Représentations alternatives du détail visuel pour le rendu en temps-réel

par Lionel Baboud

Thèse de doctorat en Informatique et mathématiques

Sous la direction de François X. Sillion.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

• Infographie
• Temps réel (informatique)
• Algorithmes

Résumé

Cette thèse se place dans le cadre de la synthèse d'images en temps réel. Le problème auquel elle s'attaque est celui du rendu efficace du détail visuel, principal élément du réalisme d'une image. Pour faire face à la complexité du détail visuel, il est nécessaire de disposer de représentations adaptées à la fois aux objets que l'on cherche à rendre ainsi qu'aux capacités des processeurs graphiques actuels. Le premier axe de recherche porte sur l'utilisation du relief pour représenter et rendre efficacement du détail géométrique. La représentation compacte et structurée du relief par une carte hauteur permet la conception d'algorithmes de rendu exacts et efficaces. Nous en proposons deux~: le premier permet de rendre des reliefs dynamiques, alors que le second s'adresse aux reliefs statiques en exploitant la possibilité d'effectuer un pré-traitement sur la carte de hauteur. Nous développons aussi une réflexion sur l'utilisation du relief pour la représentation de surfaces quelconques, et présentons une application au rendu réaliste et en temps réel de volumes d'eau. Le deuxième axe de recherche se concentre sur les représentations non surfaciques, nécessaires lorsque les représentations géométriques sont inadaptées voire inexistantes. C'est le cas notamment des objets lointains ou des objets à géométrie dense, comme par exemple le feuillage d'un arbre. Le problème ici est d'être capable de représenter l'apparence d'un objet, sans recourir à un modèle géométrique. Nous proposons une méthode permettant, à partir de la seule donnée du light-field d'un objet, de déterminer les paramètres optimaux d'une représentation adaptée pour le rendu.

Titre traduit

Alternative representations of visual detail for real-time rendering

Résumé

This thesis takes place in the context of real-time image synthesis. It addresses the problem of efficient rendering for visual detail, main component of an image's realism. To cope with the complexity of visual detail it is necessary to possess representations which are adapted to objects that are to be rendered, together with capabilities of modern graphics processors. The first research effort concerns the use of relief for efficiently representing and rendering geometrical detail. The compact and structured representation of relief by an height map allows to design efficient and accurate rendering algorithms. We propose two of them: the first one can render animated reliefs, while the second one focuses on static ones by exploiting the possibility to preprocess the height map. We also develop a consideration on the use of relief for the representation of general surfaces, and present an application for real-time rendering of realistic water volumes. The second research effort focuses on non-surfacic representations, necessary when geometrical representations are inadequate or even non-existent. It is notably the case of distant objects or objects possessing a dense geometry, like a tree's foliage for example. The problem here is to be able to represent the visual aspect of an object without resorting to any geometrical model. We propose a method taking the light-field of an object as only input data, to determine the optimal parameters for an efficiently renderable representation.