Implémentation d’un opérateur de répartition de sources lumineuses

Implémentation d’un opérateur de répartition de sources lumineuses
Soutenance de stage de fin d’études 8 septembre 2006 Dezetter Quentin Département Informatique Technologies Émergentes

Plan général de la soutenance
Introduction Problématique Cahier des charges Notions de base Les algorithmes génétiques Simulation d’éclairage Étude de l’existant Réalisation technique Conclusion 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT
Présentation Cadre collaboration scientifique. L’INRA veut comparer la croissance de deux (ou plusieurs) plantes (génétiquement modifiées par exemple) dans une chambre de culture. Le but de ce stage était de positionner des sources lumineuses en respectant des critères. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Chambre de Culture Qu’est ce qu’une chambre de culture ? « pièce » hermétique aux caractéristiques climatiques contrôlables (Hygrométrie, Pression, Température et Nourriture) 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Lumière contrôlable? 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Problématique La lumière reçue par les plantes dans une chambre n’est pas forcement la même pour toutes les plantes. Il faut donc un outil permettant placer les sources dans le but d’uniformiser l’éclairage au sein d’une chambre de culture. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Cahier des charges Réutilisation d’une partie des fonctionnalités d’une plateforme de SI existante → Sec². Développement d’un algorithme de placement des sources lumineuses pour obtenir l’uniformité d’éclairage. algorithme génétique. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Algorithmes génétiques - Présentation
Développé à l’origine par Holland (1975). Ils permettent entre autres de résoudre des problèmes d’optimisation. Les algorithmes génétiques appartiennent à la famille des algorithmes évolutionnaires. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Algorithmes génétiques – Principe
Génération aléatoire d’une population initiale. Chaque individu est noté (fonction fitness). Note ≈ Capacité d’adaptation au problème. Évolution de la population via divers opérateurs. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Algorithmes génétiques – Les opérateurs
Trois opérateurs: sélection (roulette, par tournoi, pondération par les rangs) ; recombinaison ou cross over. Mutation (Inversion d’une partie du patrimoine génétique d’un individu) ; 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Algorithmes génétiques – Sélection
La sélection Choix des individus à reproduire. Elle garde les meilleurs et élimine les moins bons. Elle est plus ou moins restrictive. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Algorithmes génétiques – Recombinaison
1 1 1 Reproduction méoïse Point de cross over 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Algorithmes génétiques – Mutation
1 1 Perturbation 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Tournoi Sélection Recombi-naison Mutation Légende : Individu sélectionné Individu non sélectionné Meilleur individu 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Simulation d’éclairage
Illumination Globale Sources lumineuses Photon Mapping But de placer les src lumi Donc voilà comment à simuler l’éclairage 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Simulation d’éclairage Illumination Globale
Objectif : connaître les valeurs d’illumination Obtenir des images photo réalistes. On ne peut discerner la scène reconstituée de l’environnement réel. Examiner toutes les interactions lumineuses ->reconstruire une image Pas que photon mapping 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Simulation d’éclairage – Sources
Il existent plusieurs types de sources: Les sources ponctuelles, Les sources surfaciques, Les sources complexes. 2 premiers approx 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Simulation d’éclairage Photon Mapping - Principe
Tracé de photons : 2 passes Une passe de distribution des photons sur les objets composants la scène (espace objet) ; une passe de reconstruction de l’illumination pour la vue courante (espace image). 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Simulation d’éclairage Photon Mapping -Distribution des photons
Lancer de photons depuis la source ; arrêt probabiliste de chaque photon. Mémorisation des photons sur la surface des objets; mémorisation sur objet ayant une composante diffuse uniquement. ->nbr photons -> Capteurs 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Simulation d’éclairage Photon Mapping - Reconstruction de l ’illumination Lancer de rayons dans la scène - arrivée sur un objet diffus : estimation de la densité de photons alentour - sinon : poursuite du chemin 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Exemple 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

De IGLOO vers Sec² IGLOO Illumination GLObale Optimisée Développée au sein de l’équipe OASIS du LIL. Sec² Simulation d’Éclairage en Chambre de Culture. Placement des Capteurs Capteur 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Implémentation – UML Physique Rendu Lumière Math Scène Rendu Photon Mapping Lumière Sources lumineuses scène Lecture des fichiers contenant la scène structure des objets 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Travail réalisé Réalisation d’un module de gestion des algorithmes génétiques : Modélisation des individus Modélisation des opérateurs Évaluation des individus … Extension des sources prises en compte Positionnement des sources lumineuses, Conversions: Individu (donnée informatique) → fichier LIT, Individu → fichier Binaire (stockage sur disque), Fichier Binaire → Individu (lecture du disque). Modélisation des sources surfaciques et volumiques, Fonction Fitness. 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Implémentation – UML Physique Rendu Lumière AG Math Scène 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Modélisation des individus
Les sources sont placées sur une grille (9*9) Possibilité d’allumer 81 sources lumineuses Information dans un fichier: Largeur de grille, Longueur de la grille, Les bits de chaque source à 0 ou 1. (Source: K.P. Ferentinos) 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Modélisation des opérateurs
Recombinaison Point de cross over aléatoire Mutation On prend un par un les individus Chaque source contenu dans un individu à une probabilité p muter Sélection Choix d’un mode de sélection Tire au hasard dans la population des sélectionnés les parents pour le cross over Chaque source contenu dans un individu à p% de chances de muter 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Évaluation d’un individu
Évaluation = fonction Fitness Critères pris en compte: Valeur minimale d’éclairage (LICP) Éclairage bien réparti (MRD). Nombre de sources La fonction fitness permet de savoir si un individu à la capacité de résoudre le problème. valeur des capteurs (LICP et MRD) et du nombre de sources. urces NombreDeSo MRD LICP Fitness * 1 g b a + = Doivent être paramétrés 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Principe de fonctionnement
Rendu Nbr Photons par Capteurs Algorithme Génétique Calcul Fitness Sortie 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Exemple de fichier donnant le meilleur individu par génération
#alpha:1 #beta:1 #gamma:1 #taux de mutation:0.1 #Nombre d'individus:100 60 générations fitness: 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Tests Explication La courbe est valable pour un seul run 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

Conclusion Travail réalisé Outil de positionnement de sources dans un algorithme d’illumination globale. Développement en cours. Prise en compte de sources complexes Tests « in situ » comparé à « in silico » Projets futurs Couverts végétaux Reverse Engineering Reverse Engineering( quel type de limite ->paramètres chambres de culture) 16/04/2017 Soutenance de stage de fin d'études - DEZETTER Quentin 3CT

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