Robust object-based algorithms for direct shadow simulation

En informatique graphique, les algorithmes de générations d'ombres évaluent la quantité de lumière directement perçue par une environnement virtuel. Calculer précisément des ombres est cependant coûteux en temps de calcul. Dans cette dissertation, nous présentons un nouveau système basé objet robuste, qui permet de calculer des ombres réalistes sur des scènes dynamiques et ce en temps interactif. Nos contributions incluent notamment le développement de nouveaux algorithmes de génération d'ombres douces ainsi que leur mise en oeuvre efficace sur processeur graphique. Nous commençons par formaliser la problématique du calcul d'ombres directes. Tout d'abord, nous définissons ce que sont les ombres directes dans le contexte général du transport de la lumière. Nous étudions ensuite les techniques interactives qui génèrent des ombres directes. Suite à cette étude nous montrons que mêmes les algorithmes dit physiquement réalistes se reposent sur des approximations. Nous mettons également en avant, que malgré leur contraintes géométriques, les algorithmes d'ombres basées objet sont un bon point de départ pour résoudre notre problématique de génération efficace et robuste d'ombres directes. Basé sur cette observation, nous étudions alors le système basé objet existant et mettons en avant ses problèmes de robustesse. Nous proposons une nouvelle technique qui améliore la qualité des ombres générées par ce système en lui ajoutant une étape de mélange de pénombres. Malgré des propriétés et des résultats convaincants, les limitations théoriques et de mise en oeuvre limite la qualité générale et les performances de cet algorithme. Nous présentons ensuite un nouvel algorithme d'ombres basées objet. Cet algorithme combine l'efficacité de l'approche basée objet temps réel avec la précision de sa généralisation au rendu hors ligne. Notre algorithme repose sur l'évaluation locale du nombre d'objets entre deux points : la complexité de profondeur. Nous décrivons comment nous utilisons cet algorithme pour échantillonner la complexité de profondeur entre les surfaces visibles d'une scène et une source lumineuse. Nous générons ensuite des ombres à partir de cette information soit en modulant l'éclairage direct soit en intégrant numériquement l'équation d'illumination directe. Nous proposons ensuite une extension de notre algorithme afin qu'il puisse prendre en compte les ombres projetées par des objets semi-opaque. Finalement, nous présentons une mise en oeuvre efficace de notre système qui démontre que des ombres basées objet peuvent être générées de façon efficace et ce même sur une scène dynamique. En rendu temps réel, il est commun de représenter des objets très détaillés encombinant peu de triangles avec des textures qui représentent l'opacité binaire de l'objet. Les techniques de génération d'ombres basées objet ne traitent pas de tels triangles dit "perforés". De par leur nature, elles manipulent uniquement les géométries explicitement représentées par des primitives géométriques. Nous présentons une nouvel algorithme basé objet qui lève cette limitation. Nous soulignons que notre méthode peut être efficacement combinée avec les systèmes existants afin de proposer un système unifié basé objet qui génère des ombres à la fois pour des maillages classiques et des géométries perforées. La mise en oeuvre proposée montre finalement qu'une telle combinaison fournit une solution élégante, efficace et robuste à la problématique générale de l'éclairage direct et ce aussi bien pour des applications temps réel que des applications sensibles à la la précision du résultat.Direct shadow algorithms generate shadows by simulating the direct lighting interaction in a virtual environment. The main challenge with the accurate direct shadow problematic is its computational cost. In this dissertation, we develop a new robust object-based shadow framework that provides realistic shadows at interactive frame rate on dynamic scenes. Our contributions include new robust object-based soft shadow algorithms and efficient interactive implementations. We start, by formalizing the direct shadow problematic. Following the light transport problematic, we first formalize what are robust direct shadows. We then study existing interactive direct shadow techniques and outline that the real time direct shadow simulation remains an open problem. We show that even the so called physically plausible soft shadow algorithms still rely on approximations. Nevertheless we exhibit that, despite their geometric constraints, object-based approaches seems well suited when targeting accurate solutions. Starting from the previous analyze, we investigate the existing object-based shadow framework and discuss about its robustness issues. We propose a new technique that drastically improve the resulting shadow quality by improving this framework with a penumbra blending stage. We present a practical implementation of this approach. From the obtained results, we outline that, despite desirable properties, the inherent theoretical and implementation limitations reduce the overall quality and performances of the proposed algorithm. We then present a new object-based soft shadow algorithm. It merges the efficiency of the real time object-based shadows with the accuracy of its offline generalization. The proposed algorithm lies onto a new local evaluation of the number of occluders between $two$ points (\ie{} the depth complexity). We describe how we use this algorithm to sample the depth complexity between any visible receiver and the light source. From this information, we compute shadows by either modulate the direct lighting or numerically solve the direct illumination with an accuracy depending on the light sampling strategy. We then propose an extension of our algorithm in order to handle shadows cast by semi opaque occluders. We finally present an efficient implementation of this framework that demonstrates that object-based shadows can be efficiently used on complex dynamic environments. In real time rendering, it is common to represent highly detailed objects with few triangles and transmittance textures that encode their binary opacity. Object-based techniques do not handle such perforated triangles. Due to their nature, they can only evaluate the shadows cast by models whose their shape is explicitly defined by geometric primitives. We describe a new robust object-based algorithm that addresses this main limitation. We outline that this method can be efficiently combine with object-based frameworks in order to evaluate approximative shadows or simulate the direct illumination for both common meshes and perforated triangles. The proposed implementation shows that such combination provides a very strong and efficient direct lighting framework, well suited to many domains ranging from quality sensitive to performance critical applications

