Mip-Mapping

Mip-Mapping

La réalité virtuelle est une expression qui signifie un terme de présence d’un monde parallèle au monde réel ce qui est le monde virtuel tridimensionnel, elle représente le nouveau facteur de la civilisation de notre monde puisqu’elle est utilisée dans plusieurs domaines telle que l’informatique graphique, la simulation, la télé-opération, la conception assistée par ordinateur, l’audiovisuel ou le travail collaboratif. Et depuis la naissance de ce terme par Jaron Lanier en 1989, les chercheurs s’intéressaient a désigner un espace de représentation réaliste, tridimensionnel, calculé en temps réel et immersif. La réalité virtuelle est une partie de traitement des Images de synthèse qui ont généralement deux utilisations :

3D précalculé : 

Pour la conception des images fixes, des films d’animation et des effets spéciaux on utilise des logiciels spéciaux comme Softimage ou 3DS Max. mais dans ce procédé utilisation on a besoin de cartes graphiques très puissantes avec un temps de traitement d’une Image qui est beaucoup plus longue parce qu’on utilise l’algorithme de radiosité (Raytracer) pour le rendue. Et pour créer un film d’animation on a besoin d’une vingtaine d’images par seconde avec 5 milliards de rayons lancés pour calculer l’éclairage de chaque image. Cela prend beaucoup de temps tel qu’on ne peut pas l’appliquer en temps réel.

3D Temps réel :

Pour la création de La réalité virtuelle, on utilise des API standard comme DirectX, OpenGL et XNA Game Studio. Pour la production, et la réalisation 3D en temps réel on à besoin de calculer le nombre des Images par seconde (FPS) qui sont au moins une vingtaine. Avec ce nombre cela dépend de la machine mais il y a un inconvénient celui de sacrifier la production des Images réaliste. Nous constaterons que le calcul serait rapide car nous utilisons la méthode de Rastérisation qui permet de dessiner les polygones 3d. Et on trouve dans cette méthode les techniques de rendue comme le Mip-mapping et le Bump-mapping.

Problématique :

Jusqu’à maintenant il y a beaucoup de problèmes pour la réalisation d’un monde virtuel plus réaliste avec la même qualité de l’image de synthèse en 3D précalculé, et c’est pour cela que les chercheurs améliorent chaque année des techniques pour faciliter la tâche de la création. Pour réaliser un exemple d’un monde virtuel, on a besoin d’un ensemble d’applications pour faire :

– Modélisation des objets 3D : on utilise 3DS Max Studio, Maya, Softimage …etc. Pour construire les Objets 3D à partir des formes standards comme le cube, la sphère et aussi le cône! on utilise des techniques plus évoluées pour la représentation des Objets 3D comme les courbes de Bézier.
– Squelettisation et Animation : on utilise des techniques de création des bonnes, qui sont intégrées dans les applications de modélisation pour définir les Squelette des Objets 3D. Afin de faire l’animation de ces bonnes une par une on applique les transformations géométriques sur elles comme la translation et la rotation.
– Dessiner la texture : on utilise Photoshop, CorelDraw, Gimp pour dessiner et colorer la texture.
– Placage de texture : on utilise des moteur de placage soit Mip-Maping ou de bump maping des textures comme Mental Ray qui est intégré dans les logiciel de modélisation de la communauté Autodesk c’est-à-dire dans Maya et Softimage et il y a un autre procédé comme Bryce Daz Studio.
– Illumination de la scène : les moteurs de placage de la texture ont le rôle de lancer la lumière dans la scène avec tous ses différents types.
– Rendue : On applique l’algorithme de rendue pour réaliser l’affichage sur l’écran et pour éliminer les parties cachées. Et il y a d’autres algorithmes comme le Ray-Tracing et Peintre.

