Algorithmique et programmation

Concept du cours
 Conception des images de synthèse
 D'un point de vue théorique & pratique
Synthèse d'images I
 Comprendre pour s’adapter
 Le domaine des images de synthèse
 Où en est on ? A quoi ça sert ? Dans quel domaine ?
 Comment les fabrique t'on ? Pour quel but ?
 Choix technologiques et algorithmiques
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Concept du cours
Concept du cours
 Ce que vous apprendrez
 Ce que vous n'apprendrez pas
 Outils mathématiques de l'image
 Les logiciels de modélisation 3D
 3DSmax, Maya, Blender …
 Vu dans d'autres cours
 Fondement de la synthèse d'images
 Le principe général de la création d’une image de synthèse
 Le pipeline graphique & certaines techniques temps réels
 IMAC 2
 La modélisation des objets
 La modélisation de la lumière
 Les algorithmes d'illumination globale & techniques avancées
 IMAC 3
 La conception artistique
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Méthodologie du cours
Plan du cours
Fabriquer une image de synthèse :
 Un support de cours succinct & distinct
 Reprend les équations et les grands titres
 Il faut noter et écouter en cours
 N'hésitez pas à poser des questions
 12*2h de CM
 Complété par 12*2h de TD
 Application avec glut
 Fabrication d’une scène
 Implémentation algorithmes
 2D
 Lancer de rayons
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Introduction
Rendu & affichage
III. Modélisation
I.
II.
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1
Plan du cours
I.
La synthèse d'images
Introduction
1.
2.
3.
I. Introduction
4.
État des lieux
La réalité
Domaine et application
Les mathématiques de la 3D
II.
Rendu & affichage
III.
Modélisation
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État des lieux
 Historique du rendu
 La visualisation d'image apparaît tardivement dans l'histoire de l'informatique
(ligne année 50, année 60-70)
 Initialement, dessin vectoriel
La synthèse d'images
 Recréation de dessin à partir d'outils (tracer une droite…)
 À cause des problèmes de mémoire, de vitesse de processeur
I. Introduction
1. État des lieux
 Puis affichage d'images :
 Images de fond
 Dans les jeux : des sprites mobiles
 Calcul direct de scènes 3D :
 Quake est le premier jeu en 3D intégral (1997)
 Apparition de véritables moteurs de rendu physique
 Half Life
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État des lieux
État des lieux
 Évolution des cartes graphiques
 Quelques exemples sur l'état des lieux par domaine
 Nvidia GeForce 256 : Bubble
 Nvidia GeForce 2 MX : Gothic Chapel
 Nvidia GeForce 3 Ti : Chameleon
 Nvidia GeForce 4 Ti : Tidepool / Grass
 Capacité temps réel cartes graphiques :
 Nvidia GeForce 5200 : Dawn
 Rendu pur : qq millions de points
 > 92 milliards de pixels
 Nvidia GeForce 5900 : Last Chance Gaz
 Mais …
 Nvidia GeForce 6600 : Nalu
 Confrontation Temps réel  Réalisme
 Nvidia GeForce 7800 : Mad Mood Mike
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2
L'image "réelle"
 La formation d'une image :
La synthèse d'images
Source lumineuse
I. Introduction
2. Partons de la réalité
La projection
Interaction
lumière matière
L'espace des
couleurs
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L'image "réelle"
L'image "réelle"
 Interaction lumière matière :
 Les sources de lumière :
 Sans elles, pas d'image !
 Souvent contiennent toutes les couleurs
 Naturelles ou artificielles
 Les rayons lumineux entre dans la matière !
 Certains ressortent, d'autres non
 Dépend de la longueur d'onde des rayons
 Donne la couleur à l'objet !
 Lumières naturelles : soleil, ciels, feux …


Difficile à quantifier
Riche en couleur
 Lumières artificielles :


Mieux connues
Caractéristiques quantifiables
Réflexion
Matériaux
Absorption
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L'image "réelle"
L'image "réelle"
 La projection
 Faire une image c'est projeter le monde sur un plan ou la rétine
 Passage de la 3 dimension à la 2 dimension
 Plusieurs façons de projeter :
 L'espace des couleurs
 Dans l'œil :
 Iris + corné + cristallin


 Projection orthographique
 Rétine :



C'est la pellicule !
Cônes : pour les couleurs
Bâtonnets : pour l'intensité lumineuse
 Cônes : 3 fonctions de réception
 Projection perspective
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Appareil de prise de vue
Appareil optique
 On travaille en RVB !
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3
L'image de synthèse
 Les images de synthèse :
 On tente de recréer le processus précédent
 Tout est calculé sur ordinateur
 Affichage via l'écran toujours en RVB
 Importance des modèles
 D'éclairage
 D'interaction avec la matière
 De projection
 De choix des couleurs
 De nombreux autres facteurs interviennent
 Dépend des applications
 Ex : Contrainte temps réel, fidélité des calculs …
La synthèse d'images
I. Introduction
3. Domaines et applications
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Domaines & applications
Domaines & applications
 Nombreuses applications
 Jeux vidéo
 Permet de simuler un univers virtuel
 Nombreuses applications
 Simulateurs (conduites, centrales nucléaires…)
 Simuler pour divertir. Immersion
 Étude des comportements humains
 Réalité virtuelle
 Modélisation et visualisation scientifique
 Nouvelle application innovante
 Simuler sans expérimenter (moindre coût)
 Effets spéciaux au cinéma
 Mieux comprendre les résultats des expériences
 Compositing d'image
 Domaine médical
 Architecture
 Aider / guider les chirurgiens dans leur geste
 Résistance des matériaux
 Adapter des applications à des handicapés
 Simulation des transferts de chaleur
 CAO & Industrie
 Visualisation du bâtiment fini sur le site
 Visualisation pour le design, contrainte matérielles
 Internet 3D …
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Domaines & applications
Domaines & applications
 Problématique différente suivant les domaines
 Jeux vidéo :
 Problématique différente suivant les domaines
 Domaine médical :
 le temps réel
 Sécurité de l'application
 Réalité virtuelle :
 Aide au chirurgien
 interactivité
 Effets spéciaux au cinéma :
 Visualisation scientifique :
 Cohérence des images (compositing)
 Fidélité au modèle physique
 Réalisme
 Gérer de grandes quantités de données
 Architecture :
 CAO et industrie
 Coller au modèle physique
 Gérer de grandes quantités de données
 Esthétisme
 Extraire les bons modèles /
les bons paramètres
 Internet 3D :
 Simulateurs
 Compréhension des données
 Respecter au plus proche le réalisme cognitif
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Domaines & applications
Utilité
 Utilité : voir ce qui n'est pas !
jeux vidéo
 Audiovisuel / effets spéciaux
 liberté narrative
 CAO
 Prévoir avant de concevoir
 Minimisation des coûts
 Jeux vidéo
 Immersion dans des mondes oniriques / futuriste
 Liberté narrative et d'action
 Internet 3D
 Nouvelle représentation du monde et des données
 Voir les données
Effets spéciaux
Internet 3D
Temps réel
Visu scientifique
Architecture
Simulateurs
Réalisme
CAO
Réalité virtuelle
Imagerie médicale
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Utilité
 Utilité : voir ce qui n'est pas !
 Visualisation scientifique
 Mieux comprendre les données / les modèles
 Voir les comportements
 Simulateur
 Étudier les réactions humaines dans des circonstances difficile à mettre en œuvre
 Formation
 Architecture
 Proposer avant de construire. Voir les problèmes en amont
 Démocratie locale
 Application médicale
 Agir de loin. Nouveaux outils. Formation
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