SEMAPHORE calculs d éclairage pour la réalité virtuelle. Roland Brémond (LCPC) Gilles Gallée (Oktal S.A.)

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1 SEMAPHORE calculs d éclairage pour la réalité virtuelle Roland Brémond (LCPC) Gilles Gallée (Oktal S.A.)

2 Plan Objectifs SEMAPHORE : chaîne logicielle Exemples Conclusions 2

3 Objectifs Chaîne de calcul photométriquement réaliste appliquée à la visualisation interactive de maquettes virtuelles sous éclairage artificiel 3

4 Collaboration LCPC-Oktal Motivations LCPC : images de synthèse réalistes modélisation de scènes routières et urbaines contrôle des paramètres photométriques et colorimétriques (luminance, chromaticité) images de synthèse au service des recherches sur la visibilité routière 4

5 Collaboration LCPC-Oktal OKTAL spécialiste en Simulation et Réalité virtuelle 2004 : 120 pers / CA=~10M développe et installe des simulateurs de conduite environ 30 simulateurs d'étude et de recherche références: Renault, Psa, RVI, Audi, Nissan, Hyundai, TRL, Univ of Minnesota, Univ of Naples, JARI, etc. partenaires: INRETS, RENAULT, PSA, LCPC, MACIF / 5

6 Simulation de conduite Simulateurs de conduite : moyen d'expérimentation incontournable reproductibilité des situations testées contrôle des paramètres expérimentaux absence de risque par rapport aux essais sur sites réels possibilité d'étudier des configuration absentes du réseau routier existant. Bases de données de scènes routières ou urbaines, visualisées en temps réel Puissance de calcul : simplifications dans la géométrie des scènes Limites : visualisation de scènes de jour 6

7 Approche retenue Objectif Réaliser des maquettes virtuelles sous éclairage artificiel à partir de maquettes virtuelles de jour. Moyens Caractérisation photométrique et colorimétrique des matériaux et des sources lumineuses Nouvelles techniques de rendu d'images (light-maps et texture-maps) Techniques d'illumination globale (radiosité, tracé de rayons) 7

8 Problématique Visualisation temps réel : recalculer (30 à 60 images/seconde) le rendu visuel d'une maquette virtuelle (ou scène 3D) Simplifications : géométrie minimale, utilisation de textures (décors plans), modèle d'éclairage simplifié, modèle de brouillard limité à l'atténuation, etc. Scènes de nuit ou en milieux fermés (tunnels) : problème de perception visuelle des luminances et des contrastes (éclairage non uniforme, dynamique importante de luminances, éblouissement) Idée Transférer des technologies utilisées hors temps réel dans le monde de la réalité virtuelle. 8

9 SEMAPHORE Simulation d Éclairage de Maquettes virtuelles Photométriquement Réalistes Chaîne logicielle Adaptation des bases de données pour le calcul d'éclairage Découpage des scènes Maillage des scènes Conversion des scènes au format propriétaire LCPC Calcul d'éclairage Calibrage et transposition de luminance Génération des light-maps Génération des texture-maps Visualisation 9

10 Format des données Schéma de principe de la chaîne logicielle SEMAPHORE 10

11 Projet d éclairage Spectre d une source lumineuse Spectre d un matériau Interface de spécification des luminaires 11

12 Découpage des scènes Les scènes de grandes tailles sont découpées en zones en raison des limites des calculs d éclairage 12

13 Maillage Les scènes éclairées sont maillées en vue du calcul d éclairage (algorithme de radiosité) 13

14 Calcul d éclairage Calcul de l éclairage direct Calcul de l éclairage indirect (itératif) 14

15 Tone mapping Choix d un modèle de visualisation du projet d éclairage Algorithme de tone mapping (restitution des luminances) Calibrage du système d affichage 15

16 Light-maps Algorithme de stockage des light-maps (textures d éclairement) dans des images de grande taille 16

17 Visualisation Contribution des textures d éclairement (issues du calcul d éclairage) et des textures normalisées (issues des textures originales) dans l image restituée light-maps texture-maps 17

18 Exemples Scène urbaine 18

19 Exemples Tunnel de Fourvière (Lyon) Entrée Sortie 19

20 Valorisation Mordelet, manuel d utilisation, rapport interne LCPC, août Mordelet, mémoire de DEA, Université de Saint Etienne, septembre V. Lux, rapport de stage de DESS, Université de Bordeaux I, septembre A. Bergeret, documentation en ligne de la chaîne de calcul SEMAPHORE. V. Tron, rapport de stage de DESS, université de Bordeaux, septembre R. Brémond, Driving Simulation Conference 2001, Nice. R. Brémond, G. Gallée, Virtual Reality International Conference 2002, Laval, juin Présentation INRETS Bron, sur le simulateur de conduite. Groupe de travail «Eclairage public» animé par le CERTU. Grand prix innovation sécurité transport au carrefour du PREDIT : projet TUNNEL, mettant en oeuvre la maquette éclairée du tunnel de Fourvières. Proposition de prestation d Oktal (non retenue) lors d un appel d offre du Grand Lyon en vue d une expérimentations sur simulateur de conduite. 20

21 Bilan L objectif initial a été réalisé La chaîne de calcul SEMAPHORE répond au cahier des charges Limitations qualité du résultat (réalisme photométrique et colorimétrique) ergonomie de la chaîne logicielle SEMAPHORE est opérationnel LCPC : expérimentations de visibilité et de lisibilité possibles sur simulateur de conduite en situation nocturne Oktal : nouvelle fonctionnalité dans ses bases de données 21

22 Limites actuelles Dispositifs d affichage des simulateurs de conduite (tone mapping) Éblouissement Disponibilité des données sur le projet d éclairage Maillage des scènes : algorithme gourmand Astuces algorithmiques (transparence, objets à une seule face) : erreurs sur les ombres portées, sur les échanges lumineux dans la scène Surfaces diffuses : phénomènes de spécularité non traités Éclairage public : éclairage automobile non traité 22

23 Perspectives Dispositifs d affichage des simulateurs de conduite Éclairage public + éclairage automobile intégration de ces technologies en temps réel Études sur simulateur : piétons, 2 roues post-formation au permis de conduire en condition de conduite nocturne éblouissement 23