Path-tracing Monte Carlo Library for 3D Radiative Transfer in Highly Resolved Cloudy Atmospheres

Interactions between clouds and radiation are at the root of many difficulties in numerically predicting future weather and climate and in retrieving the state of the atmosphere from remote sensing observations. The large range of issues related to these interactions, and in particular to three-dimensional interactions, motivated the development of accurate radiative tools able to compute all types of radiative metrics, from monochromatic, local and directional observables, to integrated energetic quantities. In the continuity of this community effort, we propose here an open-source library for general use in Monte Carlo algorithms. This library is devoted to the acceleration of path-tracing in complex data, typically high-resolution large-domain grounds and clouds. The main algorithmic advances embedded in the library are those related to the construction and traversal of hierarchical grids accelerating the tracing of paths through heterogeneous fields in null-collision (maximum cross-section) algorithms. We show that with these hierarchical grids, the computing time is only weakly sensitivive to the refinement of the volumetric data. The library is tested with a rendering algorithm that produces synthetic images of cloud radiances. Two other examples are given as illustrations, that are respectively used to analyse the transmission of solar radiation under a cloud together with its sensitivity to an optical parameter, and to assess a parametrization of 3D radiative effects of clouds.Comment: Submitted to JAMES, revised and submitted again (this is v2

CHOIX TECHNIQUES ET CONTRE-PRODUCTIVITE. LES DISPOSITIFS TECHNIQUES D'ASSAINISSEMENT DE BENARES

Nous abordons la question des conditions d'existence des dispositifs techniques de l'urbain. Ces techniques s'imposent à la vie urbaine et à tous les citadins. Elles sont pensées comme état de nature et allant de soi. Ainsi en est-il de l'alimentation en eau potable et de l'assainissement des eaux usées et des eaux de pluie. Ces dispositifs techniques font l'objet de projets, de choix (économiques, techniques, esthétiques, voire symboliques) et tous se justifient par leur efficacité à résoudre les problèmes urbains, en l'occurrence pour ce qui nous intéresse ici, leur capacité à " assainir " la ville. Toutefois, il arrive bien souvent que ces techniques fonctionnent mais ne rendent jamais le service qui en justifie l'existence. Aussi, nous interrogerons l'existence des dispositifs techniques et les choix qui président à leur existence à partir des phénomènes de contre-productivité

Soft Textured Shadow Volume

International audienceEfficiently computing robust soft shadows is a challenging and time consuming task. On the one hand, the quality of image-based shadows is inherently limited by the discrete property of their framework. On the other hand, object-based algorithms do not exhibit such discretization issues but they can only efficiently deal with triangles having a constant transmittance factor. This paper addresses this limitation. We propose a general algorithm for the computation of robust and accurate soft shadows for triangles with a spatially varying transmittance. We then show how this technique can be efficiently included into object-based soft shadow algorithms. This results in unified object-based frameworks for computing robust direct shadows for both standard and perforated triangles in fully animated scenes

