Rendu de forêts en temps-réel

iMAGIS-GRAVIR / IMAG

Rendu de forêts en temps-réel

iMAGIS / GRAVIR

Franck Sénégas

DEA IVR

Tuteur: Fabrice Neyret


Plan

•Présentation des texels

•Présentation du hardware

•Contribution

•Conclusion


Présentation des texels

•Approches type ray-tracing [KK89],[Shi92],[Nom95],[Ney95],[CMDH97]

•Approches temps-réel [MN98b]


Approches de type ray-tracing•Le texel:

•Le rendu des texels


Placage de texels sur une surface

Texels

Volume de reference


Approches temps-réel• Idée : Découper le volume en tranches [LL94]

• [MN98b] adapte l’idée aux texels

•Rendu : back to front


Résultat de [MN98]

•100 texels de 64 tranches

(Complexité équivalente : 13 M polygones)


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


Possibilités du hardware

•Présentation du hardware ‘classique’

•Présentation du hardware nouvelle génération (GeForce-*,Radeon-*)


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


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


Contributions

• Texels illuminés en temps-réel

• Technique de filtrage de textures

• Technique de génération de texels


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


Représentation

Vecteur lumière à l’infini

Un repère par sommet de tranches


Calcul de l’éclairage•Modèle d’illumination diffuse

•L et N sont unitaires

•Résultat:

C Ctexture *(Cdiffuse * (L.N) Cambiant)


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


Résultat du brouillard


Filtrage des textures•Problème

•Techniques d’interpolation de l ’opacité: calcul à base de couleurs indéfinies


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


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


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


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


Exemple de rendus


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


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


Travaux futurs

•Ombres:– Rendu de l’auto-ombrage

– Placage des ombres sur le sol (shadow map)

•Filtrage:– Aliasing

– Niveaux de détail


Bilan Hardware•Plus de possibilités notamment au niveau du calcul par pixel

•Des extensions utilisables pour les texels

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