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SIR

La spécialité principale de l'équipe SIR (Synthèse d’Images Réalistes), créée en 1994, réside dans les techniques de rendu réaliste en synthèse d'images. La notion de réalisme s'entend ici au sens de photoréalisme. Il s'agit donc de représenter le plus fidèlement possible l'apparence des objets composant une scène virtuelle en tenant compte des propriétés des matériaux utilisés et des phénomènes physiques réellement à l'œuvre. Dans ce cadre, l'équipe SIR s'intéresse plus particulièrement à quelques thèmes porteurs en synthèse d'images réalistes:

  • Synthèse de textures procédurales
  • Représentation à base physique (au sens large) d'objets et de phénomènes naturels
  • Rendu réaliste basé sur rayons et faisceaux avec antialiassage

En complément de ces principales thématiques, l'équipe SIR travaille dans quelques domaines connexes tels que la reconnaissance des formes pour les scènes 3D urbaines photo-réalistes et la navigation géo-référencée des scènes 3D dans le cadre des projets communs et des thèses coencadrées avec le TEI d'Athènes (Grèce).

Représentation réaliste de phénomènes naturels

Dans cette thématique vaste, nous nous intéressons particulièrement à l’adaptation de "modèles physiques" aux contraintes de la synthèse d’image. L’objectif est d’obtenir un réalisme "physiquement plausible" tout en s’affranchissant de simulations trop coûteuses en ressources. Cela nous permet de développer, lorsque c’est possible, des méthodes interactives permettant un meilleur contrôle par les utilisateurs et l'utilisation de nouveaux périphériques. Une originalité de cette thématique se présente dans sa large couverture des différents domaines de la synthèse d’image, souvent trop cloisonnés, que sont la modélisation, le rendu et l’animation.

Nous avons développé différents modèles de vieillissement de monuments et bâtiments en prenant en compte les effets de la pollution atmosphérique ou encore les dégradations physico-chimiques des matériaux eux-mêmes, en fonction de paramètres d’environnement comme l’accessibilité à la pluie par exemple. Notre modèle s’adapte automatiquement aussi bien aux façades de batîments entiers qu’au drapé d’une statue romaine.

Nous avons proposé la première méthode multi-échelle en temps réel permettant de représenter la pluie et ses interactions avec l’environnement naturel. Nous proposons de corréler l'atténuation de la visibilité (vue macroscopique) inhérente à la pluie et la densité des gouttes visibles (vue mésoscopique) en fonction d'un seul paramètre, l'intensité des précipitations.

La représentation des différentes variétés de végétations et de fruits à l'aide de logiciels de modélisation 3D est compliquée car il faut créer des objets à la fois différents les un des autres, mais suffisament proches pour appartenir à une espèce reconnaissable. Notre modèle à base de 3Gcartes L-systèmes permet de générer une grande variété des objets naturels ainsi que les différents éléments de leur structure interne. De plus, ce type de modélisation volumique est bien adapté à la propagation sous surfacique de lumière pour le rendu réaliste de ces objets. Dans ce cadre, nos méthodes ont permis d'une part la représentation des fruits et de leurs imperfections et d'autre part la synthèse réaliste de différentes variétés de végétations et de fleurs.

Faisant suite à nos travaux sur la représentation de vagues, nous étudions la simulation et l’agrégation de fluides à l'échelle mésoscopique. Nous mettons en commun des recherches en matériaux et en synthèse d'images. Le but est en premier lieu d'améliorer les performances des codes de calcul sur GPU, mais aussi de voir comment ces simulations pourraient être transposées dans le domaine de la simulation de fluides pour le jeu vidéo et la synthèse d'images.

Synthèse de textures procédurales

Ce thème de recherche a essentiellement trait à la génération procédurale de textures (détails complexes). Le principe de génération procédurale consiste à définir et à visualiser des apparences complexes pour des objets virtuels non pas manuellement mais de manière automatique à l'aide de définitions reposant sur des outils mathématiques et statistiques comme l'analyse spectrale. Cette approche permet de définir de manière extrêmement compacte et continue de nombreuses apparences complexes, calculées directement lors de la visualisation, pour les objets présents dans les scènes synthétiques. Le coeur de ces travaux de recherches porte sur la génération automatique de telles définitions en se basant sur l'analyse d'un ou plusieurs exemples de texture fournis par un utilisateur ou par une simulation physique.

Thème rendu réaliste basé sur rayons et faisceaux avec antialiassage

Dans ce cadre, nous concentrons actuellement nos activités sur le calcul analytique de la visibilité́ avec des applications en rendu réaliste hors ligne et en rendu temps réel. Les solutions analytiques sont intéressantes car elles n'induisent pas de bruit dans les images afin d'obtenir des résultats de haute qualité́ visuelle. Toutefois le calcul analytique de la visibilité́ peut être très complexe et poser des difficultés en terme de robustesse sur un plan numérique et en terme de temps de calcul. Pour résoudre ces difficultés, nous travaillons sur une structure de données qui présente de très bonnes propriétés algorithmiques. Elle nous a déjà permis de proposer une nouvelle technique d'ombrage pour le rendu temps réel très performante et garantissant la précision des calculs au pixel près.

Galerie

Synthèse de textures procédurale haute définition calculées en temps réel

 

Synthèse de différentes variétés de végétation