Topological Space Partition for Fast Ray Tracing in Architectural Models

International audienceFast ray-tracing requires an efficient acceleration structure. For architectural environment, the most famous is the cells-and-portals one. Many previous works attempt to automatically construct a good cells-and-portals. We propose a new acceleration structure which extends the classical cells-and-portals. It is automatically extracted from the topological model of a given building. It contains a low number of large volumes, all of them linked into a graph model. The scan of our structure is particularly simple and rapid, using all the topological information available from the topological model. The scan can be done for a single ray, or a wide ray packet. We show in this paper that our structure allows an interactive rendering even for large building models, with direct lighting from some thousands of point lights

Visualisation interactive de grands bâtiments

Best paper awardNational audienceLes performances des algorithmes de lancer de rayons sont directement liées à la structure accélératrice utilisée. En ce qui concerne les environnements architecturaux, plusieurs travaux ont précédemment démontré que la structure accélératrice la plus efficace est la structure cellules-et-passages. Dans cet article, nous proposons une nouvelle structure accélératrice qui consiste en une extension des structures cellules-et-passages classiques par une description topologique complète de la scène. La structure de données est décrite par un graphe dont le parcours, utilisant l'ensemble des propriétés topologiques de notre modèle, est particulièrement simple et rapide. Nous montrons dans cet article que notre structure permet un rendu interactif même pour de grands bâtiments composés de plusieurs centaines de pièces meublées en prenant en compte l'éclairage direct de plusieurs milliers de sources lumineuses ponctuelles

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

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

Extracting and Unfolding a Stratigraphic Unit to Update Property Population

International audienceWith the wide usage of geo-modelling tools, users could have the need to enhance their previous geostatiscal population without rebuilding an entire stratigraphic model In this paper we explain how we can extract non explicit information from a stratigraphic model (reference iso-chronological surfaces, faults used to constraint the model), and then, use this information to realise 3D flattening on iso-chronological surfaces prior to geostatiscal population. Three methods were presented here: traditional by topological correspondence, vertical shear and an original isometric unfolding process based on the minimization of the elastic tensor deformation. These methods could be applied for every type of deposit: Horizontal, Parallel to Top, parallel to Bottom, Proportional. Then, we compare the application of these methods on several case studies and develop the advantages to reengineer a stratigraphic model and repopulate it after flattening. Even if the "traditional" and vertical shear methods could be applied on certain situations, following multiple test bed as the ones presented in this paper, we are thinking that the isometric unfolding presented here is much reliable. As a consequence, we will exploit more and more this isometric unfolding method in the next future and process each lithostratigraphic unit independently than the others

Structuration topologique pour le rendu et la visualisation 3D

Les travaux présentés dans cette habilitation à diriger des recherches visent à mettre à contribution les structures topologiques et hiérarchiques pour améliorer les opérations de reconstruction 3D et optimiser les algorithmes de simulation d’éclairage par lancé de rayons.Les structures de données utilisées en modélisation géométrique à base topologique étant plus riches que les structures habituellement employés dans d’autres type d’application, nous proposons dans un premier axe de recherche de mettre à contribution les relations de voisinage issues de l’étape de modélisation pour améliorer la rapidité des calculs en synthèse d’images. A la manière des méthodes utilisant une structure accélératrice basée sur une partition de l’espace contraint, nous nous appuyons sur notre modèle topologique dédié à l’architecture afin de calculer le parcours d’une onde électromagnétique (un rayon) à travers une scène 3D. L’application résultante permet une visualisation interactive de scènes d’intérieur de bâtiment composé de plusieurs centaines de millions de polygones.Dans le contexte du rendu réaliste des bords arrondis des objets, nous proposons ensuite dans un deuxième axe de recherche une méthode non invasive (c’est-à-dire qui ne modifie pas la géométrie d’origine) pour la modélisation et le rendu de chanfrein. Contrairement aux surfaces maillées, notre objectif est de garantir une apparence arrondie et lisse, quels que soient le point de vue, la distance de l’observateur et l’éclairage incident. Au coeur de notre contribution se trouve une structure hiérarchique et topologique qui définit automatiquement et avec précision la géométrie des zones arrondies. Cette structure, nommée SREC-RT, est construite automatiquement et est intégrée dans une structure d’accélération dédiée algorithme de lancé de rayons. Elle permet de déterminer la région d’intérêt de chaque chanfrein et d’y appliquer le traitement correspondant, cela sans augmenter la complexité géométrique de la scène 3D. L’intersection des rayons avec les surfaces arrondies est accélérée grâce à un graphe topologique défini par les relations de voisinage entre les arêtes et les sommets.Enfin, dans un troisième axe de recherche, nous proposons un système pour la reconstruction de maillage volumétrique à partir d’acquisitions médicales 3D discrètes telles que des IRM. Ce processus permet la reconstruction automatique d’objets composés de plusieurs substances, afin d’assurer une visualisation globale, unique et cohérente d’un cortex cérébral. Notre processus donne, sans aucune intervention de l’utilisateur, un modèle 3D topologique robuste et propre avec des relations d’adjacence explicites entre les segments reconstruits. Le modèle résultant respecte les données sémantiques, sans les défauts topologiques et géométriques habituellement rencontrés dans les autres approches de re- construction 3D. Il est ainsi directement utilisable pour des calculs d’estimation des données métabolites/physiologiques au sein des différentes parties du cerveau dans le cadre d’outils d’aide à la détection des tumeurs

