| Titre : | Occultation ambiante basée sur l'échantillonnage préférentiel multiple pour la génération des ombres douces en temps réel |
| Auteurs : | Abdelmoumen Zerari, Auteur ; Mohamed Chaouki Babahenini, Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2018 |
| Format : | 1 vol. (131 p.) / 30 cm |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Ombres douces,GPU,Illumination globale,Rendu en temps réel,SSAO. |
| Résumé : |
L’occultation ambiante dans l’espace écran est considérée comme une technique de rendu en temps réel dans le domaine de l’approximation de l’illumination globale. Son objectif principal est la génération des images visuellement correctes, imitant le plus possible l'apparence des objets dans le monde physique. Bien qu’elle nous permette de visualiser les détails de la scène 3D via les ombres douces, elle exige souvent un nombre important d'échantillons par pixel, ce qui limite son utilisation spécialement dans les applications basées sur le changement interactif de la scène virtuelle.
Le travail de cette thèse s’inscrit dans ce contexte, et propose une nouvelle technique approximative pour accélérer la création des ombres douces en temps réel dans l'algorithme d’illumination globale. Deux contributions ont ainsi été développées : La première consiste à générer des ombres douces physiquement correctes qui peuvent être appliquées dans le rendu temps réel. Pour cela nous suggérons d’utiliser de multiples filtres PCF implémentés sur le GPU pour réduire davantage le nombre d’échantillons de la source de lumière surfacique, ce qui permet d'éviter les artefacts visuels et de diminuer le coût de calculs causés par la création de carte d’ombre. La deuxième est basée sur la méthode de l’occultation ambiante dans l’espace écran (Screen-Space Ambient Occlusion (SSAO)). Nous avons remarqué que les algorithmes actuels souffrent de difficultés liées au grand nombre d'échantillons, pour cela, nous proposons une amélioration du SSAO en l'intégrant à une technique d'échantillonnage préférentiel multiple (Multiple Importance Sampling) qui combine une méthode d'échantillonnage stratifié avec une méthode d'échantillonnage par d'importance, permettant de réduire le nombre d'échantillons. L'évaluation expérimentale démontre que nos techniques peuvent produire des images de haute qualité en temps réel et sont significativement plus rapides que les techniques traditionnelles. |
| Sommaire : |
Liste des abréviations ......................................................... vi Liste des tableaux ..................................................... vii Liste des figures ....................................................... viii Introduction Générale ................................................. 1 1 Cadre de la Thèse et Problématique ......................................... 1 2 Motivations .................................................................... 3 3 Objectifs et Contributions .................................................... 4 4 Organisation de la thèse .......................................................... 5 Chapitre : 1 Illumination Globale : Contexte théorique ....................................... 7 1.1 Introduction ....................................................................... 7 1.2 Définitions de base ................................................................ 8 1.2.1 Grandeurs géométriques : l’angle solide ........................................................... 9 1.2.2 Grandeurs radiométriques................................................... 10 1.2.3 Colorimétrie ...................................................... 12 1.3 Propagation de la lumière .................................... 13 1.3.1 Réflexion de la lumière........................................ 13 1.3.2 Réfraction de la lumière .................................................................................. 14 1.3.3 Fonction de distribution de réflectance bidirectionnelle ................................. 15 1.4 L’équation de rendu ........................................................ 17 1.4.1 Formulation de l’équation de Kajiya en termes de surfaces ............................ 18 1.5 La méthode de Monte-Carlo .................................................................................... 20 1.5.1 Concepts de la théorie des probabilités ........................................................... 21 1.5.2 Intégration de Monte-Carlo ............................................................................. 22 1.5.2.1 Méthode de transformation inverse ................................................................. 23 1.5.2.2 Échantillonnage stratifié .................................................................................. 24 1.5.2.3 Échantillonnage par importance ...................................................................... 25 1.5.2.4 Techniques d'échantillonnage combinées ........................................................ 26 1.6 Algorithmes d’illumination globale......................................................................... 27 1.6.1 La radiosité ...................................................................................................... 27 1.6.2 Le tracé de chemins ......................................................................................... 27 1.6.3 Le lancer de photons ........................................................................................ 28 1.6.4 Le modèle Metropolis ...................................................................................... 28 1.6.5 La radiosité instantanée ................................................................................... 29 1.7 Techniques de l'illumination globale interactive et en temps réel ........................... 29 1.7.1 Illumination globale basée image .................................................................... 30 1.7.2 Problèmes d'illumination globale en temps réel .............................................. 32 1.7.3 L'occultation ambiante ..................................................................................... 33 1.7.4 Bilan ................................................................................................................ 34 1.8 Conclusion ............................................................................................................... 34 Chapitre : 2 Les ombres .................................................................................... 36 2.1 Introduction ............................................................................................................. 36 2.2 Généralités sur les ombres ....................................................................................... 36 2.2.1 Importance des ombres .................................................................................... 37 2.2.2 Qu’est-ce qu’une ombre?................................................................................. 38 2.3 Classification des ombres ........................................................................................ 40 2.4 Ombres en temps réel .............................................................................................. 42 2.4.1 Espace objet et espace image .......................................................................... 43 2.4.2 Le volume d’ombre ......................................................................................... 43 2.4.3 Shadow Mapping : (placage d’ombre) ............................................................ 44 2.4.4 Bilan ................................................................................................................ 47 2.5 Les ombres douces .................................................................................................. 