Représentations alternatives pour le traitement haute-qualité efficace des scènes complexes.

Encadrant: Fabrice NEYRET ( Artis – LJK/INRIA )

Des jeux vidéos aux effets spéciaux en passant par les simulateurs de vol, la visualisation médicale et la géomatique, les applications sont maintenant appelées à traiter des scènes virtuelles extrêmement complexes, à la fois ultra-détaillées et très étendues, dont les échelles caractéristiques s'étendent sur plusieurs ordres de grandeur. La gestion de ces scènes pose problème à tous niveaux: spécification par un utilisateur, stockage en mémoire, traitement, calcul du rendu réaliste.

Une voie prometteuse pour attaquer ces problèmes est de recourir à des représentations volumiques (explicites, procédurales, ou mixtes -amplification), plus adaptées que les maillages surfaciques explicites, dans la mesure où elles ramènent les formes à un signal tridimensionnel (l'adaptation idéale à un point de vue revient à savoir filtrer la scène pour son échantillonnage pixel).

Cependant, les problèmes à résoudre sont nombreux pour en tirer une solution complète à la représentation des scènes complexes:

Le rendu ne dévoile pas que la forme macroscopique; les échelles sous-pixel ont un impact visible (réflectance, opacité directionnelle). Une représentation complète doit donc inclure des descripteurs "sous-maille", et leur mise à jour concomitante au filtrage. A noter qu'une forme volumique se décrit par l'adjonction d'un champs scalaire ("densité") et d'une fonction de transfert qui le "sculpte". Cette fonction très non-linéaire doit être prise en compte dans le filtrage.

Par ailleurs, les paramètres de volume procédural et de fonction de transfert permettent de produire des formes complexes, éventuellement animées. Mais dans bien des applications, on aimerait pouvoir les contrôler de manière à produire des motifs volumiques voire des fluides amplifiés (fumée, nébuleuses, ...) respectant des propriétés connues (statistiques, champ de vitesse, spectre de vorticité...). Il faut donc savoir relier précisément les paramètres à leurs effets ("inverser" le contrôle).

Plus loin dans le même esprit, la logique usuelle du filtrage consiste à construire une hiérarchie d'échelles à partir d'une description ultra-fine. Cependant pour des scènes vastes arbitrairement détaillées, mais aussi dans le processus naturel par lequel un artiste spécifie des formes, on souhaiterait plutôt spécifier "du haut vers le bas", en ajoutant des détails qui laissent inchangés l'aspect visuel à grande échelle (sachant que l'aspect est une fonction non linéaire des paramètres).

Ceci suppose donc de revisiter profondément le processus de description procédurale.

D'une manière générale, le but de cette thèse est de caractériser et rendre contrôlable la chaîne d'opérations conduisant à une forme complexe volumique, et d'en tirer une représentation capable d'une part de spécifier facilement de tels objets, d'autre part d'en tirer un calcul du rendu à la fois rapide et de haute qualité.