pr`es de 42 millions de t´etra`edre. Le maillage grossier est choisi afin de conserver l’interactivit´e tout en limitant la d´et´erioration du champ scalaire. `A gauche : extraction d’une isosurface. `A droite : rendu volumique direct par lancer de rayons. La boule d’int´erˆet est repr´esent´ee en filaire. En son sein, la r´esolution fine est extraite alors que la r´esolution grossi`ere est conserv´ee `a l’ext´erieur. Aucun espace vide n’existe entre les deux r´esolutions.
CHAPITRE
4
Visualiser via le Rendu Volumique
Scientific Visualization is the art of making the unseen visible, through the use of the 2D and 3D computer gra-phics coupled with high speed computations. [...] It can be used to understand and solve scientific problems, find hidden patterns in data and create models and vi-sualizations for ideas that were previously conceptual.
Clifford A. PICKOVER- Frontiers of Scientific
Visualization, 1993
FIN D’EXPLOITERles r´esultats issus d’une simulation, l’ing´enieur ou le chercheur doit pouvoir les visualiser interactivement. La construction en amont de sch´emas multir´esolution – comme notre approche bir´esolution – permet une exploration interactive de ces donn´ees via la mise-`a-jour dynamique du nombre de cellules en fonction des besoins de l’utilisateur. Mais cela n’est pas suffisant. La compr´ehension d’un ph´enom`ene puis la communication des r´esultats obtenus `a des tierces personnes, sp´ecialistes ou non, passent principalement par le sens le plus utile `a l’ˆetre humain : sa vue. La cr´eation d’une image porteuse de sens, d’une certaine qualit´e visuelle est ainsi une n´ecessit´e, en plus de la garantie de l’interactivit´e.
L’une des techniques de visualisation permettant de comprendre dans sa globalit´e un ph´enom`ene est le rendu volumique direct. Une telle technique assure l’affichage de l’ensemble du champ scalaire dans son do-maine spatial afin de mettre en ´evidence ses variations, ses singularit´es, ses comportements inattendus ou inha-bituels permettant de valider, comprendre ou r´efuter une simulation. Contrairement aux techniques indirectes comme les plans de coupe ou l’extraction d’une isosurface, le rendu volumique direct garantit l’affichage de la structure globale du champ tout en assurant, grˆace `a la modulation de l’opacit´e, `a la fois une meilleure visibilit´e de certaines valeurs d’int´erˆets mais aussi une gestion des probl`emes perceptifs d’occlusion.
Le couplage d’une telle technique de visualisation avec des m´ethodes dites multir´esolution semble ainsi une solution garantissant un traitement des donn´ees issues de simulations adapt´e aux besoin finaux de l’utilisateur. Ces besoins sont la g´en´eration d’une image porteuse de sens, facilement compr´ehensible, assurant la mise en ´evidence de zones d’int´erˆets, g´en´er´ee `a des temps interactifs afin de faciliter l’exploitation des r´esultats issus
de simulation.
Au sein de cette section, nous d´etaillons ainsi plus pr´ecis´ement l’int´egration du rendu volumique direct ordonn´e au sein du sch´ema bir´esolution propos´e au sein du chapitre3pr´ec´edent. Nous pr´esentons, dans un premier temps, les pr´ec´edentes approches permettant de r´ealiser un rendu volumique direct ordonn´e pour les grilles t´etra´edriques au sein de la section1. Puis, nous d´etaillons l’int´egration de deux algorithmes de rendu volumique existants que nous avons adapt´es `a la mise-`a-jour dynamique des maillages t´etra´edriques : l’un pour l’extraction bir´esolution en m´emoire centrale (section2) ; l’autre pour l’extraction bir´esolution sur carte graphique (section3). Nous d´etaillons enfin l’int´egration des autres techniques de visualisation usuelles : iso-surfaces, plans de coupe, rendu par points ; au sein de la section4afin de souligner l’ind´ependance de notre sch´ema d’extraction au regard des techniques de visualisation.
1 Etat de l’Art´
Avant de proposer nos modifications afin d’adapter le rendu volumique direct ordonn´e aux maillages mul-tir´esolution, nous pr´esentons dans un premier temps l’int´egrale du rendu volumique permettant de simuler le rendu d’un milieu semi-transparent dans un espace discr´etis´e (section1.1). Puis, nous dressons un ´etat de l’art des techniques existantes permettant de la calculer : par lancer de rayons (section1.2), par projection de cellules (section1.3) ou par des approches hybrides (section1.4). Nous comparons les avantages et les inconv´enients de chaque type de techniques au sein de la derni`ere section (section1.5).
1.1 Int ´egrale du rendu volumique
1.1.1 Mod `ele ´Emission-Absorption
Afin de produire un rendu volumique direct ordonn´e, le maillage volumiqueΣest consid´er´e comme un milieu semi-transparent compos´e de particules ´el´ementaires. En appliquant des propri´et´es optiques physiques d’absorption, d’´emission et de diffraction `a ces particules, la propagation de la lumi`ere peut ˆetre ainsi si-mul´ee [Max95]. Le mod`ele le plus utilis´e est le mod`ele ´emission-absorption. Au sein de ce mod`ele, chaque particule deΣabsorbe une partie du rayon de lumi`ere qui l’intersecte et transmet la lumi`ere restante avec sa propre ´emission de lumi`ere. Il est ainsi possible d’accumuler la contribution de chaque particule le long d’un rayon lumineux virtuel et de simuler l’intensit´e lumineuse qui parvient jusqu’`a l’œil de l’observateur. Dans le cadre de l’informatique graphique, l’œil de l’observateur correspond en fait `a l’´ecran pix´elis´e de l’ordinateur. Soit s(t) une param´etrisation d’un rayon lumineux issu d’un pixel de l’´ecran, l’intensit´e lumineuse I l’atteignant
est d´efinie par :
D´efinition 4.1 Int´egrale du rendu volumique :
I= Z D 0 E(t) e−A(t)dt avec : E(t) = i(s(t)) A(t) = Zt 0 α(s(u)) du
o `u D est la longueur du rayon intersectant le volume, i(s) l’intensit´e lumineuse ´emise etα(s) l’intensit´e
lumi-neuse absorb´ee.
Le terme E(t) correspond `a l’´emission ponctuelle du rayonnement de chaque particule. Le terme A(t)
correspond `a l’att´enuation par absorption de l’ensemble des particules travers´ees entre l’´emission initiale et l’œil de l’observateur. La figure4.1illustre ce proc´ed´e pour l’ensemble de donn´eesEngine.
Au sein de la visualisation scientifique (et globalement de l’informatique graphique), l’´emission et l’absorp-tion sont en fait d´efinies via l’´elaboral’absorp-tion d’une foncl’absorp-tion de transfertφ. La fonction d’´emission E(t) est en
pra-tique un triplet c dans l’espace des couleurs RVB (Rouge, Vert, Bleu ou RGB pour Red, Green, Blue) [FVDF96] pour chaque particule. De la mˆeme fac¸on, l’absorption est un coefficient d’opacit´eτen chaque particule. On d´efinit ainsi la fonction de transfert comme :
1. ´ETAT DE L’ART 91
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