48 2.5.1 Travaux connexes sur les ombres douces en temps réel ................................. 50 2.5.2 Ombres douce physiquement correcte ............................................................ 52 2.5.3 Ombres douces rapides et précises avec échantillonnage adaptatif de la source de lumière surfacique ........................................................................................... 53 2.6 Conclusion ............................................................................................................... 53 Chapitre 3 : L'occultation ambiante ................................................................... 54 3.1 Introduction ............................................................................................................. 54 3.2 De l'équation du rendu à l'occultation ambiante ...................................................... 54 3.2.1 Éclairage direct ................................................................................................ 54 3.2.2 Lumière ambiante ............................................................................................ 55 3.2.3 Obscurance ambiante ....................................................................................... 56 3.2.4 Occultation ambiante ....................................................................................... 57 3.3 Méthodes d'occultation ambiante ........................................................................... 60 3.3.1 Méthodes basées sur l’espace objet ................................................................. 60 3.3.2 Méthodes basées sur l'espace écran ................................................................. 60 3.3.3 Synthèse ........................................................................................................... 61 3.4 Les techniques de l’occultation ambiante dans l’espace écran................................ 61 3.4.1 Les techniques traditionnelles de SSAO ......................................................... 62 3.4.1.1 Crytek Ambient Occlusion .............................................................................. 62 3.4.1.2 Starcraft II Ambient Occlusion ....................................................................... 63 3.4.1.3 L’occultation ambiante basée sur l'horizon ..................................................... 64 3.4.1.4 Occultation ambiante dans l’espace écran utilisant la cohérence temporelle .. 66 3.4.1.5 Alchemy Ambiante Obscurance ...................................................................... 67 3.4.1.6 Approximation séparable de l'occlusion ambiante .......................................... 68 3.4.1.7 Angle based SSAO .......................................................................................... 69 3.4.2 Les méthodes récentes de SSAO ..................................................................... 70 3.4.3 Synthèse ........................................................................................................... 71 3.4.4 Classification des méthodes de SSAO............................................................. 72 3.5 Conclusion ............................................................................................................... 73 Chapitre 4 : Rendu d’ombre douce physiquement correcte en temps réel basé sur multiples PCF 74 4.1 Introduction ............................................................................................................. 74 4.2 Schéma général de la technique du rendu d'ombre douce physiquement correcte en temps réel basée sur multiples PCF ................................................................................ 75 4.3 Description détaillée de la technique ...................................................................... 76 4.3.1 L’algorithme du Shadow Mapping .................................................................. 76 4.3.2 Approximation d’ombres douces avec échantillonnage de la source de lumière surfacique 77 4.3.2.1 Simplification de l’équation du rendu pour des calculs d'ombres ................... 77 4.3.2.2 Calcul d’ombre douce ...................................................................................... 78 4.3.2.3 Approximation de la source de lumière surfacique pour le calcul d’ombre douce 80 4.3.2.4 Subdivision de la lumière surfacique .............................................................. 80 4.3.3 Raffinement adaptatif de la densité d'échantillonnage .................................... 81 4.3.3.1 Génération des cartes d'ombre ........................................................................ 81 4.3.3.2 Évaluation de subdivision ................................................................................ 81 4.3.3.3 Produire des points d’échantillonnage additionnels ........................................ 82 4.3.4 Évaluation de l'information de carte d'ombre .................................................. 83 4.3.4.1 Affectation des poids de contribution de carte d'ombre .................................. 83 4.3.4.2 Visualisation d'ombre douce en utilisant n cartes d'ombre .............................. 83 4.3.4.3 Filtrage par multiples PCF ............................................................................... 84 4.4 Résultats et évaluation ............................................................................................. 85 4.4.1 Résultats visuels .............................................................................................. 85 4.5 Conclusion ............................................................................................................... 89 Chapitre :5 Occultation ambiante dans l'espace de l'écran basée sur l'échantillonnage préférentiel multiple ............................................................... 90 5.1 Introduction ............................................................................................................. 90 5.2 Présentation de la technique .................................................................................... 91 5.3 Description de la technique ..................................................................................... 92 5.3.1 Première passe de rendu: générer le G-Buffer ................................................. 93 5.3.2 Deuxième passe de rendu: Calculer SSAO et l’ombrage ................................ 94 5.3.2.1 Générer un noyau d'échantillon basé sur des estimateurs de Monte-Carlo ..... 94 5.3.2.2 Calculer SSAO ................................................................................................ 98 5.3.3 Troisième passe de rendu: étape de filtrage................................................... 101 5.4 Tests et évaluation ................................................................................................. 102 5.4.1 Outils et matériels utilisés ............................................................................. 102 5.4.2 Les métriques utilisées pour la validation ..................................................... 103 5.4.3 Résultats et comparaison ............................................................................... 104 5.5 Conclusion ............................................................................................................. 116 Conclusion générale ......................................................................................... 117 Bibliographie .................................................................................................... 118 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/id/eprint/3853 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TINF/128 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
