Génération procédurale d'effets atmosphériques

Procedural generation of atmospheric effects

• Auteur / Autrice : Antoine Webanck
• Direction : Eric Galin, Éric Guérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/07/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône ; 2003-....) - Modélisation Géométrique, Géométrie Algorithmique, Fractales
• Jury : Président / Présidente : Céline Loscos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Galin, Éric Guérin, Saïda Bouakaz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Dischler, Loïc Barthe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métamorphose (animation par ordinateur)

Modélisation procédurale

Nuages

Mots clés libres

Modélisation procédurale

Animation procédurale

Nuages

Modélisation implicite

Métamorphose

Modèles volumiques

Procedural modeling

Procedural animation

Clouds

Implicit modeling

Morphing

Volumetric models

Résumé

Cette thèse s’intéresse à la synthétisation de paysages naturels, et plus particulièrement, à leur portion céleste. L’aspect du ciel est gouverné par de nombreux phénomènes atmosphériques parmi lesquels les nuages jouent un rôle prépondérant car ils sont fréquemment présents et couvrent de grandes étendues. Même sans considérer directement le ciel, la densité des nuages leur permet de modifier intensément l’illumination globale d’un paysage. Les travaux de cette thèse se concentrent donc principalement sur l’édition, la modélisation et l’animation d’étendues nuageuses aux dimensions d’un paysage. Comme la simulation thermodynamique de la formation des nuages est difficilement contrôlable et que les détails du volume simulés sont rapidement limités, nous proposons plutôt une méthode par génération procédurale. Nous érigeons un modèle léger de paysage nuageux sous forme d’une hiérarchie de fonctions. Les détails les plus fins sont obtenus par composition de bruits procéduraux et reproduisent les formes de différents genres de nuages. La présence nuageuse à grande échelle est quant à elle décrite à haut niveau et à différents instants par des cartes dessinées par l’utilisateur. Ces cartes discrètes sont transformées en primitives implicites statiques ensuite interpolées par métamorphose en prenant en compte le relief et les vents pour produire des trajectoires cohérentes. Le champ implicite obtenu par mélange des primitives interpolantes constitue le champ spatiotemporel de densité nuageuse. Des images sont finalement synthétisées par rendu du milieu participatif atmosphérique selon notre propre implémentation exécutée en parallèle sur carte graphique

This thesis focusses on the synthetization of natural landscapes, and more particularly on their celestial part. The aspect of the sky is governed by plenty of atmospheric phenomena, among which clouds play a major role for they are recurrent and widespread. Even without directly considering the sky, the density of the clouds allows them to intensely modify the global illumination of a landscape. The work of this thesis thus focuses mainly on the editing, modelling and animation of cloud areas of landscape dimensions.Because the thermodynamic simulation of cloud formation is hard to control and its maximum resolution quickly limits the details of the simulated volume, we propose instead a procedural generation method. We build a lightweight cloudscape model as a hierarchy of functions. The finest details are obtained by composing procedural noises and reproduce the specific shapes of different kinds of clouds. The large-scale cloud presence is described at a high level and at different times by maps drawn by the user. These discrete maps are transformed into implicit static primitives and then interpolated by morphing, accounting for relief and winds in order to produce coherent trajectories. The implicit field obtained by mixing the interpolating primitives represents the spatiotemporal field of cloud density. Images are finally synthesized by rendering of the atmospheric participative medium according to our own implementation, executed in parallel on a graphic card