Plan d’activité pédagogique IMN529 — Synthèse d’images Automne 2018

24 August 2018 1

Département d’informatique

IMN529 — Synthèse d’images

Plan d’activité pédagogique

Automne 2018

Professeur : Richard Egli

Courriel : Richard.Egli@USherbrooke.ca

Local : D4-1010-17

Répertoire public : Public/Cours/IMN529 Disponibilité : Après les cours et à déterminer

Responsables : Jean-Pierre Dussault, Richard Egli, Pierre-Marc Jodoin.

Horaire :

Exposé magistral : Jeudi 8 h 30 à 10 h 20 D4-2023

Vendredi 14 h 30 à 15 h 20 D4-2023

Description officielle de l’activité pédagogique1

Cibles de formation : Acquérir des connaissances avancées sur les techniques de synthèse d'images réalistes;

réaliser un projet de synthèse d'images dans le but d'approfondir une ou plusieurs de ces

techniques.

Contenu : Formation d'images : équation de la lumière, réfraction et réflexion de la lumière, modèles

de caméra, construction du plan image. Tests de visibilité, modèles de lumières et de

texture, intégration de Monte-Carlo, techniques d'échantillonnage et illumination globale.

Algorithme de lancer de rayon : hiérarchie de scènes, parcours de la lumière, formes et

calculs d'intersections. Crédits 3

Organisation 3 heures d’exposé magistral par semaine

6 heures de travail personnel par semaine

Préalable IMN428

1 https://www.usherbrooke.ca/admission/fiches-cours/IMN529/

1 Présentation Cette section présente les objectifs spécifiques et le contenu détaillé de l’activité pédagogique. Cette section, non

modifiable sans l’approbation d’un comité de programme du Département d’informatique, constitue la version

officielle.

1.1 Mise en contexte

Ce cours constitue la suite du cours Infographie (IMN428) et traite de la production d’images de synthèse réalistes.

Cette séquence de deux cours vise à donner aux étudiants des outils utilisés en infographie tridimensionnelle. En plus

d’enseigner à utiliser ces outils, ces deux cours visent à apprendre aux étudiants leur construction et les principes sous-

jacents.

1.2 Objectifs spécifiques

L’objectif du cours est de maîtriser les techniques de création d’images virtuelles réalistes. À la fin du cours, l’étudiant

ou l’étudiante doit être en mesure de comprendre et de modéliser le parcours de la lumière dans une scène virtuelle

3D de manière à produire un résultat visuel très réaliste.

De façon plus précise, à la fin de cette activité pédagogique, l’étudiante ou l’étudiant comprendra et pourra simuler

les notions suivantes :

1. la réflexion et la transmission d’un faisceau lumineux sur un seul objet (illumination locale); 2. les réflexions et les transmissions de la lumière dans une scène à l’aide de différents modèles d’illumination

globale;

3. une surface complexe (courbe, fractale, etc.) et les calculs d’intersection d’un rayon avec celle-ci;

4. la méthode de Monte-Carlo pour trouver des solutions numériques à des phénomènes complexes par

exemple, des réflexions floues, la profondeur de champs, des calculs d’illumination globale;

5. la résolution d’un système d’équations linéaires pour le calcul d’illumination globale (radiosité).

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1.3 Contenu détaillé

Thème Contenu Heures Objectifs Travaux

1

Introduction :

Illumination locale : Rappels mathématiques : points, vecteurs, etc.

Réflexion diffuse, spéculaire, ambiante; émission;

Plusieurs sources lumineuses;

3 1 tp1

2

Tracé de rayons : Rayons de départ;

Calcul des ombres; Réflexion miroir, réfraction (Snell, Fresnell); Intersection d’un rayon avec une primitive; Intersection d’un rayon avec la scène, volume englobant :

hiérarchie de l’usager, hiérarchie BSP, kd-tree ; Antialiasing;

9 1,3 tp1

3

Objets fractals : Lignes;Terrains fractals;

Hiérarchie de volumes englobants;

3 3 tp2

4

Illumination globale : Radiométrie : flux, irradiance, radiosité, radiance; BRDF, BSDF, BSSRDF, modèles d’illumination locale basés sur la

physique; Équation de la lumière; Radiosité : facteurs de formes, par assemblage (Gauss–Seidel) ou

propagation; Tracé de rayons distribués : ombres floues, mouvements flous,

profondeur de champs; Photon mapping, illumination globale en deux passes, roulette

russe, chemin de la lumière (ray path); Path tracing.

21 1,2,4,5 tp3,tp4

5

Représentation d’objets courbes : Lignes courbes, surfaces, Bézier, B-Splines (rappel); Surfaces de subdivisions, DeCasteljau, Catmull-Clark Intersection avec un rayon

3 3

2 Organisation

Cette section propre à l’approche pédagogique de chaque enseignante ou enseignant présente la méthode pédagogique, le

calendrier, le barème et la procédure d'évaluation ainsi que l'échéancier des travaux. Cette section doit être cohérente avec le

contenu de la section précédente.

