombre dure Quand la source est ponctuelle
Un point est dans l’ombre s’il ne voit pas la source

8 Ombre douce Quand la source est étendue Agrawala & al. Soler & al.

9 Ombre douce 3 zones : Ombre : la source est totalement cachée
Pénombre : la source est partiellement cachée Eclairée : la source est totalement visible

10 Calcul des ombres - plan
Pourquoi les ombres ? Ombres planes Shadow map Shadow volume

11 MIT EECS 6.837, Durand and Cutler
Ombres planes Dessiner les primitives une seconde fois projetées sur le sol MIT EECS 6.837, Durand and Cutler

12 Ombres planes +/- + Simple et efficace
- Pas d’auto ombrage, pas d’ombres sur des surfaces courbes, sur d’autres objets MIT EECS 6.837, Durand and Cutler MIT EECS 6.837, Durand and Cutler

13 Calcul des ombres - plan
Pourquoi les ombres ? Ombres planes Shadow map Shadow volume Ombres douces Reflets

14 MIT EECS 6.837, Durand and Cutler
Dualité ombre/vue Un point est éclairé s’il est visible de la source Le calcul des ombres est donc similaire au calcul d’une vue MIT EECS 6.837, Durand and Cutler

15 Utilisation des textures
Séparer obstacle et récepteur Calculer une image de l’obstacle vu de la source L’utiliser comme texture sur le récepteur Vues de la source Vue de l’œil Moller & Haines “Real Time Rendering”

16 Shadow map (carte d’ombre)
Texture et profondeur 2 passes de rendu : Shadow map : image de profondeur vue de la source Rendu final en regardant pour chaque pixel s’il est dans l’ombre ou pas ShadowMap(x’,y’) < z’ ? (x',y',z')L (x,y,z)W Foley et al. “Computer Graphics Principles and Practice”

17 Shadow map

18 Shadow map +/- + Implémentation en hard
- Pixel éclairé : ShadowMap(x’,y’)  z’ => ajouter un biais ShadowMap(x’,y’) + eps < z’ OK biais trop faible biais trop élevé

19 Shadow map +/- - Angle de vue de la lampe
=> spot light ou cubic shadow map

20 Shadow map +/- - Résolution de la carte de profondeur : aliassage
=> Trouver la bonne résolution => Perspective shadow maps => Filtrage de la réponse

21 Calcul des ombres - plan
Pourquoi les ombres ? Ombres planes Shadow map Shadow volume Ombres douces Reflets

22 Shadow volume Représenter explicitement le volume d’ombre
Pour chaque polygone Construction de la pyramide Test d’ombre = clipping

23 Shadow volume Un point qui est dans le volume d’ombre d’une source ne reçoit aucune lumière Calcul : par point visible Compte des intersections avec les volumes de vue Si ≠ 0 : ombre -1 +1 +1

24 Shadow volume : implémentation
Utilisation du stencil buffer : Buffer pour marquer les pixel lors d’une passe de rendu Puis stencil-test avant le z-test

25 Shadow volume algorithm
Initialize stencil buffer to 0 Draw scene with ambient light only Turn off frame buffer & z-buffer updates Draw front-facing shadow polygons If z-pass → increment counter Draw back-facing shadow polygons If z-pass → decrement counter Turn on frame buffer updates Turn on lighting and redraw pixels with counter = 0 +1 +2

26 Œil dans un volume d’ombre
counter = 0 : Pas toujours la bonne réponse Initialiser le compteur correctement Clipper le shadow volume z-fail test -1 -1

27 Optimisation Ne calculer le volume d’ombre que pour les silhouettes des objets

28 Shadow volume +/- + Calcul exact - Rajoute de la géométrie => lent
- Rajoute de grands polygones => fill rate

29 Calcul des ombres - plan
Pourquoi les ombres ? Ombres planes Shadow map Shadow volume Ombres douces Reflets

30 Ombres Douces

31 Idée : rajouter des polygones le long de la silhouette et coller dessus une texture qui imite l’ombre

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38 Calcul des ombres - plan
Pourquoi les ombres ? Ombres planes Shadow map Shadow volume Ombres douces Reflets

39 NVIDIA's stencil buffer tutorial (http://developer.nvidia.com)
Reflets Un rendu de la scène complet Un marquage du miroir dans le stencil buffer Un rendu pour le miroir (caméra symétrique) avec le stencil buffer activé NVIDIA's stencil buffer tutorial (

40 Conclusion Shadow maps massivement utilisées dans les jeux vidéo
Shadow volume en production mais reste coûteux Questions ouvertes : Accélération des calculs Précision Ombres douces