Réalité Virtuelle

L’expression « Virtual reality »était proposée en juillet 1989 lors d’un salon professionnel San Francisco (USA), par Jaron Lanier, alors responsable de la société VPL Research spécialisée dans les périphériques d’immersion. Depuis l’apparition de la technologie de la réalité virtuelle, les chercheurs se sont intéressés particulièrement à l’interaction 3D qui peut être considérée comme la composante motrice de tout système interactif. En effet, l’interaction donne une meilleure sensation d’immersion et un sentiment d’être réellement dans l’univers virtuel. Dans ce chapitre, nous proposons une revue des techniques d’interaction 3D utilisées par la communauté de réalité virtuelle. Nous présenterons par la suite un bilan sur l’état actuel de la recherche dans le domaine de l’interaction 3D ainsi qu’une nouvelle voie à explorer pour interagir facilement et efficacement avec des environnements complexes.

Définition

La réalité virtuelle
La RV est une technologie qui se situe a la croisée de plusieurs domaines comme l’informatique, la simulation, la CAO ou encore la telérobotique. Elle repose sur l’utilisation de différents dispositifs matériels hétérogènes ainsi que des techniques logicielles. La RV dispose de nombreuses définitions dues a l’ambiguïté du terme virtuel.

Environnement Virtuel mono et multi utilisateurs
[Heim, 1995]. L’environnement virtuel est le lieu qui accueille un ou plusieurs utilisateurs afin de leur permettre de réaliser des taches, en leur donnant la sensation d’être dans un nouveau lieu. [Kalawsky, 1993] : On distingue différents types d’environnement virtuels en fonction du degré d’immersion que l’on souhaite donner
• Environnement non immersif, semi immersif et immersif.
Un Environnement Virtuel Collaboratif (EVC) est un environnement virtuel qui permet D’accueillir plusieurs utilisateurs et d’interagir avec des objets ou bien entre utilisateurs. Ils sont le résultat de la convergence de deux communautés : la Réalité Virtuelle et le Travail Collaboratif.

Les Composantes De LA Réalité Virtuelle

– Zeltzer, Burdea et Coiffet: Ont définie trois composantes de base pour la Réalité virtuelle qui sont en correspondance avec les objectifs de la plupart des travaux dans ce domaine. Ces composantes sont :
• Immersion
• Autonomie
• Interaction.

Immersion :
– Bowman [4] : L’immersion est la sensation d’être présent, qui est assurée par certains environnements virtuels. Selon cet auteur, un utilisateur est dit  » immergé  » lorsqu’il sent que le monde virtuel qui l’entoure a remplacé le monde physique avec un certain degré. La présence d’un utilisateur dans un monde virtuel est un autre facteur qui joue un rôle important pour une meilleure sensation d’immersion. La présence procure à l’utilisateur un sentiment d’être  » à l’intérieur  » de l’environnement virtuel.

Autonomie :
L’autonomie est liée aux différentes composantes de l’environnement virtuel. L’utilisateur fait partie de ces composantes et il est considéré comme l’entité la plus active de cet espace . L’utilisateur doit intégrer un modèle d’utilisateur (Avatar) dans son système pour que l’utilisateur puisse effectivement être pris en compte et participer à l’évolution de cet univers de modèles.

Interaction :
Le plus important dans la Réalité Virtuelle est l’interaction 3D qui peut être considérée comme la composante motrice de tout système interactif. L’interaction est définie comme un langage de communication entre l’homme et la machine qui correspond à l’ensemble des (actions/réactions) réciproques entre l’homme et l’ordinateur par l’intermédiaire d’interfaces sensorielles, d’interfaces motrices et de techniques d’interactions .

CLASSIFICATION DES TECHNIQUES D’INTERACTION 3D

Interface homme-machine
Les interfaces homme-machine permettent `a un ou plusieurs hommes de communiquer avec la machine de façon transparente et naturelle. Cela permet notamment de concevoir des applications de simulation extrêmement réalistes.

Métaphore, Paradigme et Technique d’interaction
Dans un environnement virtuel, les utilisateurs interagissent avec les objets de manière analogue au monde réel. En effet, nous interagissons avec différents objets pour effectuer des actions comme se nourrir ou s’amuser.

