Simulation de l’impact visuel de la pluie sur une scène

Sujets de thèse

Intitulé de la thèse
Simulation de l’impact visuel de la pluie sur une scène
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Spécialité de doctorat : Informatique et Applications

Lieu de travail
XLIM-DMI-SIR
Laboratoire d’accueil : XLIM/DMI

Introduction
De nombreux domaines ont besoin d’applications informatiques afin de simuler des phénomènes physiques. Par exemple les jeux vidéo et les simulateurs de conduite doivent immerger l’utilisateur (son, rendu réaliste, animations…). Les simulateurs de conduite n’ont pas les mêmes objectifs que les jeux vidéos. Le réalisme recherché se place plus sur un plan plu perceptif que visuel. La manière dont un environnement est perçu importe plus que son apparence. Ces applications s’intéressent davantage à l’impact de la pluie sur la perception sensorielle humaine, qu’aux gouttes elles-mêmes. Les questions posées ici sont de savoir quelle sera l’altération de la perception visuelle d’un conducteur (perte de profondeur de champ, reflets d ́érangeants sur les surfaces mouillées, baisse de luminosité, projections de particules, mouvement parasite des essuie-glaces dans le champ de vision. . .). Ces applications s’intéresseront également aux changements de comportement du véhicule (perte d’adhérence, aquaplanage, freinage. . .).
Cette nécessité de réalisme perceptif revêt un aspect particulièrement important dans le cadre de simulateurs dédiés à la sécurité routière. L’enjeu est alors d’estimer les impacts sur le comportement du conducteur engendrés par les perturbations météorologiques, et d’en tirer des enseignements permettant d’améliorer les processus de conception des véhicules et équipements routiers, dans le but de renforcer la sécurité des usagers de la route.
Pour atteindre cet objectif, les images cherchent ́également à rappeler à l’observateur des éléments de son environnement, afin de sembler visuellement r ́éalistes par leurs qualités techniques (ombres, d ́éfinition des modèles, particules. . .) mais également par leur composition, c’est-à-dire par le type d’objets ou de phénomènes qui les composent.
C’est dans cette optique que s’inscrit la simulation de phénomènes naturels en synthèse d’images: rendre les images crédibles en intégrant des phénomènes pr ́ésents dans la vie quotidienne de l’observateur. Ceci explique pourquoi la simulation de phénomènes naturels en synthèse d’images est devenue un domaine de recherche très actif depuis quelques ann ́ees.

Présentation de l’équipe de recherche
La spécialité principale du projet SIR réside dans les techniques de rendu réaliste en synthèse d’images. Les techniques de rendu temps réel, d’animation et de visualisation (par exemple de visualisation scientifique) constituent les autres domaines d’étude.

Résumé de la thèse en français
La pluie est un phénomène courant et donc souvent simulé dans le domaine des jeux vidéo et des films d’animation avec comme objectif l’immersion du joueur ou du spectateur. L’aspect visuel joue un rôle prépondérant: une pluie modifie notamment l’éclairage globale d’une scène ou encore l’aspect des objets mouillés.

On peut distinguer plusieurs phénomènes:

• Simulation des gouttes de pluie en chute libre. Cette simulation peut être représentée sous forme de textures (1) ou à l’aide de systèmes de particules en utilisant les caractéristiques physiques des gouttes d’eau (2). Il est aussi nécessaire de représenter l’influence du vent sur les gouttes d’eau en chute libre (3).

• Impact de la pluie sur les objets de la scène. Lorsque la pluie entre en collision avec des objets ou le sol, des éclaboussures (4), ou encore des ruissellements (5) vont se former. Les impacts et les ruissellements vont ensuite avoir un impact sur l’apparence des matériaux (BRDF, BSSRDF).

Dans ce sujet nous souhaitons étudier de manière macroscopique les effets de la pluie sur la scène et notamment sur les changements d’aspects de la végétation mouillée ou encore l’impact sur la lumière globale (lumière naturelle) d’une scène. La compréhension des phénomènes doit s’appuyer principalement sur des prises de vue (vidéo et photographie) afin de déterminer des modèles temps réels réalistes.

1- Natalya Tatarchuk. Artist-directable real-time rain rendering in city environments. In SIGGRAPH’06: ACM SIGGRAPH 2006 Courses, pages 23–64, New York, NY, USA, 2006. ACM.ISBN1-59593-364-6.

2- Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, and Djamchid Ghazanfarpour. Realistic real-time rain rendering. Computers & Graphics, 30(4):507–518, 2006.

3- Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, and Djamchid Ghazanfarpour, GPU Rainfall. Journal of Graphics Tools, vol. 13, N°4, 2009, pp. 17-33.

4- Kshitiz Garg, G. Krishnan, and Shree K. Nayar. Material Based Splashing of Water Drops. In Proceedings of Eurographics Symposium on Rendering, Jun 2007.

