Gestion de la complexité géométrique dans le calcul d'éclairement pour la présentation publique de scènes archéologiques complexes

International audienceFor cultural heritage, more and more 3D objects are acquired using 3D scanners [Levoy 2000]. The resulting objects are very detailed with a large visual richness but their geometric complexity requires specific methods to render them. We first show how to simplify those objects using a low-resolution mesh with its associated normal maps [Boubekeur 2005] which encode details. Using this representation, we show how to add global illumination with a grid-based and vector-based representation [Pacanowski 2005]. This grid captures efficiently low-frequency indirect illumination. We use 3D textures (for large objects) and 2D textures (for quasi-planar objects) for storing a fixed set of irradiance vectors. These grids are built during a preprocessing step by using almost any existing stochastic global illumination approach. During the rendering step, the indirect illumination within a grid cell is interpolated from its associated irradiance vectors, resulting in a smooth everywhere representation. Furthermore, the vector-based representation offers additional robustness against local variations of geometric properties of the scene.Pour l’étude du patrimoine, de plus en plus d’objets 3D sont acquis par le biais de scanners 3D [Levoy 2000]. Les objets ainsi acquis contiennent de nombreux détails et fournissent une très grande richesse visuelle. Mais pour les afficher, leur très grande complexité géométrique nécessite l’utilisation d’algorithmes spécifiques. Nous montrons ici comment simplifier ces objets par un maillage de faible résolution et une collection de cartes de normales [Boubekeur 2005] pour préserver les détails. Avec cette représentation, nous montrons comment il est possible de calculer un éclairement réaliste à l’aide d’une grille et de données vectorielles [Pacanowski 2005]. Cette grille permet de capturer efficacement les basses fréquences d’un éclairement indirect. Nous utilisons des textures 3D (pour des gros objets) et potentiellement des textures 2D (pour les objets quasi-plans) afin de stocker un nombre prédéterminé de vecteurs d’irradiance. Ces grilles sont calculées au cours d’un pré-calcul à l’aide de n’importe quelle méthode stochastique de calcul d’éclairement global. Pour l’affichage, l’éclairement indirect dû à la grille est interpolé au sein de la cellule associée à la position courante, fournissant ainsi une représentation continue. De plus, cette approche vectorielle permet une plus grande robustesse aux variations locales des propriétés géométriques de la scène

Second-Order Occlusion-Aware Volumetric Radiance Caching

We present a second-order gradient analysis of light transport in participating media and use this to develop an improved radiance caching algorithm for volumetric light transport. We adaptively sample and interpolate radiance from sparse points in the medium using a second-order Hessian-based error metric to determine when interpolation is appropriate. We derive our metric from each point's incoming light field, computed by using a proxy triangulation-based representation of the radiance reflected by the surrounding medium and geometry. We use this representation to efficiently compute the first- and second-order derivatives of the radiance at the cache points while accounting for occlusion changes. We also propose a self-contained two-dimensional model for light transport in media and use it to validate and analyze our approach, demonstrating that our method outperforms previous radiance caching algorithms both in terms of accurate derivative estimates and final radiance extrapolation. We generalize these findings to practical three-dimensional scenarios, where we show improved results while reducing computation time by up to 30\% compared to previous work

Photorealistic physically based render engines: a comparative study

Pérez Roig, F. (2012). Photorealistic physically based render engines: a comparative study. http://hdl.handle.net/10251/14797.Archivo delegad

Gestion de la complexité géométrique dans le calcul d'éclairement pour la présentation publique de scènes archéologiques complexes

