Représentation, modélisation et génération procédurale de paysages de rivières naturelles

Representation, modelisation and procedural amplication of natural riverscape

• Auteur / Autrice : Thibault Dupont
• Direction : Eric Galin, Adrien Peytavie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d’inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Saïda Bouakaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Galin, Adrien Peytavie, Venceslas Biri, Jean-Michel Dischler, Emmanuelle Darles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Venceslas Biri, Jean-Michel Dischler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie du paysage

Cours d'eau

Modélisation tridimensionnelle

Montage virtuel (audiovisuel) -- Logiciels

Mots clés libres

Modélisation procédurale

Amplification de terrain

Réseaux de rivières

Animation de rivière

Procedural modeling

Terrain amplification

River networks

River animation

Résumé

La création de paysages virtuels réalistes est un défi important de l'informatique graphique. Le but de cette thèse est d'amplifier un terrain de grande taille et d'ajouter du dynamisme en animant des phénomènes pseudopériodiques. Nous nous sommes alors intéressés aux scènes comprenant des rivières: la modélisation de ce type de scène inclut la génération de la géométrie du réseau hydraulique mais aussi l'animation du mouvement de l'eau correspondante. Bien que ces deux éléments aient été étudiés individuellement, il n'existe pas de méthode pour générer de manière concomitante le réseau et l'animation. Afin de répondre à cette problématique, nous proposons un nouveau modèle de représentation de rivière permettant l'animation de la surface de l'eau ainsi qu'une méthode de génération procédurale pour sculpter et animer un réseau cohérent de rivières sur un terrain existant. Notre modèle de rivière utilise les arbres de construction hiérarchiques de terrain pour former la géométrie du lit de la rivière et nous proposons un nouveau modèle appelé arbre d'écoulement pour représenter la surface de l'eau. Les feuilles de l'arbre, sont des primitives de flux à support compact spatialement localisées et variables dans le temps. Les fonctions utilisées représentent des caractéristiques spécifiques comme des ondulations, des turbulences ou encore des tourbillons. Elles sont procédurales et paramétrées afin de générer de la variété. Les nœuds internes de l'arbre sont des opérateurs de combinaison permettant de former la surface finale de l'eau. Ce modèle permet de créer une animation temps réel de l'eau sur des rivières de plusieurs kilomètres de long tout en comportant du détail localement. Nous proposons également une méthode de génération de rivière qui utilise l'élévation d'un terrain de base pour obtenir le réseau d'écoulement. Il creuse ensuite le lit des rivières dans le terrain et génère de manière concomitante l'animation de la surface de l'eau. Les caractéristiques, telles que la largeur, la profondeur et la forme du lit de la rivière, ainsi que l'élévation et l'écoulement de la surface du fluide, sont fonction du terrain et du type de la rivière. Le lit de la rivière est creusé dans le terrain en combinant des primitives d'élévation à support compact échantillonnées le long de la trajectoire de la rivière. La génération permet la production d'une vaste gamme de formes de rivières, allant des rivières à méandres dans les plaines aux rapides de montagnes. Le modèle permet une édition interactive et intuitive des trajectoires des rivières mais aussi du choix des primitives. Notre méthode de création de rivière permet d'amplifier un grand terrain en sculptant un lit de rivière précis mais aussi de créer l'animation de la surface de l'eau correspondante

The creation of realistic virtual landscapes is a major challenge in computer graphics. The aim of this thesis is to amplify a large terrain and add dynamism by animating pseudoperiodic phenomena. That is why we became interested in scenes involving rivers: modeling this kind of scene includes the generation of the river network geometry, but also the animation of the corresponding water movement. Although these two elements have been studied individually, there is no method to generate the network and the animation concomitantly. In order to solve this problem, we propose a new river model allowing the animation of the water surface as well as a procedural generation method to sculpt and animate a coherent river network on an existing site. Our river model uses a hierarchical construction tree to form the riverbed geometry and we propose a new model called blend-flow tree to represent the water surface. The leaves of the tree, the flow primitives, are spatially localized and time-varying on compact support. The functions represent specific characteristics such as ripples, turbulences or eddies. They are procedural and configured so they can generate variety. The internal nodes of the tree are combination operators that form the final surface of the water. This model allows to create a real time animation of the water on rivers several kilometers long while including details locally. We also propose a river generation method that uses the elevation of a bare terrain to obtain the flow network. It then digs the riverbeds in the ground and simultaneously generates the animation of the water surface. Characteristics, such as the width, depth and shape of the riverbed, as well as the elevation and flow of the fluid surface, depend on the terrain and the type of the river. The riverbed is excavated in the ground by combining compact supported elevation primitives sampled along the river's path. The generation allows the production of a wide range of river shapes, from meandering rivers on the plains to mountain rapids. The model allows an interactive and intuitive editing of river trajectories but also of the choice of primitives. Our river creation method allows us to amplify a large area of land by sculpting a precise riverbed but also to create the animation of the corresponding water surface