etude des structures de donnée s au coeur des algos 3d des fps.(bl2) vos noms ici, encadreur,...

Etude des structures de donne s au coeur des algos 3D des FPS.(BL2) Vos noms ici, encadreur, etc

Introduction Contexte : cours de synthse dimage trs in tressant mais seulement 6 sances Programme de TPs/Mini projet limit, Envie den savoir plus, Choix du TER avec notre encadreur Sujet du TER : tude des structures de donn es et des algorithmes dans les jeux 3D de t ype FPS (Doom, Quake, Unreal)

Introduction (suite) Intrt avant tout pdagogique Ecriture dun vrai moteur 3D, y compris limplme ntation de nombreux concepts vus en cours.. Utilisation dOpenGL/C++/ et des maths ! Dcouverte dalgorithmes et de structures de donnes n ouveaux, non nafs, Rencontre avec un dveloppeur de jeux vido, Rutilisation de nos travaux par Mr Buffa en tant que tu toriaux/programmes dexemples

Plan de la prsentation Afficher un univers immense, comment fair e vite ? Prsentation de 4 algorithmes lis des stru ctures de donnes adaptes, avec leurs impl mentations Comparaison/synthse de ces algorithmes Conclusion

Remarque importante La plupart des illustrations sont issues du moteur 3 D que nous avons dvelopp pour ce TER Fonctionnalits multiples (texture mapping, clairages, etc), 12000 lignes de code, Conception objet pense vers lextensibilit (pour pouv oir changer les algorithmes de rendu facilement), C++/Open GL, Notre plate-forme de test !

Comment afficher rapidement un univers immense ?

Univers immense ? Rapidement = 60 images/s au moins ! Exemples : un btiment, un circuit, une ville, une rgion... Un tel univers peut contenir des millions de polygones : on ne va pas tous les afficher ! Pour aller vite : ne dessiner que ceux qui sont visibles (dans le champ de vision de l a camra).

Le champ de vision sappelle le frustum En 3D, cest lespace compris entre les 6 plans. Calculer la partie visible = frustum culling

Exemple dalgorithme Un univers 3D = des millions de polygones, Si lunivers est plat, il suffit de plaquer une grille dont chaque case fait par exemple 10m2 Il suffit, quand on se dplace, de ne dessiner que c e qui se trouve dans les cases qui coupent le cham ps de vision. Si on a pr-calcul lassociation polygones/case, et si lunivers est statique, on a rapidement la liste de s cases visibles et donc la liste des polygones visib les

Illustration de lalgorithme prc dent Champs de vision Partie visible Partie non visible

Mais ce nest pas aussi simple ! Une simple grille ne suffit pas ! Ce nest pas effica ce et on a aussi envie aussi de : Calculer des collisions, Grer les niveaux de dtails, Ne pas afficher ce qui se trouve derrire un m ur etc Les quatre algorithmes que nous avons tudis rp ondent certaines de ces conditions.

Scne de test (60.000 polygones, 4000m2)

Algorithme base de quadtrees

Principe Comme une grille, sauf que les cases ne font pas t outes la mme taille. Permet la gestion des niveaux de dtails On associe chaque case les polygones quelle co ntient Construction On part dune case qui fait toute la surface de lunivers On dcoupe rcursivement lunivers en cases de plus en plus petites. Au final, on a un arbre de cases , chaque case tant dcoupe en 4 cases

Exemple de quadtree Chaque feuille contient une list e de polygones

Comparaison grille/quadtree Beaucoup moins de tests avec le quadtree ! Trs utilis pour reprsenter des modles numriq ues de terrain (gestion dynamique du niveau de d tails, pas implment dans notre TER)

Exemple avec notre scne de test Ici une image avec une autre profondeur (sanbs quad), et comparer les perfs

Conclusion sur les quadtrees Surtout adapt des scnes 2D/2D et demie (grille s dlvation, modles numriques de terrains) Peu adapts pour des btiments tages, tant don n quon ne considre que les projections des poly gones au sol quoique Les prochains algorithmes rpondent ces limitati ons

Algorithme base dOctrees

Principe Idem quadtrees mais en 3D Plus complexe cause de la di mension suppl mentaire!

Construction rcursive

Detection des collisions Legende ic i ! A quoi cor respondent les couleur s ?

Rsultats Bien meilleur nombre dimages/s quavec le s quadtrees, Trs intressant pour la dtection de collisio ns

Algorithmes base darbre BSPs

Principe Etc

Algorithme base de portails

Principe Dcoupage du monde en Secteurs Quand on modlise lunivers, on le dcoupe en secteurs Les secteurs sont mitoyens lorsquils ont une partie comm une, par exemple un mur Portail = partie qui relie deux secteurs Par exemple une porte Deux secteurs sont voisins si il y a une partie de l un visib le quand on se trouve

Principe (dynamique) Entre chaque image les parties visibles par la camer a sont recalcul2es Recherche des parties visibles = parcours de graphe non orient en profondeur Nuds = les pices Artes = un portail reliant deux secteurs Une fois le graphe parcouru, on a marqu2 toutes les parties visibles on les affiche

Avantages/Inconvnients N affiche pas les parties derriere les murs Ncessite une modlisation af hoc du monde Impossible de lutiliser avec notre scne de test Non intgr au moteur 3D, mais tutorial de dmonstration des principes, en 2D.

Modelisation des pieces Information dans un fichier annexe > syntaxe On a considere que c etait des parallelepipipedes Ce n est pas toujours le cas Editeur automatisant

Synthse

Heighmap autre facon de creer un monde Pour illustrer la diffrence Quadtree/Octree Si il y a une montagne les quadtrees montre nt leurs limites screen

En dautres termes Quadtree : dans les jeux = circuit de voitures, ET modle numrique de terrain + frustum = LO D Octree : dans les jeux style Lara BSP : le plus utilise quake like, unreal,6 optimisati ons multiples (arbres quilibrs, etc) Portails : peu utiliss en tant que tels souvent rajo uter sur un algo lancer de rayon

Quatrees en compl2ment du frustum dans les te rrains num2rique > niveau de detail dqns les jeux de voiture

ca depend du type de camera

Octrees dans les lara like efficaces avec les collisions

Arbres BSP...... Portails utilis2s dans les FPS les plus c2l7bres mixes aux BSP 5lancer de rayon-

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