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Participants : George Drettakis , Fabrice Neyret , Claude
Puech , François Sillion , Pierre-François Clerc , Frédo Durand ,
Céline Loscos , Frédéric Perez , Cyril Soler , Yann Argotti ,
Peter Kipfer , Stéphane Moreau .
Participants : François Sillion , Cyril Soler , Frédéric
Perez .
Nos travaux portent sur la définition de techniques de calcul hiérarchiques, permettant de réaliser des approximations bien contrôlées et d'accélérer ainsi les simulations. Dans cette optique, nous avons continué notre investigation des techniques de représentation de distributions directionnelles, utiles notamment pour exprimer la répartition de la lumière quittant une surface spéculaire ou un groupe d'objets. Nous avons également développé une plate-forme d'expérimentation pour les critères de subdivision hiérarchiques.
Nous nous sommes penchés sur le problème de la simulation des transferts radiatifs dans des milieux diffusants (brouillards etc.), en réalisant notamment une étude comparative des diverses approches existantes, qui a permis de mettre en évidence le besoin d'une simulation déterministe de la diffusion dans des milieux anisotropes [34].
Participants : George Drettakis , François Sillion .
La possibilité pour l'utilisateur d'un algorithme de
simulation d'interagir avec la scène, sans attendre les résultats
d'une simulation extérieure au processus de conception/design,
est une condition indispensable pour la diffusion effective des
méthodes de simulation de l'éclairage. Dans le cadre des
techniques hiérarchiques développées au sein du projet, nous
avons donné une méthode d'identification et de traitement des
modifications apportées à l'éclairage d'une scène par une action
de l'utilisateur. Cette méthode utilise une hiérarchie implicite
de l'espace des segments de droites de la scène, et permet de
mettre à jour l'éclairage de manière interactive, y compris dans
ses aspects globaux (inter-réflexion de la lumière) [28] (voir Figure ![[*]](../icons/cross_ref_motif.gif){kind=icon}
).
Figure: Deux images extraites d'une simulation
interactive de l'éclairage d'une pièce au travers d'une porte qui
s'ouvre.
![\begin{figure} \centerline{ \includegraphics [width=8cm]{RadProg.ps} }\end{figure}](img1.gif)
Participants : François Sillion , Yann Argotti .
La visualisation de très grands volumes de données est un problème récurrent dans de très nombreuses applications graphiques : en effet, avec l'avènement de techniques de simulation fiables et les techniques de réalité virtuelle, la croissance du volume de données à traiter est largement supérieure à l'augmentation de capacité des matériels graphiques (pourtant déjà impressionnante !). Par ailleurs, le cas particulier des données urbaines est intéressant à un double titre. Tout d'abord, les applications concernées sont nombreuses, allant des simulateurs de conduite au tourisme virtuel en passant par l'éducation, l'évaluation de projets d'aménagement urbains et les jeux. De plus, la morphologie urbaine impose des contraintes fortes sur la structuration des données, et cette structure peut à notre sens être exploitée pour obtenir des algorithmes de visualisation très performants.
Nous avons réalisé un prototype logiciel permettant la
``navigation'' interactive dans une scène urbaine, en réalisant
une segmentation de la base de donnée par rapport à la
localisation du point de vue. Certaines données proches de
l'observateur sont traitées en 3D, pour permettre par exemple de
véritables tests de collision, mais les données distantes sont
simplifiées et regroupées dans des ``imposteurs''. Un imposteur
est donc une représentation simplifiée d'une partie de la scène
3D. Nous avons proposé une technique de construction des
imposteurs à base d'images de synthèse, qui permet de concilier
le double impératif de simplicité (faible nombre de primitives
graphiques, recours à la texturation) et de fidélité (rendu
correct des effets de masquage entre immeubles lorsque
l'utilisateur avance dans une rue...) [39] (voir
Figure ).
Figure: Exemple de maquette urbaine complexe
dans laquelle on peut naviguer rapidement.
![\begin{figure} \centerline{ \includegraphics [width=8cm]{Ville.ps} }\end{figure}](img2.gif)
Nous travaillons à la définition et à l'implémentation d'une plate-forme d'expérimentation pour la réalité virtuelle sur réseaux rapides.
Plus généralement, notre projet de recherche sur la visualisation à travers un réseau a reçu le soutien du CNRS dans le cadre du programme ``Télécom''. Il s'agit donc de mettre au point des méthodologies de découpage des tâches graphiques, pour fournir aux concepteurs de serveurs graphiques des outils paramétrables permettant de maintenir une performance acceptable dans tous les cas de figure, au prix d'une éventuelle perte de qualité graphique.
Nous avons construit un ensemble de couches logicielles permettant de développer rapidement des serveurs et clients graphiques, et de contrôler la quantité d'informations transmises à chaque instant. Un client graphique ``universel'' est opérationnel, et nous travaillons à la réalisation d'un serveur ``intelligent'' basé sur nos travaux de visualisation urbaine.
