IFT3730 : Infographie 3D

Systèmes et modèles graphiques

Pierre Poulin, Derek Nowrouzezahrai

Hiver 2013DIRO, Université de Montréal

Image

Description d’un modèle

Vision parordinateur

Infographie

Traitementd’images

Modélisation géométrique

Où se situe l’infographie?

Cf.:Mignotte

Imagerie

Applications• Affichage d’information

– carte géographique, graphique, imagerie médicale, visualisation scientifique, etc.

• Design virtuel (précision)– CAO (architecture, mécanique, VLSI, etc.)

• Simulation (réalisme)– pilotages, jeux vidéo, effets spéciaux au

cinéma, réalité virtuelle et augmentée, etc.

• Interfaces usager– fenêtres, icônes, menus, souris

Une image numérique

Une image numérique peut être vue comme une “matrice 2D” dont chaque élément (pixel) représente l’intensité lumineuse discrète àce point.

Cf.:Max Mignotte

Images réelles• La scène est constituée d’objets et de transport de

la lumière– objets 3D (macroscopiques, mésoscopiques et

microscopiques), position, couleurs, propriétés physiques...

– sources de lumière, réflexion, réfraction, diffraction, interréflexions, dispersion unique et multiple

• La scène est vue par un observateur (caméra)– position et orientation, pyramide de vue– lentille, profondeur de champ

• Image est une représentation 2D de la scène à un moment précis et telle qu’observée par une caméra

• Note: tous les éléments de la scène peuvent être en mouvement

Images synthétiques• Une scène synthétique 3D typique (minimale)

– Géométrie des objets 2D ou 3D de la scène– Textures et paramètres de

réflexion/réfraction– Source(s) de lumière directes– Caméra(s) synthétique(s)

• Formation d’une image d’une taille donnée • Animation est constituée d’une séquence

d’images affichées dans le temps

Exemple “typique” d’une scène 3D

Source lumineuse

Objets 3D (ayantcouleur, texture,paramètres de réflexion, etc.)

Pyramide de vueCaméraVirtuelle

Image(rendu)

(Depth Buffer)

Systèmes graphiques (1) Modèle 3D

Logicielgraphique

API (OpenGL)CPUMémoire

(cache,RAM,disque…)

Aliassage

Crédit E.Angel

• Tampon d’affichage (frame buffer)– pixels (picture elements)– VRAM (video random access memory)– bits par pixel : nombre de couleurs

représentables– palette de couleur : 4 bits (16), 8 bits

(256) – true-color : 16 bits (65k), 24 bits (16M)

• Tampon de profondeur (depth buffer)– Contient des données de profondeur

Systèmes graphiques (2)

bn 2=

API (Application Programmer’s Interface)

• Librairie(s) permettant à un programme d’avoir une interaction transparente avec le matériel

• Fonctions de haut niveau• Indépendant de l’implémentation et du

matériel• OpenGL, Direct3D, VRML, Java-3D, etc.

Programmed’application

APIlibrairie

graphiqueMatériel

METTRE LA FIGURE 1.22 DE ANGELCrédit E.Angel

API OpenGL (1)• Objets (primitives)

– points, lignes, triangles, polygones, courbes, surfaces paramétriques, etc.

– Exemple:/* Dessin d’une droite entre (0,0,0) et (1,1,1)

*/

glBegin(GL_LINES);glVertex3f(0.0,0.0,0.0); /* Vertex: un point 2D-

3D */glVertex3f(1.0,1.0,1.0);

glEnd( );

API OpenGL (2)• Caméra

– gluLookAt (fX, fY, fZ, tX, tY, tZ, …);– gluPerspective (viewField, …);

• Source de lumière– glLight (…);

Pipeline géométrique• Primitives graphiques (points, lignes,

polygones)• Transformations géométriques

– multiplication par une ou plusieurs matrice(s)

• Clipping dans la pyramide de vue• Projection

– transformations matricielles• Discrétisation (rasterization) en pixels et

calcul de la couleur