Reconstruction of Volumes from Soup of Faces with a Formal Topological Approach

International audienc

Reconstruction géométrique et topologique de complexes architecturaux 3D à partir de plans numériques 2D

L intérieur des bâtiments est souvent modélisé en 3D pour diverses applications de modélisation ou de simulation. Par exemple, plusieurs méthodes permettent d étudier l éclairage, les transferts de chaleur, la propagation d ondes. Ces applications nécessitent dans la plupart des cas une représentation volumique de l environnement avec des relations d adjacence et d incidence entre les éléments. Malheureusement, les données correspondant au bâtiment sont en général seulement disponibles en 2D et les besoins des applications 3D varient d une utilisation à l autre. Pour résoudre ce problème, nous proposons une description formelle d un ensemble de contraintes de cohérence dédiées à la modélisation d intérieur de bâtiments. Dans cette thèse nous montrons comment cette représentation est utilisée pour : (i) reconstruire un modèle 3D à partir de plans d architecte numériques 2D ; (ii) détecter automatiquement les incohérences géométriques, topologiques et sémantiques ; (iii) développer des opérations automatiques et semi-automatiques pour corriger les plans 2D. Toutes les contraintes de cohérence sont définies en 2D et 3D et reposent sur le modèle topologique des cartes généralisées. Ces opérations sont utilisées pour éditer les scènes 2D et 3D afin d affiner ou de modifier les modèles. Enfin, nous expliquons comment ce modèle est utilisé pour une application de visualisation par lancé de rayons.Virtual architectural (indoor) scenes are often modelled 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 solve 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 a 3D model 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 with various ray-tracing methods.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Efficient Ray Traversal of Constrained Delaunay Tetrahedralization

International audienceAcceleration structures are mandatory for ray-tracing applications, allowing to cast a large number of rays per second. In 2008, Lagae and Dutré have proposed to use Constrained Delaunay Tetrahedralization (CDT) as an acceleration structure for ray tracing. Our experiments show that their traversal algorithm is not suitable for GPU applications, mainly due to arithmetic errors. This article proposes a new CDT traversal algorithm. This new algorithm is more efficient than the previous ones: it uses less arithmetic operations; it does not add extra thread divergence since it uses a fixed number of operation; at last, it is robust with 32-bits floats, contrary to the previous traversal algorithms. Hence, it is the first method usable both on CPU and GPU

Constrained Convex Space Partition for Ray Tracing in Architectural Environments

International audienceThis paper explores constrained convex space partition (CCSP) as a new acceleration structure for ray tracing. A CCSP is a graph, representing a space partition made up of empty convex volumes. The scene geometry is located on the boundary of the convex volumes. Therefore, each empty volume is bounded with two kinds of faces: occlusive ones (belonging to the scene geometry), and non-occlusive ones. Given a ray, ray casting is performed by traversing the CCSP one volume at a time, until it hits the scene geometry. In this paper, this idea is applied to architectural scenes. We show that CCSP allows to cast several hundreds of millions of rays per second, even if they are not spatially coherent. Experiments are performed for large furnished buildings made up of hundreds of millions of polygons and containing thousands of light sources