IUT de Provence Site d Arles Département d Informatique Licence pro SIL IN. IN Synthèse d images - Rendu TP 4

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Jean-René Pageau
il y a 8 ans
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1 IUT de Provence Site d Arles Département d Informatique Licence pro SIL IN IN Synthèse d images - Rendu TP 4 Nous allons améliorer la vitesse d affichage d une scène 3D complexe en introduisant les notions de niveaux de détails, de volume englobant et de «frustum culling» Récupérez la base du projet se trouvant sur ma page web. 1. Classe LODobjet3D On peut constater qu il est inutile d afficher un objet de manière très détaillée si il se trouve loin. On va donc écrire une classe LODobjet3D permettant d afficher un objet en gérant son niveau de détails (LOD : «Levels Of Detail») en fonction de sa distance par rapport au point de vue Déclarez une classe LODobjet3D similaire à la classe Objet3D. La classe Objet3D avait en donnée membre un pointeur sur un objet de classe Geometrie3D. A la place, dans la classe LODobjet3D, vous allez déclarer en donnée membre une liste liste_elements d objets de classe LODelement La classe LODelement devra comporter les données suivantes : list<geometrie3d*> float distance; geometrie; Le principe sera le suivant : la classe LODobjet3D sera donc définie par une liste de géométries 3D auxquelles seront associées des distances. Ces deux éléments seront fournis par l utilisateur. Lors de l affichage d un LODobjet3D, on affichera l une des géométries 3D de la liste en choisissant celle dont la distance qui lui est associée est la plus proche de la distance à laquelle l objet est vu Ecrivez une méthode ajoute_element() de la classe LODobjet3D permettant d ajouter un nouveau élément dans la liste liste_elements. Son prototype sera : void ajoute_element(geometrie3d *geom, float dist); 1

Classe LODobjet3D On peut constater qu il est inutile d afficher un objet de manière très détaillée si il se trouve loin.

2 Pour tester le résultat, pour pourrez utiliser la série d objets vache_1.3ds (70814 triangles), vache_2.3ds (17702 triangles), vache_3.3ds (14153 triangles), vache_4.3ds (7058 triangles), vache_5.3ds (3516 triangles), et vache_6.3ds (686 triangles) disponibles dans l archive du projet. Dans la fonction initialise_scene() du programme principal, vous créerez autant d objets de type Geometrie3D. Vous ajouterez ces géométries 3D à un objet de classe LODobjet3D grâce à sa méthode ajoute_element(), en leur associant des valeurs de distance comme par exemple : Géométrie 3D Distance vache_1.3ds 0 vache_2.3ds 10 vache_3.3ds 20 vache_4.3ds 30 vache_5.3ds 40 vache_6.3ds Ecrivez une méthode affiche() inspirée de celle de la classe Objet3D, mais affichant l un des objets de classe Geometrie3D de la liste en fonction de la distance par rapport au point de vue. Son prototype sera : void affiche( float xcam, float ycam, float zcam ); où (xcam,ycam,zcam) sont les coordonnées du point de vue. Grâce aux données (xpos,ypos,zpos) de position du centre de l objet de classe LODobjet3D, vous pourrez en déduire la distance à laquelle l objet est vu. Dans la liste 2

Vous ajouterez ces géométries 3D à un objet de classe LODobjet3D grâce à sa méthode ajoute_element(), en leur associant des valeurs de distance comme par exemple : Géométrie 3D Distance vache_1.

3 liste_elements, vous afficherez la géométrie 3D dont la distance qui lui est associée est la plus appropriée. Ainsi, pour une distance comprise entre 0 et 10 vous afficherez la géométrie de vache_1.3ds, pour une distance comprise entre 10 et 20 vous afficherez la géométrie de vache_2.3ds, pour une distance comprise entre 20 et 30 vous afficherez la géométrie de vache_3.3ds, et ainsi de suite, et pour une distance supérieure à 50 vous afficherez la géométrie de vache_6.3ds. On pourra constater que si cette méthode permet d accélérer l affichage en affichant une géométrie de plus en plus simplifiée en fonction de la distance, elle souffre tout de même d un défaut : la transition lors du passage d un niveau de géométrie à un autre est perceptible. Remarque : On a vu en cours des méthodes plus optimales, qui recalculent dynamiquement la géométrie d un objet à la volée en fonction de la distance, en minimisant les artefacts dus à la disparition ou l apparition de faces. L une des méthodes les plus efficaces s appelle les progressive meshes. Cet algorithme est implémenté dans DirectX. Plus d informations sur : 2. Sphère englobante («bounding sphere») Quand une scène 3D est composée de nombreux objets, il faut éviter de demander à OpenGL de tous les afficher si ils ne sont pas visibles, afin de réduire les temps de calcul. En effet, même si les objets qui ne se trouvent pas dans la pyramide de vue («viewing frustum») ne seront pas affichés au final à l écran, donner leur géométrie triangulaire au pipeline d OpenGL nécessitera tout de même quantité de calculs finalement inutiles. Exemple : La figure suivante représente la scène vue de dessus, le point noir est la position de la caméra, le triangle est la pyramide de vue. On constate que seuls 2 objets sur les 7 présents dans la scène se trouvent (totalement ou en partie) dans la pyramide de vue. Par conséquent, seuls ces 2 objets seront visibles à l écran. Il serait inutile (et coûteux en calculs) d envoyer dans le pipeline d OpenGL la liste des triangles des 5 autres objets. 3

