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1 Faculté des sciences Centre de formation en technologies de l information Plan de cours Diplôme de développement du jeu vidéo (2 ième cycle) Cours : INF 776 Synthèse d images et animation 3D Trimestre : Hiver 2015 Chargé du cours : 1. Mise en contexte Secteur en pleine ébullition, l industrie du jeu vidéo et du cinéma se définissent comme les deux plus grands champs d application des techniques de synthèse d images et d animation 3D. Le développeur de jeux vidéo se doit de maîtriser ces techniques aussi bien du point de vue algorithmique que pratique. Tel est le but du cours INF Place du cours dans le programme Le cours INF 776 se donne après les cours «INF 771 Fondements d infographie appliquée» et «INF 740 Fondements scientifiques pour le jeu vidéo». Il suppose chez l étudiante ou l étudiant des notions de base en programmation (C++ en particulier) et du concept orienté objet offert par le cours INF 737. Les techniques d optimisation en programmation étant très importantes dans le développement de jeux, ce cours se donne de manière concomitante avec le cours INF 739. Il suppose aussi une connaissance de base d une librairie d affichage 3D, telle que DirectX. Il prépare l étudiante ou l étudiant à maîtriser des techniques de synthèse d images et d animation 3D, puis à réaliser un travail sous forme de projet. Les connaissances acquises lors de ce cours seront fondamentales au projet d'intégration en jeu vidéo INF Descripteur du cours Le cours INF 776 se divise en trois parties: une partie synthèse d images, une partie dédiée à la programmation sur GPU (Shaders) et une partie animation 3D. Il vise à : Approfondir les connaissances de l étudiante ou de l étudiant en infographie; Maîtriser les outils de base de la synthèse d images et d animation 3D; INF 776 Page 1

2 Réaliser un projet en synthèse d images ou animation 3D. 4. Objectifs spécifiques À la fin de cette activité pédagogique, l étudiante ou l étudiant sera capable de : Créer des objets complexes et des personnages 3D par des techniques de modélisation avancée (techniques procédurales); Maîtriser les techniques d animation des objets et des personnages dans une scène 3D; Développer des applications interactives utilisant les concepts de base de la synthèse d images et de l animation 3D tout en exploitant les capacités graphiques des cartes vidéo; Produire des images de synthèse très réalistes par des techniques de rendu avancées inspirées du parcours de la lumière dans une scène 3D; 5. Planification hebdomadaire A = cours en animation et SI = cours en synthèse d images. Cours 1 (A+SI) Introduction & Techniques rendu réaliste I Présentation et organisation du cours. Introduction à la synthèse d images et à l animation 3D. Modèle d illumination locale. Réflexion diffuse, spéculaire et ambiante. Modèle d illumination de Blinn et de Phong. Cours 2 (SI) Techniques rendu réaliste I Tracé de rayons. Calcul d ombres, réflexion miroir et réfraction. Équation de la radiosité. Calcul des facteurs de forme. Cours 3 (SI) Techniques rendu réaliste II Résolution de l équation de la radiosité. Tracé de chemins. Tracé de photons. Annonce du TP 1 (Rendu). INF 776 Page 2

3 Cours 4 (A) Principe d animation 3D Outils pour l animation 3D. Interpolation et approximation. Trajectoire de la caméra. Key framing et cinématique directe. Cours 5 (A) Simulation dynamique Systèmes de particules (fumée, feu). Réseaux de masses-ressorts (tissus, drapeaux). Modélisation d objets mous. Annonce TP 2 (Simulation physique). Cours 6 (SI) Techniques rendu réaliste III Programmation sur GPU (shaders): vertex shader, pixel shader. Atelier application au NPR (Non Photorealistic Rendering). Semaine 6 Cours 7 (A) Simulation physique : Cinématique inverse. Dynamique directe et inverse. Lois physiques. Détection de collisions et réponse. Simulation de fluides. Cours 8 (SI) Techniques de modélisation procédurales Textures procédurales (Perlin Noise). Modélisation de terrain (fractales et Height field). Grammaires des plantes (L-systems). Alphabet et topologie de la plante. Modélisation des plantes. Cours 9 (SI) Placage de textures Mip mapping. Bump mapping, normal mapping, displacement mapping. Environment mapping, light mapping, shadow mapping. Quelques pistes de rendu réaliste en temps réel. INF 776 Page 3

4 Cours 10 (A) Animation de personnage I Figures articulées. Animation par squelette. Présentation initiale des projets individuels. Cours 11 (A) Animation de personnage II Modélisation de cheveux. Animation faciale (émotions). Capture de mouvements. Contrôle du mouvement humain. Modèle dynamique humain. Introduction à la vie artificielle. Cours 12 (SI+A) Surface Blobby. Meta Balls. Subdivision de surface Déformation d objets. Semaine 12, 13 et 14 Cours 13 (SI+A) Semaine 16 Cours 14 (SI+A) Cours 15 (SI+A) Corrections et révision pour examen Examen final Présentation finale projets individuels 6. Approche pédagogique préconisée Le cours se fera sous forme d exposé magistral, les notions théoriques et algorithmes seront discutés en classe. Du temps sera réservé pour des périodes de questions. Les étudiants auront également l occasion de présenter leur projet ainsi que les résultats obtenus. INF 776 Page 4

5 7. Évaluation de l apprentissage Modalités d évaluation % Travaux Pratiques : Individuel ou par équipe de deux personnes au maximum (2 TPs sont prévus). 15% Projet individuel : Travail individuel sur un sujet de synthèse d images ou d animation 3D (avec une présentation en classe). Le sujet peut être choisi parmi une liste fournie ou peut être proposé par 30% l étudiant, avec l accord de l enseignant. Il doit être intégré dans le projet d intégration. Livrables : Travail par équipe. Le livrable aborde des thèmes à intégrer directement dans le projet d intégration. Le livrable est à 15% remettre à la date indiquée (voir INF 793). Examen final : Évaluation des connaissances acquises durant tout le cours (cours magistral, les travaux pratiques et les présentations des 40% projets des étudiants). 8. Adresse électronique pour remise des travaux 9. Bibliographie [1] Rick Parent; Computer Animation Algorithms and Techniques, Morgan Kaufmann, 3 edition (Aug ), ISBN-10: , ISBN-13: Version en français: Rick Parent, ANIMATIQUE : Algorithmes et techniques. Vuibert, 2003, ISBN : [2] Tomas Akenine-Möller & Eric Haines, Real Time Rendering, 2nd edition, A.K. Peters Ltd., ISBN Notes : Des références d articles seront communiquées ultérieurement. INF 776 Page 5

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