GT Rendu

Site : http://gtrendu.blogspot.fr/

Responsables : Jean-Philippe Farrugia (LIRIS, Lyon), David Vanderhaeghe (IRIT, Toulouse)
Organisateurs des journées : Guillaume Gilet (XLIM, Limoges), David Vanderhaeghe (IRIT, Toulouse)

Mots-clés : rendu photo réaliste, simulation de l’éclairage et d’effets lumineux, rendu inverse, rendu expressif, rendu artistique, réalité augmentée, rendu temps réel, rendu basé image.

Objectifs

L'un des axes fondamentaux de la recherche en Informatique Graphique concerne l'étude des concepts et modèles mis en œuvre pour générer une image par ordinateur, que ce soit à partir d'une scène tridimensionnelle définie de manière virtuelle, en simulant le comportement de la lumière (rendu photo réaliste), ou cherchant à créer/reproduire un style artistique (rendu expressif ou non photo réaliste), ou qu'il s'agisse de (re)créer l'image d'une scène tridimensionnelle réelle acquise de manière numérique par un ensemble de capteurs, éventuellement associée à des objets virtuels. L’adjonction d’une contrainte de temps forte dans la génération des images afin de permettre une interaction en temps réel avec l’environnement virtuel a conduit à adapter ces techniques regroupées sous l’appellation « rendu temps réel ». Toutes ces approches possèdent, sur de nombreux points, une problématique, des modélisations mathématiques et des solutions algorithmiques communes, ce qui justifie de les réunir.

Historique

Le développement technologique des périphériques d’affichage en informatique, permettant de visualiser des images de plus en plus précises, et les besoins sociétaux de communication visuelle, dans l’industrie ou le divertissement, ont été les moteurs principaux du développement et de l’émergence de la problématique scientifique du rendu. Au début, très géométriques, pour la détermination des surfaces visibles, la discrétisation de courbes et le remplissage de surface, les thématiques scientifiques du rendu ont évoluées vers des approches liées à la physique de la lumière et de la physiologie de la perception. Les objectifs sont passés d’un besoin d’affichage à un besoin d’immersion visuelle. Le processus de production d’images répondant à ce besoin d’immersion visuelle, immersion nécessitant d’une part des images de grande qualité et d’autre part une visualisation interactive, a depuis servi de guide pour la recherche en synthèse d’images.

Les chercheurs ont ainsi poursuivi deux objectifs antagonistes : augmenter le réalisme et diminuer le temps de calcul. Cette dernière contrainte est primordiale dans certains contextes comme la réalité virtuelle où il est nécessaire de calculer et d’afficher une suite d’images à une cadence suffisamment élevée pour reproduire des mouvements ou des changements dans la scène sans que la perception humaine ne détecte de discontinuité. Cette branche du rendu, nommée «rendu temps réel», occupe aujourd’hui une place importante dans la communauté informatique graphique, principalement sous l’impulsion d’industriels issus du divertissement grand public et du jeu vidéo. Parallèlement à la quête du réalisme, les chercheurs en rendu ont aussi développé des techniques visant à produire des images ayant des caractéristiques visuelles adaptées au besoin de communication et correspondant à des approches de dessin artistique ou de dessin technique, il s’agit alors de rendu non photo réaliste ou de rendu expressif. En plus d'obtenir une image de qualité, la place de l'utilisateur dans le processus de création d'images numériques est une question de fond dans bien des problèmes de rendu. Quels moyens de contrôle donner aux créateurs d'images ? Cette question trouve des réponses dans les travaux de recherche mais reste ouverte. Les moyens d'interaction et la finesse du contrôle vont dépendre de l'expertise de l'utilisateur et du temps qu'il peut consacrer.

Enfin, une autre voie a émergé ces dernières années, indépendante des problèmes de calcul d’éclairement. Les dispositifs de numérisation et de création de contenus sont de plus en plus performants et accessibles, autorisant ainsi la création de nombreux modèles d’objets extrêmement détaillés, en géométrie mais aussi en aspects de surface. Afficher une scène constituée de ce type d’objets pose des problèmes d’accès aux données (qui ne tiennent généralement pas en mémoire) ainsi que de filtrage et de préservation d’apparence globale. La notion de niveaux de détails est prépondérante dans ce cas. Les applications sont multiples, depuis la visualisation scientifique jusqu’aux mondes virtuels et à la génération procédurale. Pour avancer dans cette direction, une approche globale intégrant modélisation géométrique et rendu est alors nécessaire.

