8TRD147: Animation et images par ordinateur

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Vivien Bibeau
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1 8TRD147: Animation et images par ordinateur Simulation de fourrure Y. Chiricota Département d informatique et de mathématique Université du Québec à Chicoutimi / Certaines des illustrations de ce document proviennent du livre rouge d OpenGL, des sites developer.apple.com ; opengl.org ; khronos.org ; nvidia.org 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 1

Chicoutimi / Certaines des illustrations de ce document proviennent du livre rouge d

2 Introduction La simulation de fourrure (et autres surfaces de même nature tel que cheveux, herbe, etc.) est un sujet de recherche relativement vaste. Certaines techniques sont utilisées dans les jeux vidéo. Nous nous concentrerons sur une technique particulière inspirée du domaine de la visualisation de volume. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 2

Certaines techniques sont utilisées dans les jeux vidéo.

3 Approche géométrique La méthode géométrique consiste à créer les fibres à partir de primitive géométriques. Avec OpenGL on pourra utiliser des GL_LINE ou encore des cylindres. Cette technique permet d obtenir un réalisme poussé si en plus on introduit une modélisation physique (mouvement des fibres, détection de collision entre celles-ci). La complexité de cette approche est cependant coûteuse pour une utilisation en temps réel. En effet, ne nombre de sommets à traiter est vraiment imposant par exemple pour une chevelure fournie. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 3

Cette technique permet d obtenir un réalisme poussé si en plus on introduit une modélisation physique (mouvement des fibres, détection de

4 Approche par visualisation de volumes Par volume, on entend volume de voxels qui est en fait une généralisation des textures 2D. En fait, dans OpenGL, on utilise les texture3d pour représenter les volumes. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 4

5 Approche par visualisation de volumes Un voxel est un élément de volume et correspond à un point dans un espace à trois dimensions. On associé au voxel un petit volume (de la même façon qu à chaque pixel d une texture 2D est associé un carré). 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 5

On associé au voxel un petit volume (de la même façon qu à chaque

6 Approche par visualisation de volumes La représentation de fourrure à l aide de volume est basée sur l échantillonnage de l espace. On donne une couleur aux voxels qui ont une intersection avec les brins de la fourrure. Les voxels par lesquels ne passent aucun brin seront transparent. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 6

On donne une couleur aux voxels qui ont une intersection avec les brins de la

7 Approche par visualisation de volumes La complexité en terme d espace mémoire de cette méthode dépend de la taille de la texture 3D. Si on prend une texture de taille maximale, on peut considérer que c est une constante (par exemple ). Cette méthode présente certains inconvénients : Si on effectue un zoom, le crénelage devient apparent ; Il faut implémenter un algorithme de rendu de volumes ; L animation est plus difficile ; Une partie du volume est potentiellement perdue (celle à l intérieur de l objet poilu). 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 7

Cette méthode présente certains inconvénients : Si on effectue un zoom, le crénelage devient apparent ; Il faut implémenter un algorithme

8 Alternative au rendu de volumes. Création d ailerons attachés au maillage à "poilir". Il s agit ici d utiliser des petits rectangles qui seront disposés le long des triangles du maillage et perpendiculaires à ceux-ci. Ces rectangle serviront à afficher une texture représentant les poils. Les rectangles sont opaques au niveau de la base et deviennent transparent au fur et à mesure que l on s éloigne du maillage. La transparence pourra être simulée avec le canal alpha. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 8

ceux-ci. Ces rectangle serviront à afficher une texture représentant les poils.

9 Approche par coquilles Une autre approche donne de bons résultats et peut être utilisée dans le contexte des jeux vidéo. Il s agit de créer une suite d enveloppes (coquilles) concentriques autour du maillage. On dessinera une texture simulant les poils dans chaque couche. Les couches sont de plus en plus transparente en s éloignant de la surface. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 9

Il s agit de créer une suite d enveloppes (coquilles) concentriques autour du maillage.

10 Approche par coquilles Cette technique s apparente au rendu de volume. Cependant, on évite de discrétiser" tout l espace englobant l objet poilu. Les coordonnées de chaque couches seront les mêmes (pour que la textures apparaisse de manière plus ou moins continue). 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 10

Les coordonnées de chaque couches seront les mêmes (pour que la textures

11 Approche par coquilles : implémentation Chaque coquille est obtenu à partir des primitives géométrique en décalant les sommets le long du vecteur normal à la surface au point en question. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 11

décalant les sommets le long du vecteur normal à la

12 Approche par coquilles Avec k coquilles, si P est la position d un des sommets du maillage, la position du sommet correspondant dans la coquille i sera P = P + i k 1 N, où N est le vecteur unitaire normal à la surface au point P. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 12

dans la coquille i sera P = P + i k 1 N, où N est le vecteur

13 Approche par coquilles Plus il y aura de coquilles, meilleur sera le résultat. La figures de gauche comporte 10 couches et celle de droite en comporte 30. Évidemment, plus il y aura de couche, plus le calcul sera long... :-( 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 13

14 Approche par coquilles On peut biaiser le déplacement des points, par exemple en ajoutant un vecteur gravité pour faire retomber les poils. Dans ce cas, on utilisera la formule P = P + i k 1N + G, où G = (0, g, 0) est le vecteur de gravité. Dans la figure, g = 10). 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 14

Dans ce cas, on utilisera la formule P = P + i k 1N + G, où G = (0, g, 0)

15 Approche par coquilles Cette méthode permet de simuler un effet de poils frisés. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 15

16 Approche par coquilles Pour simuler des "frisous", il faut calculer un répère orthonormé local au point P de la surface. Soit N = (n x, n y, n z ) le vecteur normal à la surface au point P. Un méthode pour calculer le repère est de choisir le vecteur orthonormal à N qui se projette sur un des axes x, y, ou z. Par exemple, si n x 0, on posera ( (n y + n z )/n x, 1, 1) qu on normalisera, soit U le vecteur obtenu. En posant ensuite V = U V, on obtient un repère orthonormé. Si n x = 0, on choisira un autre axe. Par la suite, soit d i = i k 1, on pose R = P + d in + r cos(ωd i )U + r sin(ωd i )V (le 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 16

Un méthode pour calculer le repère est de choisir le vecteur orthonormal à N qui se projette sur un des axes x, y, ou z.

17 Approche par coquilles : implémentation Cette méthode présente plusieurs avantages dont le principal est l efficacité découlant en partie de la possibilité de l implémenter à l aide d un VS. 8TRD147 UQAC Y. Chiricota(2014) 17

efficacité découlant en partie de la possibilité de l

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