Participants : Marie-Paule Cani-Gascuel , Jean-Dominique
Gascuel , Fabrice Neyret , Gilles Debunne , Mathieu Desbrun ,
François Faure , Eric Ferley , Agata Opalach , Nicolas Tsingos ,
Dominique Rossin .
Les surfaces implicites (iso-surfaces d'un champ potentiel) permettent de modéliser très facilement des formes de topologie et de géométrie complexe (en particulier celles comportant des trous et des embranchements, difficiles à obtenir avec des surfaces paramétriques de forme libre), tout en optimisant les test d'appartenance utilisés pour le rendu, pour les détections de collision en animation, ou pour les calculs d'erreur en reconstruction automatique à partir de points de données.
Durant l'année 1997, nous avons en premier lieu restructuré totalement notre système de modélisation par surfaces implicites de manière à le rendre plus général (il n'intégrait jusqu'à présent que les surfaces implicites ``à squelette''). Tous les types de potentiel proposés récemment dans le monde de la recherche peuvent maintenant être testés de manière unifiée et combinés entre eux. Nous avons, d'autre part, poursuivi nos travaux sur la reconstruction de formes comportant des embranchements, ce qui a débouché sur la publication d'un article dans la revue Computer Graphics Forum [20] .
Nous avons développé un ensemble très complet d'outils permettant de simuler efficacement le mouvement et les interactions d'objets rigides, qui peuvent être reliés par des contraintes articulaires : animation par positions clés, cinématique inverse, dynamique directe, dynamique inverse, calcul des forces de réaction et de frottement lors de collisions ou de contacts entre solides.
En 1997, nous avons utilisé ces outils dans le cadre d'une collaboration avec le projet SIAMES de l'IRISA à Rennes. Il s'agissait de calculer les forces articulaires mises en jeu lors de la marche d'un personnage, en tenant compte de manière réaliste des interactions avec le sol. Ce travail a donné lieu à une publication internationale [31].
L'animation de matériaux ou d'objets pouvant subir de très
grandes déformations, ainsi que des changements de topologie
(fractures, fusions) se base sur l'utilisation de systèmes de
particules. Nous utilisons dans ce cadre les SPH (Smoothed
Particles Hydrodynamics) tirées de l'astrophysique. Les surfaces
implicites permettent d'associer une surface à ces modèles,
aspect essentiel pour le rendu d'images animées [16] (voir Figure ).
Figure: Modélisation d'éboulements/écoulements à
l'aide de simulations de particules.
![\begin{figure} \centerline{ \includegraphics [width=8cm]{SPH.ps} }\end{figure}](img3.gif)
Nous avons d'une part optimisé l'algorithme de simulation des particules grâce à une approche adaptative (le système de particules se raffine automatiquement au cours du temps dans les zones de forte déformation, et se simplifie dans les zones stables), et d'autre part amélioré la définition de la surface implicite permettant de visualiser le matériau. Nous utilisons maintenant une ``surface implicite active'', munie d'une tension de surface, dont la triangulation est très efficace grâce au stockage discret du potentiel qui l'engendre.
Participants : George Drettakis , Frédéric Cazals , Frédo
Durand , Rachel Orti , Claude Puech , Stéphane Rivière .
Un point commun à des applications aussi diverses que réalité virtuelle, systèmes d'information géographique ou encore conception assistée par ordinateur, est la complexité des environnements manipulés et des opérations exécutées. Ainsi des opérations telles que le calcul d'une vue pour une image de synthèse ou la détection de l'intersection de deux surfaces polyédrisées, lorsqu'elles portent sur un nombre de primitives pouvant atteindre le million, requièrent des structures de données extrêmement performantes.
L'originalité de notre travail a consisté à mettre en oeuvre de telles structures de données en tenant compte à la fois de la densité d'occupation de l'espace en éléments primitifs et des différences de taille entre ces éléments. Des analogies avec les algorithmes de tri de type ``bucket sort'' en dimension 1 nous ont permis de montrer qu'il était possible d'atteindre les mêmes performances que celles de structures de données hiérarchiques récursives, et ce en ôtant la récursivité. Nos méthodes sont donc moins coûteuses en taille mémoire. Des tests probants ont été réalisés en utilisant ces structures pour un lancer de rayons [11,24].
Participants : Frédo Durand , Rachel Orti , Claude Puech ,
Stéphane Rivière .
La méthode de radiosité, qui simule les échanges d'énergie lumineuse entre les objets constituant une scène, exige la connaissance des relations de visibilité entre toutes les paires d'objets. Les méthodes standard, quadratiques, sont peu adaptées d'une part aux scènes très complexes et d'autre part aux environnements dynamiques. Parmi les structures de données permettant de stocker ces relations de visibilité, l'une d'entre elles, le complexe de visibilité, présente plusieurs avantages que nous avons cherché à exploiter.
Une partie de nos travaux a porté sur le complexe lui-même [15,36].