International audienceFor cultural heritage, more and more 3D objects are acquired using 3D scanners [Levoy 2000]. The resulting objects are very detailed with a large visual richness but their geometric complexity requires specific methods to render them. We first show how to simplify those objects using a low-resolution mesh with its associated normal maps [Boubekeur 2005] which encode details. Using this representation, we show how to add global illumination with a grid-based and vector-based representation [Pacanowski 2005]. This grid captures efficiently low-frequency indirect illumination. We use 3D textures (for large objects) and 2D textures (for quasi-planar objects) for storing a fixed set of irradiance vectors. These grids are built during a preprocessing step by using almost any existing stochastic global illumination approach. During the rendering step, the indirect illumination within a grid cell is interpolated from its associated irradiance vectors, resulting in a smooth everywhere representation. Furthermore, the vector-based representation offers additional robustness against local variations of geometric properties of the scene.Pour l’étude du patrimoine, de plus en plus d’objets 3D sont acquis par le biais de scanners 3D [Levoy 2000]. Les objets ainsi acquis contiennent de nombreux détails et fournissent une très grande richesse visuelle. Mais pour les afficher, leur très grande complexité géométrique nécessite l’utilisation d’algorithmes spécifiques. Nous montrons ici comment simplifier ces objets par un maillage de faible résolution et une collection de cartes de normales [Boubekeur 2005] pour préserver les détails. Avec cette représentation, nous montrons comment il est possible de calculer un éclairement réaliste à l’aide d’une grille et de données vectorielles [Pacanowski 2005]. Cette grille permet de capturer efficacement les basses fréquences d’un éclairement indirect. Nous utilisons des textures 3D (pour des gros objets) et potentiellement des textures 2D (pour les objets quasi-plans) afin de stocker un nombre prédéterminé de vecteurs d’irradiance. Ces grilles sont calculées au cours d’un pré-calcul à l’aide de n’importe quelle méthode stochastique de calcul d’éclairement global. Pour l’affichage, l’éclairement indirect dû à la grille est interpolé au sein de la cellule associée à la position courante, fournissant ainsi une représentation continue. De plus, cette approche vectorielle permet une plus grande robustesse aux variations locales des propriétés géométriques de la scène

Interactive display of isosurfaces with global illumination

Journal ArticleAbstract-In many applications, volumetric data sets are examined by displaying isosurfaces, surfaces where the data, or some function of the data, takes on a given value. Interactive applications typically use local lighting models to render such surfaces. This work introduces a method to precompute or lazily compute global illumination to improve interactive isosurface renderings. The precomputed illumination resides in a separate volume and includes direct light, shadows, and interreflections. Using this volume, interactive globally illuminated renderings of isosurfaces become feasible while still allowing dynamic manipulation of lighting, viewpoint and isovalue

Efficient Many-Light Rendering of Scenes with Participating Media

We present several approaches based on virtual lights that aim at capturing the light transport without compromising quality, and while preserving the elegance and efficiency of many-light rendering. By reformulating the integration scheme, we obtain two numerically efficient techniques; one tailored specifically for interactive, high-quality lighting on surfaces, and one for handling scenes with participating media

Efficient Methods for Computational Light Transport

En esta tesis presentamos contribuciones sobre distintos retos computacionales relacionados con transporte de luz. Los algoritmos que utilizan información sobre el transporte de luz están presentes en muchas aplicaciones de hoy en día, desde la generación de efectos visuales, a la detección de objetos en tiempo real. La luz es una valiosa fuente de información que nos permite entender y representar nuestro entorno, pero obtener y procesar esta información presenta muchos desafíos debido a la complejidad de las interacciones entre la luz y la materia. Esta tesis aporta contribuciones en este tema desde dos puntos de vista diferentes: algoritmos en estado estacionario, en los que se asume que la velocidad de la luz es infinita; y algoritmos en estado transitorio, que tratan la luz no solo en el dominio espacial, sino también en el temporal. Nuestras contribuciones en algoritmos estacionarios abordan problemas tanto en renderizado offline como en tiempo real. Nos enfocamos en la reducción de varianza para métodos offline,proponiendo un nuevo método para renderizado eficiente de medios participativos. En renderizado en tiempo real, abordamos las limitacionesde consumo de batería en dispositivos móviles proponiendo un sistema de renderizado que incrementa la eficiencia energética en aplicaciones gráficas en tiempo real. En el transporte de luz transitorio, formalizamos la simulación de este tipo transporte en este nuevo dominio, y presentamos nuevos algoritmos y métodos para muestreo eficiente para render transitorio. Finalmente, demostramos la utilidad de generar datos en este dominio, presentando un nuevo método para corregir interferencia multi-caminos en camaras Timeof- Flight, un problema patológico en el procesamiento de imágenes transitorias.n this thesis we present contributions to different challenges of computational light transport. Light transport algorithms are present in many modern applications, from image generation for visual effects to real-time object detection. Light is a rich source of information that allows us to understand and represent our surroundings, but obtaining and processing this information presents many challenges due to its complex interactions with matter. This thesis provides advances in this subject from two different perspectives: steady-state algorithms, where the speed of light is assumed infinite, and transient-state algorithms, which deal with light as it travels not only through space but also time. Our steady-state contributions address problems in both offline and real-time rendering. We target variance reduction in offline rendering by proposing a new efficient method for participating media rendering. In real-time rendering, we target energy constraints of mobile devices by proposing a power-efficient rendering framework for real-time graphics applications. In transient-state we first formalize light transport simulation under this domain, and present new efficient sampling methods and algorithms for transient rendering. We finally demonstrate the potential of simulated data to correct multipath interference in Time-of-Flight cameras, one of the pathological problems in transient imaging.<br /