1 plan du cours cours 1,2 : le pipeline graphique cours 3,4,5 : rendu temps-réel –calcul des...
Post on 04-Apr-2015
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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
2
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
3
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
5
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)
6
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
7
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;
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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
10
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
11
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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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
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6
1 2 7 4 5 6 8 9
A B C10
D
3
E
R
A
Triangles in active list Vertex hierarchy
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
Triangles in active list Vertex hierarchy
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
Triangles in active list Vertex hierarchy
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
Triangles in active list Vertex hierarchy
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
Triangles in active list Vertex hierarchy
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
Triangles in active list Vertex hierarchy
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Vertex Tree Example
E10
1 2 7 4 5 6 8 9
10
D
3
R
A
3
B
C E
A B C
Triangles in active list Vertex hierarchy
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Vertex Tree Example
10
1 2 7 4 5 6 8 9
C10
D
3
R
A
B
E
A B
E
Triangles in active list Vertex hierarchy
25
Vertex Tree Example
1 2 7 4 5 6 8 9
C10 3
R
B
E
DA
10
A B
D E
Triangles in active list Vertex hierarchy
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Vertex Tree Example
1 2 7 4 5 6 8 9
A C10 3
R
B
E
D
B
D E
Triangles in active list Vertex hierarchy
27
Vertex Tree Example
1 2 7 4 5 6 8 9
A C10 3
R
R
B
E
D
B
D E
Triangles in active list Vertex hierarchy
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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
30
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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Mipmapping
• Hiérarchie de textures : LOD pour textures
• Evite le clignotement
• Génération automatique ou manuelle
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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
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Image Based Texturing•Plusieurs photos d’une scène•Un modèle géometrique grossier
Campanile Movie
Debevec, Yu, et al., 1997
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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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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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