1 Plan du cours Cours 1,2 : le pipeline graphique Cours 3,4,5 : rendu temps-réel –Calcul des...

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Plan du cours

• Cours 1,2 : le pipeline graphique• Cours 3,4,5 : rendu temps-réel

– Calcul des ombres– Visibilité– Niveaux de détails– Image-based rendering

• Cours 6 : illumination globale• Cours 7 : rendu non-photoréaliste

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Temps réel

Limiter le nombre de primitives à traiter

• Traitement de l’environnement – dépend du point de vue (visibilité, culling)

• Traitement géométrique – Level Of Detail

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Niveaux de détails

Plus on est loin d’un objet, moins on voit de détails Gain de géométrie

69,451 polys 2,502 polys 251 polys 76 polys

4

Il y a de gros modèles :

700,000700,000 13 million13 million

82 million82 million372,422,615372,422,615

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Principe

• Calculer des niveaux de détail pour chaque objet de la scène : pré-calcul

• Lors du déplacement dans la scène choisir à chaque instant le bon niveau de détail et l’afficher

• Découple rendu et simplification• Permet de prévoir les LOD pour un

affichage rapide (ex : triangle stripe)

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Problématique

• Génération des LOD– Représentation, création – Comment évaluer la fidélité du modèle

simplifié

• Choix du niveau adapté au point de vue– Coût / Gain par rapport au frame rate

• Problème des transitions– Éviter le “popping”– Mélange de deux niveaux successifs

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19.000 faces19.000 faces 1.000 1.000 facesfaces

100 faces100 faces 40 faces40 faces

Simplification de maillage

8

Méthodes

Contraction des arêtesDécimation des sommetsSuppression des triangles

Conservation de la forme générale par la topologie;

31

2

9

8 7

10

54

6

A

9

8

10

54

6

A

3

Comment évaluer l’erreur commise ???

9

Quelle primitive simplifier ?• Sans optimisation

– Grille régulière

• Avec optimisation– Calculer l’erreur commise pour chaque

primitive• Distance, volume, perception• Reste toujours une approximation de l’erreur

visuelle

– Algorithme glouton : supprimer celle de moindre erreur et recalculer localement

– Optimisation globale : recalculer globalement

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Placement de la nouvelle primitive

• Trouver la position qui minimise l’erreur– Sommet, arête ou face– Trianguler, interpoler…– Eviter les repliements

• Cas des bords ou arêtes vives– Adapter la mesure d’erreur– Adapter le placement

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Choix du niveau de détail

• Taille à l’écran• Temps de rendu

• LOD discrets ou continus ?– Transitions plus ou moins fluides– Structure de donnée plus ou moins

complexe– Pré-calcul ou « online »

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LOD dépendant du point de vue

• LOD continus• Hiérarchie de groupes de sommets en

pré-calcul• A l’exécution évolution des groupes

selon le point de vue• Contraction des groupes trop petits

permettant d’éliminer des triangles

Structures de données

• Hiérarchie de sommets– Représente le modèle entier– Mise à jour de la scène à chaque image

• Liste des triangles actifs – Représente la simplification courante– Liste des triangles à afficher– Triangles ajoutés ou détruits par des

opérations sur l’arbre des sommets

La hiérarchie de sommets

• Chaque noeud représente un sous-ensemble des sommets– Les feuilles sont les sommets du modèle

original– La racine représente tous les sommets

• Pour chaque noeud on associe un sommet représentant ou proxy

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L’arbre de sommets

3

1

2

9

8 7

10

54

6

A

9

8

10

54

6

A

3

Fold Node A

Unfold Node A

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Vertex Tree Example

1

3

2

9

8 7

10

54

6

1 2 7 4 5 6 8 9

A B C10

D

3

E

R

Triangles in active list Vertex hierarchy

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Vertex Tree Example

3

1

2

9

8 7

10

54

6

1 2 7 4 5 6 8 9

A B C10

D

3

E

R

A


18

Vertex Tree Example

9

8

10

54

6

1 2 7 4 5 6 8 9

B C10

D

3

E

R

A

3A


19

Vertex Tree Example

9

8

10

54

6

1 2 7 4 5 6 8 9

B C10

D

3

E

R

A

3

B

A


20

Vertex Tree Example

10

1 2 7 4 5 6 8 9

C10

D

3

E

R

A

3

B

8

9

A B


21

Vertex Tree Example

10

1 2 7 4 5 6 8 9

C10

D

3

E

R

A

3

B

C

8

9

A B


22

Vertex Tree Example

10

1 2 7 4 5 6 8 9

10

D

3

E

R

A

3

B

C

A B C


23

Vertex Tree Example

E10

1 2 7 4 5 6 8 9

10

D

3

R

A

3

B

C E

A B C


24

Vertex Tree Example

10

1 2 7 4 5 6 8 9

C10

D

3

R

A

B

E

A B

E


25

Vertex Tree Example

1 2 7 4 5 6 8 9

C10 3

R

B

E

DA

10

A B

D E


26

Vertex Tree Example

1 2 7 4 5 6 8 9

A C10 3

R

B

E

D

B

D E


27

Vertex Tree Example

1 2 7 4 5 6 8 9

A C10 3

R

R

B

E

D

B

D E


28

Vertex Tree Example

1 2 7 4 5 6 8 9

A B C10

D

3

E

R

R


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The Vertex Tree

• A l’exécution, créer une coupe dans l’arbre en choisissant les sommets contractés ou non