Activités scientifiques

D'un point de vue scientifique, on peut résumer les problèmes qui découlent de ces objectifs de la manière suivante :

• Obtenir des images réalistes consiste à réussir à comprendre et à simuler numériquement la plupart des phénomènes de la physique du transport lumineux intervenant dans la création d’une image. Une des problématiques forte concerne alors la maîtrise et la mesure des erreurs engendrées, c'est-à-dire à la fois l'adéquation entre les modèles numériques et calculatoires utilisés pour générer une image et la réalité, et la maîtrise des erreurs intrinsèques au modèle.
• Obtenir des images adaptées à la communication et à l’expression visuelle consiste à comprendre, à modéliser et à mettre en évidence les informations pertinentes à montrer sur une image pour atteindre l’objectif de communication visé.

Les modèles de rendu, réalistes ou non, deviennent ainsi de plus en plus complexes et conduisent donc à des temps de calcul de plus en plus grands. Une problématique consiste à exploiter et faire évoluer l'expérience algorithmique (complexité, parallélisation, structures de données) propre à la communauté d'informatique dont fait avant tout partie la synthèse d'image pour développer de nouveaux algorithmes plus performants.

Un autre problème scientifique fondamental concerne la manipulation temps réel d'un volume de données très important. Des problèmes algorithmiques très forts restent à explorer et rejoignent les problèmes algorithmiques précédemment cités si l'on veut bénéficier de techniques de visualisation temps réel et dynamisme des données.

Liste des journées du groupe de travail

Pour animer la communauté scientifique du rendu et diffuser ses travaux, une à deux journées thématiques annuelles sont organisées dans le cadre de ce groupe de travail. Ces journées réunissent entre 30 et 40 chercheurs représentatifs de la communauté française à chaque édition.

• 8 mars 2013 : Paris (Telecom Paris Tech)
• 19 mars 2012 : Paris (Telecom Paris Tech)
• 6 octobre 2011 : Paris (Telecom Paris Tech)
• 8 octobre 2010 : Paris (Telecom Paris Tech)
• 5 mars 2010 : Paris (Telecom Paris Tech)
• 2009 : Marne la vallée et Paris, deux réunions
• 2008 : Mulhouse
• 2006 : Lyon
• 2005 : Bavay (Valenciennes) En liaison avec l’action AS rendu interactif et patrimoine virtuel.
• 2004 : Poitiers

Laboratoires participants

Nom complet	Nom abrégé	Labo, Type	Tutelle(s)	Responsable	Contact GT Rendu
Rendu Réaliste pour la Réalité Augmentée Mobile	R3AM	LIRIS, UMR CNRS	CNRS, Lyon1, Lyon 2, ECL, INSA	V. Ostromoukhov	JP. Farrugia
Groupe informatique graphique	CGG	LTCI, UMR CRNS 5141	Telecom ParisTech, CNRS	T. Boubekeur	T. Boubekeur
Analyse Architecture Algorithmique et synthèse d’images	A3SI	LIGM, UMR CNRS 8049	CNRS, UPEMLV, ENPC, ESIEE	M. Couprie	V. Biri
FRVSense		IRISA, UMR	CNRS, INRIA	Kadi Bouatouch	Kadi Bouatouch
Informatique Graphique et Géométrique	IGG	ICube	CNRS, Université de strasbourg	D. Bechnmann	J.M. Dischler
Signal, Image, Communications	SIC	XLIM/SIC, UMR CNRS	CNRS, Université de Poitiers	C. Fernandez	D. Meneveaux
Synthèse d’images réaliste	SIR	XLIM/DMI	CNRS, Université de limoges	D. Gazanfarpour	D. Gazanfarpour
Virtual object from reality to expression	VORTEX	IRIT, UMR 5505	CNRS, Université de Toulouse	H. Luga	D. Vanderhaeghe, M. Paulin