Cartes de photons et visibilité

Les méthodes de simulation d'éclairage par tracé de photons sont souvent utilisées pour leur simplicité et leur versatilité. Les deux étapes classiques de ces approches sont : (i) les calculs d'inter-réflexions lumineuses, indépendantes du point de vue, correspondant à des suivis de chemins lumineux dont les impacts sur les surfaces de la scène sont stockés sous forme de cartes de photons ; (ii) l'exploitation des cartes de photons pour produire une ou plusieurs images de l'environnement virtuel. La première phase repose exclusivement sur des méthodes de Monte-Carlo ; la seconde requiert au moins une estimation de densité pour le calcul d'éclairement. Malheureusement, le tracé de photons est également connu pour les différents biais produits lors de l'estimation de densité des photons pour le calcul de l'éclairement en un point. Ce rapport montre pourquoi la visibilité est un élément fondamental lors de l'estimation de densité ; nous proposons de la prendre en compte de manière précise pour réduire ou supprimer certains biais. Nos résultats mettent en évidence l'importance de la visibilité dans la qualité des images produites

Modélisation de la diffusion multiple de la lumière dans un réseau cubique selon une approche discrète

La modélisation de la diffusion multiple de la lumière doit prendre en compte la localisation spatiale des éléments diffusants, et la répartition angulaire des flux donnée par la diffusion simple. Le problème général étant complexe, de nombreuses méthodes de résolution ont été proposées selon des hypothèses simplificatrices. Nous présentons une méthode originale basée sur la discrétisation des éléments diffusants supposés formés un réseau cubique, et sur le découpage en six flux de la lumière diffusée par une seule particule. Cette méthode à six flux avec discrétisation sur les trois dimensions spatiales peut être considérée comme une extension tridimensionnelle de la méthode de Kubelka [Kubelka48] (méthode à deux flux avec discrétisation sur une seule dimension spatiale). Avec un nombre de paramètres réduits pour décrire la diffusion simple (au minimum trois paramètres indépendants : probabilités d'absorption, de diffusion vers l'avant et vers l'arrière), ce nouveau modèle permet d'accéder à la répartition de la lumière diffusée latéralement dans le matériau

Consistency constraints and 3D building reconstruction

International audienceVirtual architectural (indoor) scenes are often modeled in 3D for various types of simulation systems. For instance, some authors propose methods dedicated to lighting, heat transfer, acoustic or radio-wave propagation simulations. These methods rely in most cases on a volumetric representation of the environment, with adjacency and incidence relationships. Unfortunately, many buildings data are only given by 2D plans and the 3D needs varies from one application to another. To face these problems, we propose a formal representation of consistency constraints dedicated to building interiors and associated with a topological model. We show that such a representation can be used for: (i) reconstructing 3D models from 2D architectural plans (ii) detecting automatically geometrical, topological and semantical inconsistencies (iii) designing automatic and semi-automatic operations to correct and enrich a 2D plan. All our constraints are homogeneously defined in 2D and 3D, implemented with generalized maps and used in modeling operations. We explain how this model can be successfully used for lighting and radio-wave propagation simulations

Point-Based Proxy and Interactive HDR Rendering From Unstructured Photographs

This paper presents a new image-based rendering method, based on photographs acquired with handheld cameras whose characteristics are unknown. Our system relies on recent calibration advances that use robust shape descriptors such as SIFT or SURF, associated with matching methods, producing a cloud of 3D points that belongs to the surface of acquired objects. The proposed method provides an interactive navigation system, with a high refresh rate, without any polygonal geometric reconstruction of objects. For a new viewpoint, our method performs the following operations: (i) point cloud projection onto the camera, (ii) depth interpolation in image space, (iii) reverse projection of input photographs to estimate the value of each pixel in the new view, (iv) occlusions management system for avoiding re-projection errors depending on the view. With this system, high dynamic range images can also be produced from freehand shooting