5- Jean-François El Hajjar, Vincent Jolivet, Djamchid Ghazanfarpour and Xavier Pueyo. A Model for Real-Time On-Surface Flows. The visual Computer, vol. 25, N°2, 2009, pp. 87-100

Résumé de la thèse en anglais
Rain is a common phenomenon and therefore often used in video games or animated films to improve immersion of the player or spectator in Virtual Environments. Visual aspect is a major issue: rain changes light of a scene or appearance of wet objects.

We can we can highlight several phenomena:

• Simulation of raindrops falling. This simulation can be represented as a texture (1) or by particles system using the physical characteristics of water drops (2). It is also necessary to represent the influence of wind on the water drops in free fall (3).

• Impact of rain on the objects aspect in the scene. When the rain hit an object or the floor we can observe splash (4), or on-surface flows (5). These effects change the appearance of materials (BRDF, BSSRDF).

We wish study macroscopic effects of rain on the rendering stage and include visual aspect modification of wet vegetation or impact on the overall light (natural light) of a scene. Video or photography approaches can be used to understand wet phenomenon and to define realistic real-time rendering models

1- Natalya Tatarchuk. Artist-directable real-time rain rendering in city environments. In SIGGRAPH’06: ACM SIGGRAPH 2006 Courses, pages 23–64, New York, NY, USA, 2006. ACM.ISBN1-59593-364-6.

2- Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, and Djamchid Ghazanfarpour. Realistic real-time rain rendering. Computers & Graphics, 30(4):507–518, 2006.

3- Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, and Djamchid Ghazanfarpour, GPU Rainfall. Journal of Graphics Tools, vol. 13, N°4, 2009, pp. 17-33.

4- Kshitiz Garg, G. Krishnan, and Shree K. Nayar. Material Based Splashing of Water Drops. In Proceedings of Eurographics Symposium on Rendering, Jun 2007.

5- Jean-François El Hajjar, Vincent Jolivet, Djamchid Ghazanfarpour and Xavier Pueyo. A Model for Real-Time On-Surface Flows. The visual Computer, vol. 25, N°2, 2009, pp. 87-100

Description complète du sujet de thèse
La pluie est un phénomène courant et donc souvent simulé dans le domaine des jeux vidéo et des films d’animation avec comme objectif l’immersion du joueur ou du spectateur. L’aspect visuel joue un rôle prépondérant: une pluie modifie notamment l’éclairage globale d’une scène ou encore l’aspect des objets mouillés.

On peut distinguer plusieurs phénomènes:

• Simulation des gouttes de pluie en chute libre. Cette simulation peut être représentée sous forme de textures (1) ou à l’aide de systèmes de particules en utilisant les caractéristiques physiques des gouttes d’eau (2). Il est aussi nécessaire de représenter l’influence du vent sur les gouttes d’eau en chute libre (3).

• Impact de la pluie sur les objets de la scène. Lorsque la pluie entre en collision avec des objets ou le sol, des éclaboussures (4), ou encore des ruissellements (5) vont se former. Les impacts et les ruissellements vont ensuite avoir un impact sur l’apparence des matériaux (BRDF, BSSRDF).

Dans ce sujet nous souhaitons étudier de manière macroscopique les effets de la pluie sur la scène et notamment sur les changements d’aspects de la végétation mouillée ou encore l’impact sur la lumière globale (lumière naturelle) d’une scène. La compréhension des phénomènes doit s’appuyer principalement sur des prises de vue (vidéo et photographie) afin de déterminer des modèles temps réels réalistes.

1- Natalya Tatarchuk. Artist-directable real-time rain rendering in city environments. In SIGGRAPH’06: ACM SIGGRAPH 2006 Courses, pages 23–64, New York, NY, USA, 2006. ACM.ISBN1-59593-364-6.

2- Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, and Djamchid Ghazanfarpour. Realistic real-time rain rendering. Computers & Graphics, 30(4):507–518, 2006.

3- Pierre Rousseau, Vincent Jolivet, and Djamchid Ghazanfarpour, GPU Rainfall. Journal of Graphics Tools, vol. 13, N°4, 2009, pp. 17-33.

4- Kshitiz Garg, G. Krishnan, and Shree K. Nayar. Material Based Splashing of Water Drops. In Proceedings of Eurographics Symposium on Rendering, Jun 2007.

5- Jean-François El Hajjar, Vincent Jolivet, Djamchid Ghazanfarpour and Xavier Pueyo. A Model for Real-Time On-Surface Flows. The visual Computer, vol. 25, N°2, 2009, pp. 87-100

Objectifs scientifiques de la thèse
Développement de méthodes temps réel à destination des simulateurs de conduite (routiers ou maritimes) et jeux vidéo

Compétences à l’issue de la thèse
Développement
Développement GPU
Méthodes de la synthèse d’images 3D
Gestion de projet

Mots clés (séparés par des virgules)
Informatique, Synthèse d’images, Simulation de phénomènes naturels, Rendu temps réel
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Directeur de thèse
Djamchid Ghazanfarpour
Adresse mail du directeur de thèse : djamchid.ghazanfarpour@unilim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 55 45 77 01

Co-directeur de thèse
Vincent Jolivet
Adresse mail du co-directeur de thèse : jolivet@unilim.fr
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON

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