Nous avons, par ailleurs, développé et implémenté un algorithme qui utilise le complexe pour calculer le maillage de discontinuité (les limites d'ombre et de pénombre), et pour calculer les facteurs de formes pour une scène 2D statique. Seuls les facteurs de forme entre objets mutuellement visibles sont calculés, et de plus ils sont calculés de manière analytique et efficace. Nous avons également conçu un algorithme qui permet la détection et la mise à jour des seuls facteurs de forme modifiés lors du mouvement d'un objet. Ce travail constitue une première étape vers un calcul de radiosité efficace en environnement dynamique [13].
Les algorithmes de géométrie algorithmique nous fournissent une grande richesse d'outils permettant la résolution efficace des problèmes liés à la détermination de la visibilité dans une scène 3D. Notre but est de mettre au point des structures de données et de nouveaux algorithmes de visibilité, et de démontrer leur utilité pour la résolution des problèmes graphiques.
Figure: Le maillage de discontinuité dû à la
source se trouvant au plafond dans le coin, tel qu'il a été
calculé grâce au squelette de visibilité.
![\begin{figure} \centerline{ \includegraphics [width=8cm]{Complex.ps} }\end{figure}](img4.gif)
Nous avons développé une nouvelle structure de données,
appelée ``Squelette de Visibilité'', qui est une représentation
relativement compacte de toutes les relations de visibilité dans
l'espace. Apparenté à la structure 2D ``Complexe de Visibilité'',
le Squelette ne code que les événements visuels (EV) de
dimensions 0 et 1 dans un graphe. Les noeuds sont les EV de
dimension 0, correspondant à l'interaction de quatre arêtes de la
scène, et les arcs sont les événements de dimension 1, liant les
noeuds (par exemple, l'interaction d'une arête et d'un sommet).
En ajoutant un tableau permettant un accès efficace, nous avons
démontré l'utilité de la structure construite pour différentes
applications graphiques [30]
(voir Figure ).
Dans le même esprit, une construction théorique a été également
présentée, permettant l'application du complexe 3D aux objets
lisses, avec un algorithme de construction sensible à la sortie
[29].
Enfin, une autre approche des algorithmes de visibilité concerne les maillages de discontinuités ; un algorithme permettant leur modification incrémentale a été mis au point permettant l'affichage interactif des images de très haute qualité pour des scènes simples [32].
L'activité réalité augmentée/virtuelle, bien que récente au sein du projet, a plusieurs volets. Nous travaillons à la fois sur les aspects visualisation/rendu réaliste et sur les aspects de son 3D.
Pour la visualisation, nous essayons de fournir un rendu réaliste (avec éclairage) et interactif pour des scènes de grande complexité, en permettant à l'utilisateur d'interagir avec la scène. Le mélange d'objets réels et virtuels est étudié.
Pour le rendu interactif de haute qualité nous avons développé
un algorithme qui permet la mise à jour interactive de
l'éclairage pour de scènes complexes [28]. En collaboration avec le projet
Robotvis de l'Inria à Sophia-Antipolis, nous avons également
développé un algorithme permettant le mélange de scènes réelles
et virtuelles, tout en gardant des effets d'``éclairage commun'',
donc les ombres créées par l'interaction des objets ou sources
réels et virtuels [27] (voir
Figure ).
Figure: Interactions lumineuses entre un objet
virtuel et une scène ``réelle''.
![\begin{figure} \centerline{ \includegraphics [width=8cm]{RealAug.ps} }\end{figure}](img5.gif)
Les algorithmes de rendu de son 3D offrent une dimension supplémentaire à l'immersion dans un environnement virtuel.
Nous travaillons à la conception d'algorithmes et de modèles
permettant de simuler la propagation d'ondes (sonores,
lumineuses) en tenant compte de la phase et du temps de
propagation (voir Figure ). Deux grand
types d'applications sont envisagés : des calculs de haute
qualité sur des scènes complexes (expertise acoustique), et des
environnements temps réel (visites virtuelles, jeux).
Figure: Prise de son dans un environnement
virtuel ; dans le coin en bas à droite, franges de
diffraction produites par le rectangle (franges mesurées au
micro).
![\begin{figure} \centerline{ \includegraphics [width=8cm]{Son.ps} }\end{figure}](img6.gif)
Nous avons développé des algorithmes spécifiques utilisant les accélérateurs graphiques des stations de travail pour optimiser les calculs de diffraction et de diffusion. D'autre part, nous gérons la complexité temporelle par un schéma de décomposition et de compression des signaux. Le tout est intégré dans la plate-forme de modélisation et animation Fabule, pour avoir un environnement d'expérimentation souple.
Nous avons également mis en place en 1997 une salle adaptée aux besoins de la réalité virtuelle non immersive, avec projection murale plain-pied, installation sonore de haute qualité, reconstruction 3D par asservissement des lunettes, dans laquelle nous pouvons réaliser un certain nombre d'expérimentations.
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