Radiance cache optimization for global illumination

Radiance caching methods have proven efficient for global illumination. Their goal is to compute precisely illumination values (incident radiance or irradiance) at a reasonable number of points lying on the scene surfaces. These points, called records, are stored in a cache used for estimating illumination of other points in the scene. Unfortunately, with records lying on glossy surfaces, the irradiance value alone is not sufficient to evaluate the reflected radiance; each record should also store the incident radiance for all incident directions. Memory storage can be reduced with projection techniques using spherical harmonics or other basis functions. These techniques provide good results with low shininess BRDFs. However, they get impractical for shininess of even moderate value since the number of projection coefficients increase drastically. In this paper, we propose a new radiance caching method, that handles highly glossy surfaces, while requiring a low memory storage. Each cache record stores a coarse representation of the incident illumination thanks to a new data structure called Equivalent Area light Sources (EAS), capable of handling fuzzy mirror surfaces. In addition, our method proposes a new simplification of the interpolation process since it avoids the need for expressing and evaluating complex gradients

Combining Geometry, Topology and Semantics for Generic Building Description and Simulations

International audience2D and 3D virtual architectural models are the common ground of many studies, including environmental protection , energy saving, or human well-being. Building or urban environment simulations concern for instance heat transfer, lighting, and acoustics, each of them requiring physical parameters additionally to the geometric representation. Furthermore, geometry does not generally comply straightforwardly with physical parameters and users are forced to manually adapt the models before simulation. This paper proposes an overview of modeling and simulation studies that make use of topological representations, and discusses the advantages of a topological representation for various types of applications. Such a representation can be used not only to maintain the 3D model global coherence, but also to automatically retrieve walls, doors, or room volumes for instance. Based on the existing model of generalized maps, this paper also illustrates some examples of structure traversal that can be used for providing the users with adequate simulation data

Lobes de cosinus et visibilité pour la simulation d'éclairage

La simulation des réflexions lumineuses multiples à l'intérieur d'un environnement nécessite de résoudre une intégrale de premier ordre, récursive infinie, pour laquelle il n'existe pas de solution analytique dans le cas général. Certaines méthodes permettent de donner une solution théorique exacte, mais avec des temps de calcul trop important pour espérer produire plusieurs images par seconde dans un avenir proche. De nombreuses méthodes permettent de réaliser ces calculs de manière plus rapide, mais elles reposent sur des approximations dont les effets sont souvent visibles sur les images produites. Notre objectif est de proposer des solutions permettant de réduire les erreurs de calculs en exploitant deux approches complémentaires : (i) une homogénéisation des termes de l'équation de manière à la résoudre seulement à l'aide de quelques opérateurs simples ; (ii) la prise en compte précise des informations de visibilité pour réduire le biais des méthodes reposant sur une estimation de densité. A terme, notre objectif est de diminuer le coût des requêtes de visibilité de nos deux contributions. Pour cela nous envisageons notamment d'introduire des calculs hiérarchiques de visibilité de façon à amortir le coût global des requêtes.Simulating light transfer within a virtual environment requires to solve a first order, infinite recursive integral, that unfortunately doesn't have any solution in general cases. Though theoretically exact solutions exist, their computing time is not adapted to real-time rendering in a near future. Many methods have been proposed for accelerating these computations, but they rely on approximations that often produce visible artifacts on the resulting images. Our goal is to propose some new solutions that can reduce biases with two complementary approaches : (i) a new homogeneous representation of each term of the equation can be used to resolve it using only simple operators ; (ii) considering precise visibility information in order to reduce bias of methods that rely on density estimation. On the long range, we aim at reducing visibility requests costs of each contribution. For that purpose, we particularly plan to introduce hierarchical visibility computations so as to amortize queries cost.POITIERS-SCD-Bib. électronique (861949901) / SudocSudocFranceF

Isotropic and Anisotropic Interfaced Lambertian Microfacets

Specular microfacet distributions have been successfully employed by many authors for representing materials glossiness, and they are generally combined with a Lambertian term that accounts for the colored aspect. Such a representation makes use of the Fresnel reflectance factor at the interface, but the transmission factor is often ignored. In addition, the generalization to microfacet distributions with a more general reflectance is known to be complex, since it requires to solve an angular integral that has no analytical solution. This paper proposes a complete framework for physically handling both reflection and transmission with microfacet distributions. First, we show how transmission affects reflectance of an interfaced Lambertian model, and provide an analytical description of an individual microfacet reflectance. Second, we describe a method for handling distributions of such microfacets in any physically based Monte-Carlo rendering systems. Our approach generalizes several previous models, including flat Lambertian materials as well as specular and Lambertian microfacets. The result section illustrates the wide range of materials that can be possibly taken into account with this representation

Représentation, modélisation et simulation : complexes architecturaux d'intérieurs.

Université de LimogesHabilitation à Diriger des Recherche