2.1 Méthode pédagogique

Une semaine comprend trois heures de cours magistraux. Certaines des présentations en classe se feront à l’aide de diapositives disponibles dans le répertoire public du cours, en format pdf. Tout au long de la session, l’étudiant devra implémenter certaines des notions vues en classe à travers quatre travaux pratiques. Des instructions particulières seront données pour chacun des travaux. Vous aurez environ deux semaines pour faire chacun des travaux pratiques en Visual C++ 2015. En ce qui concerne les examens, seules des notes manuscrites non photocopiées sont admises, tout manuel et notes de cours imprimées étant interdits.

2.2 Calendrier approximatif

Ce tableau contient de semaine en semaine le contenu abordé dans le cours

et le travail demandé.

Semaine Date Thèmes Heures de cours Travaux 1 27/08/2018 1 1

2 03/09/2018 1,2 3

3 10/09/2018 2 3

4 17/09/2018 2 3 Remise tp1 5 24/09/2018 2,3 3

6 01/10/2018 3,4 3

7 08/10/2018 Intra 0

15/10/2018 Relâche 0

8 22/10/2018 4 3 Remise tp2 9 29/10/2018 4 3

10 05/11/2018 4 3

11 12/11/2018 4 3 Remise tp3 12 19/11/2018 4 3

13 26/11/2018 4 3

14 3/12/2018 4,5 3 Remise tp4

15 17/12/2018 Finaux 0

2.3 Évaluation

Travaux pratiques : 32% 8% chacun des 4 TPs. En équipe de 2.

Examen intra : 30%

Examen final : 38%

Tp1 Tracé de rayons Tp2 Montagnes Fractales Tp3 Radiosité Tp4 Photon mapping

La remise du travail se fera par le système turnin web : http://opus.dinf.usherbrooke.ca

Le non-respect de la date de remise entraîne une pénalité de 10% par jour de retard.

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Conformément au règlement facultaire d’évaluation des apprentissages2, l’enseignant peut retourner à l’étudiante ou

à l’étudiant tout travail non conforme aux exigences quant à la qualité de la langue et aux normes de présentation.

Le plagiat consiste à utiliser des résultats obtenus par d’autres personnes afin de les faire passer pour sien et dans le

dessein de tromper l’enseignant. Si une preuve de plagiat est attestée, elle sera traitée en conformité, entre autres,

avec l’article 9.4.1 du Règlement des études3 de l’Université de Sherbrooke. L’étudiant ou l’étudiante peut s’exposer

à de graves sanctions, dont automatiquement une note de zéro (0) au devoir ou à l’examen en question.

2.3 Utilisation d'appareils électroniques et du courriel

Selon le règlement complémentaire des études, section 4.2.34, l'utilisation d'ordinateurs, de cellulaires ou de tablettes

pendant une prestation est interdite à condition que leur usage soit explicitement permis dans le plan de cours.

Dans ce cours, l'usage de téléphones cellulaires, de tablettes ou d'ordinateurs est autorisé. Cette permission peut être retirée en tout temps si leur

usage entraîne des abus.

Comme indiqué dans le règlement universitaire des études, section 4.2.35, toute utilisation d'appareils de captation de

la voix ou de l'image exige la permission du professeur.

Note : L'utilisation du courrier électronique est recommandée pour poser vos questions. Il faut par contre que vous questions soient claires et

précises.

3 Matériel pour le cours

Visual C++ 2015 et diapositives disponibles dans le répertoire public du cours.

4 Documentation et références

Pharr, M. et al. Physically Based Rendering: From Theory To Implementation, third edition. Morgan Kaufmann,

2016.

Hughes, J. et al. Computer Graphics: Principles and Practice, third edition. Addison-Wesley Professional, 2013.

Shirley, P. et Morley, K. Realistic Ray Tracing, second edition. A K Peters, 2003.

Jensen, H. W. Realistic Image Synthesis Using Photon Mapping. A K Peters, 2001.

Dutré, P. et al. Advanced Global Illumination, second edition. A K Petes, 2006.

2 https://www.usherbrooke.ca/sciences/fileadmin/sites/sciences/Etudiants_actuels/Informations_academiques_et_re

glements/2017-10-27_Reglement_facultaire_-_evaluation_des_apprentissages.pdf 3 https://www.usherbrooke.ca/registraire/droits-et-responsabilites/reglement-des-etudes/

4 https://www.usherbrooke.ca/sciences/fileadmin/sites/sciences/documents/Intranet/Informations_academiques/Sc iences_Reglement_complementaire_2017-05-09.pdf 5 https://www.usherbrooke.ca/registraire/droits-et-responsabilites/reglement-des-etudes/