| Modélisation multi-échelle procédurale |
| de scènes animées |
| Directeur de thèse : | Marie-Paule Cani |
| Co-directeur de thèse : | Przemyslaw Prusinkiewicz |
| Augustin Lux, | Président |
| André Gagalowicz, | Rapporteur |
| Pascal Guitton, | Rapporteur |
| Marie-Paule Cani, | Directrice de thèse |
| Przemyslaw Prusinkiewicz, | Co-directeur de thèse |
| Christophe Godin, | Examinateur |
| Fabrice Neyret, | Examinateur |
Modélisation multi-échelle procédurale de scènes animées
Résumé
En synthèse d'images, les scènes tridimensionnelles animées sont de plus en plus riches et détaillées. Mais elles sont actuellement limitées dans les variations de leur échelle d'observation. Par exemple, créer des modèles permettant une ballade interactive passant continûment d'un atome à une galaxie pose de sérieux problèmes. L'objectif de cette thèse est d'y apporter une solution dans le cadre d'une visualisation temps-réel sur un matériel informatique standard.
Tout d'abord, nous montrons pourquoi la modélisation multi-échelle procédurale est particulièrement bien adaptée pour résoudre ce problème. Plus précisément, nous utilisons la modélisation par complexification qui décrit un modèle par une représentation grossière et par un ensemble de fonctions qui lui ajoutent localement des détails jusqu'à satisfaire la précision requise par des critères perceptuels. Nous introduisons une nouveau formalisme basé sur le langage C++ capable de décrire un large éventail de modèles 3D animés sur de grandes variations d'échelle. Nous proposons un outil générique qui implémente ce formalisme appelé DynamicGraph. Cet outil offre d'une part une interface graphique dédiée et d'autre part un algorithme de rendu temps-réel qui évalue efficacement la visibilité et de la précision requise. Nous illustrons par différentes études de cas le potentiel de cette approche.
Mots clefs : synthèse d'images, 3D, modélisation procédurale, multi-échelle, multi-résolution, arbre dynamique, temps-réel, visibilité
Multi-scale procedural modeling of animated scenes
Abstract
In computer graphics, 3D animated scenes are more and more rich and detailed. But the current techniques for managing such scenes cannot handle a wide range of observation scales. For example, creating models that allow to zoom from a galactic scale to an atomic scale is a very difficult task. Our goal is to address this problem in the scope of real-time visualization using standard computers.
First, we show that multi-scale procedural modeling is particularly well suited to solve this problem. More precisely, we use complexification modeling which describes a model by its coarse representation and a set of functions which adds local details until the required precision according to perceptual criteria. We introduce a new formalism based on the C++ language which is able to describe a large set of 3D animated models over a large range of scales. We propose a tool which implements this formalism called DynamicGraph. This tool consists of a specialized graphical interface and a real-time rendering algorithm which efficently evaluates the visibility and the required precision. Finally, we illustrate the potential of this approach by several case studies.
Keywords : computer graphics, 3D, procedural modeling, multi-scale, multi-resolution, dynamic graph, real-time, visibility
Préface
Vous avez dans les mains le résultat d'un peu moins de 4 ans de travail. C'est difficile de réaliser que toutes cette sueurs, tous ces doutes et ces remises en question, toutes ces prises de consciences, tout cela soit compressé en quelques dizaines de pages, une dizaine de milliers de mots...
Il me semble important de souligner que cette thèse puise son énergie dans la négation. Plûtot que de me baser sur l'existant et d'y apporter une amélioration, j'ai préféré utiliser toute l'indépendance dont j'ai disposé pour aller vers quelque chose de moins conventionnel. Le premier chapitre bibliographique de ce rapport de thèse est d'ailleurs essentiellement une critique reflétant l'énergie j'ai passé à traquer les défauts qui rendent inadéquates, pour le problème que je voulais résoudre, la plupart des approches existantes.
C'est épuisant de toujours repousser et contredire, et je crois que j'aurais pu passer toute ma thèse sur ce même rythme contradictoire. Heureusement, à la suite de mon séjour à Calgary, je me suis décidé à suivre une voie qui me paraissait aller suffisamment loin et dont, au moins, je ne percevais pas de contre-indication évidente. Les discussions avec Przemyslaw Prusinkiewicz et Christophe Godin ont été décisives dans ce nouvel élan qui allait conclure ma thèse.
Remerciements
Marie-Paule, tu m'as donné la possibilité de faire cette thèse. Je t'en remercie.
Marta, Christophe et Raph, vous avez été mes compagnons d'aventure. Vous resterez toujours associés à ces quatres ans que l'on a passé à INRIA.
Merci à Pascal Guitton et André Gagalowicz d'avoir accepté d'être rapporteur.
My journey in Calgary was a wonderful experience. Thanks Martin, Richard, Ying, Callum, Collin, Kay, Peter and all the graphics jungle lab.
Lars, our collaboration was short but intense !
Fredéric Boudon, il semblerait décidemment que nos destins soient liés...
Fabrice, tu as été pour moi une grande source d'inspiration.
Alors Alex Meyer, procédural ou précalculé ?
Patricia ton aide m'a été précieuse.
Joëlle, merci pour tout. Gilles, idem.
Benjamin et Sandrine, je me demande comment j'aurais fait sans vous !
Très chère famille, très chers amis, votre soutien est inestimable.
Laure et Philippe, ça me rend triste de quitter notre bureau.
Mais voila, toutes les bonnes choses ont une fin, et d'autre bonnes choses doivent bien avoir un commencement !