Modèles scalables pour l'exploration interactive de la nature à l'échelle de la Terre – SimOne

Le but global du projet est de fournir des représentations et des algorithmes pour une navigation temps-réel, sur du matériel grand public, dans un modèle de Terre virtuelle réaliste et plausible. Nous visons le rendu du terrain, de la végétation, de l'eau et des nuages (nous excluons toutes les constructions humaines), tous hautement détaillés à toutes les échelles du sol à l'espace, avec une illumination et un mouvement physiquement plausible à toutes les échelles, et enfin sans transitions entre les échelles. Nous ne visons pas la meilleure précision possible comme en transfert radiatif ou en simulation numérique (comme pour la télé-détection, la modélisation du climat ou les prévisions météorologiques). Nous visons plutôt la qualité de l'image et la plausibilité physique, c'est à dire des modèles de forme, d'illumination et de mouvement qui semblent réalistes et sont suffisamment performants pour des applications temps-réel.

Ces buts sont ambitieux. Plusieurs verrous scientifiques doivent être levés pour les atteindre. Résoudre ces problèmes durs, même seulement dans quelques cas spécifiques, serait une avancée scientifique importante:
- Les modèles de forme passant à l'échelle sont difficiles à concevoir, surtout quand les écarts d'échelles atteignent plusieurs ordres de grandeur. Et fournir des transitions invisibles entre les échelles complique encore le problème. En fait ces objectifs n'ont été atteints que dans de très rares cas.
- Les modèles d'illumination passant à l'échelle sont un problème encore plus difficile. Il est en effet bien plus facile de moyenner les formes dans un pixel que de moyenner leur contribution à l'illumination, qui dépend de l'orientation, de la visibilité (variant à cause de l'auto-occlusion), de la lumière incidente (variant à cause de l'auto-ombrage et des inter-réflexions) et des propriétés réfléchissante de chaque élément se projetant dans ce pixel.
- Les modèles de mouvement pour les fluides (eau et nuages) sont également un problème difficile, surtout quand des transitions invisibles sont requises entre des échelles séparées de plusieurs ordres de grandeur. Bien que des techniques multi-résolution aient été proposées pour les méthodes à base de grille ou de particules, obtenir une simulation de fluide en temps-réel sur un grand domaine reste un problème difficile.

Nos résultats seront publiés dans des conférences scientifiques et dans des journaux. Nous prévoyons aussi de les intégrer dans la plate-forme Proland [Pro09], notre prototype de navigateur pour une Terre virtuelle intégrant nos résultats préliminaires sur les terrain, l'atmosphère, l'océan et les rivières. Nous avons fait des démonstrations de Proland au grand public lors de la Fête de la Science en 2009, et prévoyons de recommencer les années suivantes. Nous avons également vendu une licence de Proland à une entreprise fabriquant des planétariums, et nous utilisons ce logiciel dans un projet industriel pour des simulations de vol. Le code source de Proland n'est pas public et nous ne prévoyons pas d'en faire un logiciel libre.

Ce projet implique deux chercheurs du même laboratoire et qui travaillent dans des équipes voisines, ainsi que des étudiants (un doctorant et des étudiants en stage). Les tâches et sous-tâches du projet sont bien séparées et indépendantes. Le management du projet sera donc très simple.