IMAGIS-GRAVIR / IMAG Rendu de forêts en temps-réel iMAGIS / GRAVIR Franck Sénégas DEA IVR...
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iMAGIS-GRAVIR / IMAG
Rendu de forêts en temps-réel
iMAGIS / GRAVIR
Franck Sénégas
DEA IVR
Tuteur: Fabrice Neyret
iMAGIS-GRAVIR / IMAG
Plan
•Présentation des texels
•Présentation du hardware
•Contribution
•Conclusion
iMAGIS-GRAVIR / IMAG
Présentation des texels
•Approches type ray-tracing [KK89],[Shi92],[Nom95],[Ney95],[CMDH97]
•Approches temps-réel [MN98b]
iMAGIS-GRAVIR / IMAG
Approches de type ray-tracing•Le texel:
•Le rendu des texels
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Placage de texels sur une surface
Texels
Volume de reference
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Approches temps-réel• Idée : Découper le volume en tranches [LL94]
• [MN98b] adapte l’idée aux texels
•Rendu : back to front
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Résultat de [MN98]
•100 texels de 64 tranches
(Complexité équivalente : 13 M polygones)
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Bilan des texels
•Approches ray-tracing: – rendu de bonne qualité
– mais temps de calcul trop grand
•Approches temps-réel: – pas de réeclairement dynamique [MN98b]
– Rendu volumique : [WE98] pas de couleur
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Possibilités du hardware
•Présentation du hardware ‘classique’
•Présentation du hardware nouvelle génération (GeForce-*,Radeon-*)
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Hardware classiquepipeline OpenGL standard
– Geometric engine : • transformations de repères• calculs d’éclairage• clipping • conversion des polygones en 2D
– Raster Engine : • remplissage les polygones en 2D • interpolation des valeurs de couleurs• éclairage• textures
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Hardware nouvelle génération• Multi-texture:
• plusieurs textures par polygone simultanément
• Vertex shaders: • extension des possibilités du géométric engine
• Pixel shaders: • Microprogramme dans le raster engine,
• opérations vectorielles (mais langage et place limitées),
• Calcul de la couleur finale
• Cube maps: • tables d’indirections 3D
Nouveaux outils utilisables pour les texels
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Contributions
• Texels illuminés en temps-réel
• Technique de filtrage de textures
• Technique de génération de texels
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Texels illuminés en temps réel• Idée:
– Deux textures au lieu d’une seule par tranche
– Pixels shaders pour le calcul d’éclairage
•Représentation:– Une texture de normales et une texture de couleur
par tranche
– Un repère par sommet de tranches
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Représentation
Vecteur lumière à l’infini
Un repère par sommet de tranches
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Calcul de l’éclairage•Modèle d’illumination diffuse
•L et N sont unitaires
•Résultat:
C Ctexture *(Cdiffuse * (L.N) Cambiant)
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Brouillard•Même représentation que précédemment
•Modèle d’éclairage:
•Shader deux fois plus cher en remplissage
C f * (Ctexture * (Cdiffuse * (L.N) Cambiant)) (1 f ) * Cf
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Résultat du brouillard
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Filtrage des textures•Problème
•Techniques d’interpolation de l ’opacité: calcul à base de couleurs indéfinies
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Filtrage
•Pour les couleurs– Trouver les pixels ayant une opacité nulle,
– Leur donner la couleur de la moyenne des voisins
•Pour les normales– Trouver les pixels ayant une opacité nulle,
– Moyenne des normales voisines, renormalisée
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Génération des texels•Principe: échantillonner le volume par tranches
• Idée: utiliser le hardware pour le faire– [MN98b]: tranche = rendu des polygones situés entre
deux plans de clipping
– Nous: tranche = rendu des polygones ayant leur barycentre entre deux plans de clipping
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Rendu de forêts
•Principe:
– Rendre le terrain
– Pyramide de visée : suppression des texels en dehors
– Trier les arbres du plus éloigné vers le plus proche
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Résultats
•Machine de test:
– BiPentium3 800MHz, 768 Mo RAM, Nvidia
Quadro 2 pro 64Mo DDR, sous Linux
•100-150 arbres: temps-réel (24 fps)
•500 arbres: entre 1 et 8 fps selon le niveau de détail
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Exemple de rendus
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Analyse des performances
• Géométrie:
– Un arbre: (100.000 polygones) 27fps
• Texels:
– Scène de 200 instances : 17fps
complexité visuelle de 20.000.000 de polygones
Complexité calculatoire Complexité apparente
• Goulot d’étranglement : le bus
• Perf indépendantes du shader, donc du fillrate
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Bilan
•Un modèle de texels temps-réel avec shading– Représentation géométrique complète
– Le nouveau modèle de construction (pas de feuilles coupées)
– Utilisation du nouveau hardware
•Une approche prometteuse pour le temps-réel
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Travaux futurs
•Ombres:– Rendu de l’auto-ombrage
– Placage des ombres sur le sol (shadow map)
•Filtrage:– Aliasing
– Niveaux de détail
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Bilan Hardware•Plus de possibilités notamment au niveau du calcul par pixel
•Des extensions utilisables pour les texels