This part of the modelis represented at high detail

This part in low detail

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The Vertex Tree : Livetris and Subtris

3

1

2

9

8 7

10

54

6 9

8

10

54

6

A

3

Fold Node A

Unfold Node A

Node->Subtris: triangles qui dispparaissent (offline)Node->Livetris: triangles qui changent de forme (online)

• Deux catégories de triangles affectés

View-Dependent Simplification

• N’importe quel critère peut être utilisé pour choisir quel noeud contracter– Taille écran– Préservation de la silhouette– Budget en nombre de triangles– Perception

Taille écran

• Aire projetée à l’écran– Seuil choisi par l’utilisateur– Les noeuds qui vont dépasser le seuil sont

subdivisés

Préservation de la Silhouette

• Plus de détail vers les silhouettes– Un noeud silhouette contient les triangles

sur le contour visuel– Choisir des seuils plus fins vers la

silhouette

Triangle Budget Simplification

• Minimise l’erreur avec un nombre de triangles donné

• Trie les nœuds selon l’erreur (taille écran)

– Subdiviser le noeud d’erreur maximales et remettre ses fils dans une liste triéeRépéter jusqu’à atteindre le budget

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Autres critères

• Perception• Cohérence temporelle• Effets lumineux• ...

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Mipmapping

• Hiérarchie de textures : LOD pour textures

• Evite le clignotement

• Génération automatique ou manuelle

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Bewick/Riedel Franck Perbet

Imposteurs

Remplacer de la géometrie par un décor

38

Dépendant du point de vue

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2D ½ pour conserver le parallaxe.

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Billboard : tourne avec l’utilisateur

Texture animée : on change d’image à chaque frame

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Billboard clouds

Remplacer la géométrie par un groupe d’imposteurs

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Plan du cours

• Cours 1,2 : le pipeline graphique• Cours 3,4,5 : rendu temps-réel

– Calcul des ombres– Visibilité– Niveaux de détails– Image-based rendering

• Cours 6 : illumination globale• Cours 7 : rendu non-photoréaliste

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Image Based Rendering

• Difficile de modéliser le réel– Prend du temps– Prend de la place en mémoire– N'est jamais aussi bon que le réel

• Complexité variable en fonction de la position

– Vitesse de rendu variable– Mauvais pour l'interactivité

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• Qualité visuelle parfaite– Modèle du monde réel idéal si photo– Image de synthèse poussée

• Affichage indépendant de la complexité géométrique

• Pourquoi on n'y a pas pensé plus tôt ?– Comment on bouge le point de vue ?

• Besoin d'informations géométriques supplémentaires

• Informations partielles sur le monde– Algorithmes pour boucher les trous

Utiliser les images

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•Fournies par l'utilisateur•Implicites :

– L'appareil n'a pas bougé, seulement tourné

– Correspondances entre deux vues

•Explicites :– Profondeur à chaque pixel– Modèle géométrique simplifié– Modèle géométrique complexe

Informations géométriques

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•Profondeur, modèle géométrique :– Évident pour une image de synthèse– Difficile pour un objet réel

•Vues multiples d'un objet :– Facile avec un objet réel– Coûteux avec des images de

synthèse

Difficultés

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Degrés de liberté

•Tourner l'observateur sans déplacement•Tourner l'objet sans déplacement•Tourner et déplacer l'observateur•Déplacement libre de l'observateur

– Sans sortir des limites du modèle

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Matériel nécessaire

•Caméra libre– Grille de calibration

•Caméra tournant sur un pied– Calibrée, pied calibré, déplacement

cylindrique

•Caméra montée sur potence– Déplacement commandé par ordinateur

•Règle intuitive :– Plus le matériel est simple, plus il faudra fournir

d'informations supplémentaires

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Quicktime VR

•Photos panoramiques– Projection cylindrique– Construction semi-autom.

•Warping :– Conversion en image plane

•Interpolation entre les panoramas

51

Acquisition : cf cours de vision.

52

Warping

53

Image Based Texturing•Plusieurs photos d’une scène•Un modèle géometrique grossier

Campanile Movie

Debevec, Yu, et al., 1997

http://graphics3.isi.edu/~debevec/Campanile/debevec-shot2-model.gif

http://graphics3.isi.edu/~debevec/Campanile/debevec-shot2-rendering.jpg

http://graphics3.isi.edu/~debevec/Campanile/debevec-shot1-model.gif

http://graphics3.isi.edu/~debevec/Campanile/debevec-shot1-rendering.jpg

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Modèle hybride

•Partir de vues simples (caméra standard)

•Premier modèle simple donné par l'utilisateur

•Correspondance avec images :– Taille, position, paramètres– Textures à plaquer

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Modèle géométrique simple

•Construction par blocs :– Cubes, prismes…– Relations entre blocs : contraintes de

placement

•Bien adapté aux scènes architecturales•Facile à manipuler•Peu de paramètres

– Pratique pour la reconstruction

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Reconstruction

• L'utilisateur identifie les arêtes du modèle sur l'image

• Trouver les paramètres du modèle et de la caméra

• Minimiser la distance entre les arêtes du modèle, reprojetées, et les arêtes identifiées

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Exemple

60

View-Dependent Texture Mapping

•Chaque caméra agit comme un projecteur de diapositive

•Certains détails du modèle ne sont pas touchés par la diapositive (auto-ombrage)

•On combine les différentes images– Plusieurs images sur le même point du modèle– Informations contradictoires– Moyenne pondérée

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Light fields•Système d’acquisition de la fonction de réflectance

Matusik

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