Cartographier l’évolution du contenu de la revue Archives au moyen des techniques de fouille de textes et de bibliométrie

À l’occasion du 50e anniversaire de l’Association des archivistes du Québec (AAQ), cinq professionnels de l’archivistique ont réalisé une analyse du contenu de la revue Archives à partir d’une approche basée sur des techniques de fouille de textes, complétée par une analyse bibliométrique. Ces techniques facilitent le traitement de grandes quantités de données afin d’en extraire automatiquement certaines caractéristiques qui les ont renseignés tant sur l’évolution thématique de la revue que sur la place qu’occupe sa production dans l’espace archivistique scientifique et professionnel québécois et international. Leur article offre une occasion de revenir sur les principales thématiques abordées dans la revue depuis les vingt dernières années en rendant compte de l’évolution des objets de recherche étudiés et, plus généralement, de la profession archivistique. Il permet également de s’interroger sur les liens existants entre les auteurs et leurs institutions, et de faire le point sur l’académisation ou la professionnalisation de la revue

COMBINED CONDUCTIVE-RADIATIVE HEAT TRANSFER ANALYSIS IN COMPLEX GEOMETRY USING THE MONTE CARLO METHOD

Deterministic methods are commonly used to solve the heat balance equation in three-dimensional (3D) geometries. This article presents a preliminary study to the use of a stochastic method for the computation of the temperature in complex 3D geometries where the combined conductive and radiative heat transfers are coupled in the porous solid phase. The Monte Carlo algorithm and its results are validated by a comparison with the results obtained with a conventional finite-volume method

Mechanical loss in state-of-the-art amorphous optical coatings

We present the results of mechanical characterizations of many different high-quality optical coatings made of ion-beam-sputtered titania-doped tantala and silica, developed originally for interferometric gravitational-wave detectors. Our data show that in multi-layer stacks (like high-reflection Bragg mirrors, for example) the measured coating dissipation is systematically higher than the expectation and is correlated with the stress condition in the sample. This has a particular relevance for the noise budget of current advanced gravitational-wave interferometers, and, more generally, for any experiment involving thermal-noise limited optical cavities.Comment: 31 pages, 14 figure

Measurements of mechanical thermal noise and energy dissipation in optical dielectric coatings

In recent years an increasing number of devices and experiments are shown to be limited by mechanical thermal noise. In particular sub-Hertz laser frequency stabilization and gravitational wave detectors, that are able to measure fluctuations of 1E-18 m/rtHz or less, are being limited by thermal noise in the dielectric coatings deposited on mirrors. In this paper we present a new measurement of thermal noise in low absorption dielectric coatings deposited on micro-cantilevers and we compare it with the results obtained from the mechanical loss measurements. The coating thermal noise is measured on the widest range of frequencies with the highest signal to noise ratio ever achieved. In addition we present a novel technique to deduce the coating mechanical losses from the measurement of the mechanical quality factor which does not rely on the knowledge of the coating and substrate Young moduli. The dielectric coatings are deposited by ion beam sputtering. The results presented here give a frequency independent loss angle of (4.70 $\pm$ 0.2)x1E-4 with a Young's modulus of 118 GPa for annealed tantala from 10 Hz to 20 kHz. For as-deposited silica, a weak frequency dependence (~ f^{-0.025}) is observed in this frequency range, with a Young's modulus of 70 GPa and an internal damping of (6.0 $\pm$ 0.3)x1E-4 at 16 kHz, but this value decreases by one order of magnitude after annealing and the frequency dependence disappears.Comment: Accepted for publication in Phys. Rev.

‘Teachers’ to ‘academics’: the implementation of a modernisation project at one UK post-92 university

Among the many external forces that have impacted upon institutions, league tables have been the dynamic to which universities across the world are now responding. Following the appointment of a new vice-chancellor at one post-92 UK university, a modernisation project was introduced aimed at maximising the institutions’ research standing. For the institutional actors, the university’s lecturers, this modernisation project demanded a change in their working practices from one which had focused on teaching related activities to a situation where an emphasis was to be placed upon research. This study examines how university teachers at this institution understood and responded to the modernisation project to acquire research skills and provides an insight into a path-breaking strategic plan that was enacted within an historically dependent setting. It muses on the dialectics of institutional path dependency and the path breaking effect of a modernisation project that was stimulated by new managerialism