DS0707 - Interactions des mondes physiques, de l'humain et du monde numérique

Représentation et manipulation de formes extrement détaillées – RichShape

RichShape: représentation et manipulation de géométries extrêmement détaillées

La qualité des images de synthèse ses considérablement améliorée durant ces dernières années. Cela est due d'une part à l'augmentation de la finesse des détails de formes, et d'autre part à des modèles d'apparence et d'illumination de plus en plus sophistiqués. Cette quête pour des formes 3D extrêmement détaillés est aussi motivée par la généralisation d'afficheurs de très haute résolutions (e.g., films 4k, écrans retina, etc.) qui nécessite des images extrêmement détaillées.

Le défit des hautes fréquences produites par le meso et micro relief

Dans le contexte du computer-graphics, ce projet à pour but d'augmenter le réalisme et la richesse visuelle des images de synthèses.Plus précisément, notre but est de mettre au point de nouvelles représentations pour le rendu efficace d'objets 3D très détaillés. Pour commencer, nous nous intéresseront à la representation de la géométrie à l'échelle méso pour trouver une alternative plus légère et controllable aux classiques cartes raster de déplacements, normales, albedo, etc. Puis, nous souhaitons généraliser notre approche pour reproduire des effets de très hautes fréquences produits par certaines classes de microstructures géométriques (e.g., métal brossé). De tels effets sont difficiles à reproduire car ils ne peuvent être capturé par les modèles de matériaux classiques. Finalement, nous souhaitons aller au delà des limites des représentations explicite en explorant des approches procédurales de générations des détails géométriques.

Afin d'atteindre nos objectifs nous souhaitons développer des représentations qui soient les plus légères possibles en ne stockant que le minimum d'information possible. Afin d'atteindre des performances temps réel, nous devons exploiter au mieux les capacités des cartes graphiques actuelles et futures, ce qui impose de nombreuses contraintes sur le design de nos représentations. De plus, afin de tirer partie des répétitions de certains types de meso/micro géométrie, nous souhaitons étudier des approches semi-procédurales à base de distributions multi-couches de primitives qui sont combinée à la volée lors du rendu.

Le principal résultat de ce projet est un nouveau pipeline pour la génération et l'affichage de niveaux de détails (LOD) compatibles avec la tessellation matérielle. Pour cela, nous avons d'abord montré comment passer outre les limitations due aux motifs prédéfinies des unités de tessellation afin de pouvoir afficher des LOD non-uniformes au sein d'un même patch. Puis, nous avons mis au point un nouvel algorithme de génération de LOD qui soit compatible avec les contraintes des motifs de la tessellation matérielle, et nous avons proposé une nouvelle métrique de sélection des LOD prenant en compte l'orientation de la caméra.

En parallèle à ces travaux, nous aussi travaillé sur le rendu de haute qualité des matériaux finement rayés comme les métaux, plastiques, ou bois vernis. Pour cela, nous avons fait l'hypothèse d'une surface rayée avec des profils constants par rayure et une distribution connue des rayures. Notre modèle de réflectance est efficacement précalculé par lancer de rayon 2D prenant en compte toutes les inter-reflexions à l'intérieur d'une rayure ainsi que les effets de Fresnels. La sortie est stockée efficacement dans une texture 2D à trois composantes. Notre approche permet un contrôle interactif des profiles et des distributions des rayures.

Finalement, lors de nos travaux sur la génération de LOD compatibles avec la tessellation matérielle, nous avons mis au point un nouveau solveur pour le problème du transport optimal L2 en 2D qui est de 1 à 2 ordres de magnitude plus rapide que les méthodes de l'état de l'art.

Par la suite il serait intéressant d'intégrer notre pipeline de génération et d'affichage des LOD dans les moteurs de rendus temps réel actuels du marché, que ce soit pour des applications ludiques comme les jeux vidéos, pour les applications de réalité virtuelle pour une immersion plus réaliste, ou encore, en combinant notre approche à des algorithmes de compressions pour les applications de présentation de modèles 3D en ligne (musé, design, etc.).

Le problème du transport optimal étant un problème fondamental intervenant dans de nombreux domaines applicatifs et disciplines, notre nouveau solveur pourrai bénéficier à de nombreuses autres applications.

Principales publications :

1. T. Lambert, P. Be´nard, G. Guennebaud. Multi-Resolution Meshes for Feature-Aware Hardware Tessellation. Computer Graphics Forum (Proc. of Eurographics 2016). 2016.

2. B. Raymond, G. Guennebaud, P. Barla. Multi-Scale Rendering of Scratched Materials using a Structured SV-BRDF Model. ACM Transactions on Graphics (Proc. of SIGGRAPH 2016). 2016.

Dans le contexte de la synthe`se d'images, le but ge´ne´ral de ce projet est de repousser les limites actuelles des images produites en terme de richesse des de´tails. Plus pre´cise´ment, nous souhaitons e´tudier de nouvelles repre´sentations pour la cre´ation, manipulation, et rendu efficace d'objets 3D hautement de´taille´s. Tout d'abord, nous nous inte´resserons a` la me´so-ge´ome´trie afin de proposer une repre´sentation plus le´ge`re et contro^lable que les images matricielles classiquement utiliser sous forme de carte de normales ou re´flectances. Puis, nous proposons d'e´tendre notre approche pour la reproduction des effets hautes-fre´quences produits par certaines classes de micro-structure (ex., me´tal brosse´). Ces effets sont difficiles a` ge´rer car ils ne peuvent e^tre repre´sente´ ni de manie`re explicite ni par les mode`les de mate´riaux classiques. Finalement, nous nous inte´resseront e´galement au proble`me du rendu distant en inte´grant des aspects multi-e´chelle directement au coeur de nos primitives.

Coordinateur du projet

Monsieur gael GUENNEBAUD (Inria Bordeaux)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Inria Inria Bordeaux

Aide de l'ANR 198 640 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 36 Mois

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