3ds, et ainsi de suite, et pour une distance supérieure à 50 vous afficherez la géométrie de vache_6.3ds. On pourra constater que si cette méthode permet d accélérer l affichage en affichant une

4 Il faut donc trouver un moyen rapide de déterminer si un objet se trouve ou non dans la pyramide de vue. Pour cela, nous allons procéder en deux étapes : o o Associer aux objets 3D un volume englobant simple. On choisira la sphère. Lors de l affichage, pour chaque objet 3D, on regardera d abord si la sphère qui l englobe a une intersection avec la pyramide de vue. Si ce n est pas le cas, inutile d aller plus loin, l objet 3D lui même ne sera pas visible. Dans le cas contraire, on affichera l objet 3D Ecrire une classe SphereEnglobante caractérisée par son centre (par rapport au repère local de l objet qu elle englobe), sa position dans le monde (=translation de l objet englobé) et son rayon Ajoutez une méthode point_dans_sphere() à la classe SphereEnglobante. Retournant true ou false selon que le point passé en paramètre se trouve ou non dans la sphère englobante. Son prototype sera : bool point_dans_sphere( float x, float y, float z ) ; 2.3. Rajoutez à la classe LODobjet3D une donnée membre sphere_englobante de classe SphereEnglobante Ecrire une méthode calcule_sphere_englobante() de la classe LODobjet3D permettant de déterminer le centre et le rayon de sphere_englobante. Vous utiliserez ensuite la classe CFrustum fournie avec le projet de base. Cette classe permet de gérer des calculs d intersection avec la pyramide de vue. Elle offre les méthodes suivantes : void build(); Permet de calculer la pyramide de vue en fonction des matrices de projection et de vue. int point_in_frustum( float x, float y, float z ); Retourne true si un point de coordonnées (x,y,z) se trouve dans la pyramide, sinon false. int sphere_in_frustum(float x,float y, float z, float radius); Retourne true si une sphère de centre (x,y,z) et de rayon radius se trouve dans la pyramide, sinon false Dans la fonction affiche_scene() du programme principal, déclarez un objet frustum de classe CFrustum. Au début de cette fonction, appelez la méthode build() de l objet frustum. 4

Lors de l affichage, pour chaque objet 3D, on regardera d abord si la sphère qui l englobe a une intersection avec la pyramide de vue.

5 2.6. Modifiez la méthode affiche() de la classe LODobjet3D de manière à lui transmettre l adresse de l objet frustum. Son prototype devient : void affiche(float xcam, float ycam, float zcam, Frustum *f); Dans cette méthode, on fera appel à la méthode sphere_in_frustum() de l objet de classe Frustum en lui passant en paramètre la position du centre de la sphère englobante de l objet dans le repère du monde et le rayon de sa sphère englobante. On n affichera réellement la géométrie 3D de l objet que si la méthode retourne true Pour débuguer votre application, faites en sorte d afficher (avec la fonction affichetexte()) le nombre d objets pour lesquels vous avez déterminé que leur sphère englobante est en intersection avec la pyramide de vue, et comparez avec le nombre d objets que vous voyez à l écran. Testez les résultats en affichant plus d objets (constante NB_VACHES) et en regardant les valeurs de FPS affichées Un volume englobant peut aussi être utilisé pour détecter des collisions. Dans le programme principal, empêchez la caméra de passer au travers des objets de la scène en vérifiant que ses coordonnées (xpos,ypos,zpos) n entrent pas dans la sphère englobante d un des objets. On utilisera la méthode point_dans_sphere de la classe SphereEnglobante. 5

paramètre la position du centre de la sphère englobante de l objet dans le repère du monde et le rayon de sa sphère englobante.

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