– La métaphore : d’interaction signifie qu’un objet ou concept réel est utilise comme un outil virtuel pour interagir avec l’environnement virtuel [Sternberger et al., 2008].
– Le paradigme :
➤ une représentation du monde, une manière de voir les choses qui repose sur une base définie. On parle alors de paradigme d’interaction pour designer un ensemble de règles et de techniques permettant a l’utilisateur d’accomplir des taches d’interaction au sein d’un environnement virtuel [Bowman et al., 2001b]
➤ Dans les interfaces homme-machine 2D, un paradigme d’interaction couramment utilise est WIMP (Windows Icons Menu Pointing devices). [Poupyrev et al., 1998].
– Les techniques d’interaction homme-machine : [Bowman et al., 2001b]. Les techniques d’interaction doivent faire le lien entre l’action humaine (par l’intermédiaire de l’interface) et l’action dans le système.
La réalité virtuelle est la traduction des actions des utilisateurs dans le monde réel en des tâches spécifiques dans l’espace virtuel. Les chercheurs essayent chaque fois de reproduire dans un environnement virtuel des gestes identiques à ceux de la vie quotidienne.
– Hand [[26]] : introduit les bases de la classification moderne. Il classe les différentes techniques d’interaction selon quatre tâches principales d’interaction 3D :
➤ La navigation.
➤ La sélection.
➤ La manipulation
➤ Menu de contrôle.

Navigation :
La navigation désigne l’ensemble des méthodes qui permettent de Connaître la position d’un objet par rapport à :
• un système de référence.
• un point fixe déterminé.
– Bowman et associés[5] : définissent deux composantes principales pour la navigation :
1) Le déplacement : représente la composante motrice de la navigation. Il se rapporte aux déplacements physiques de l’utilisateur d’un endroit à un autre.
2) La recherche d’itinéraire : correspond à la composante cognitive de la navigation. Elle permet aux utilisateurs de se repérer dans l’environnement et de choisir une trajectoire pour se déplacer.

Sélection : « sélectionner un objet »
Pour pouvoir manipuler un objet qui existe dans un environnement virtuel avec d’autres objets il faut d’abord le sélectionner .Cette tâche représente :
– La désignation d’un objet ou d’un ensemble d’objets .
– La validation de sélection est l’action qui suit la tâche de désignation.

Manipulation :
L’utilisateur doit être un acteur capable de changer les propriétés de l’environnement virtuel par exemple (la position, l’orientation, la couleur, l’échelle et la texture… etc.). Elle représente la composante active de tout système interactif.

Conclusion Générale 

Dans notre modeste étude nous avons réalisé un système de navigation dans une scène en utilisant l’API XNA Game Studio qui peut être utilisé dans plusieurs domaines comme simulation industrielle, architecture et programmation des jeux vidéo.

Table des matières

Introduction General 
CHAPITRE 1: Réalité Virtuelle 
1.1 Introduction
1.2 Définition :
1.2.1 La réalité virtuelle
1.2.2 Environnement Virtuel mono et multi utilisateurs
1.3 Les Composantes De LA Réalité Virtuelle
1.3.1 Immersion :
1.3.2 Autonomie :
1.3.3 Interaction :
1.4 CLASSIFICATION DES TECHNIQUES D’INTERACTION 3D :
1.4.1 Navigation :
1.4.2 Sélection : « sélectionner un objet »
1.4.3 Manipulation :
1.5 Classification des techniques d’interaction pour la sélection et la
manipulation :
1.5.1 Classification par décomposition en tâche
1.5.2 Classification par métaphore :
1.6 Les techniques de sélection et de manipulation :
1.6.1 Les techniques egocentriques :
1.6.2 Les techniques exocentriques
1.7 Le Menu
1.8 Conclusion :
CHAPITRE 2: Transformation et Représentation des Objets 3D
2.1 Introduction :
2.2 Transformation Géométrique :
2.2.1 Infographie :
2.2.1.1 Utilisation des coordonnées homogènes :
2.2.1.2 Coordonnées homogènes :
2.2.2 Théorème mathématique : [II1] [II4]
2.2.2.1 Opération en 2D : [II3]
2.2.2.1.1 Translation :
2.2.2.1.2 Homothétie :
2.2.2.1.3 Rotation :
2.2.2.1.4 Cisaillement en 2D (shearing)
2.2.2.1.5 Réflexion en 2D
2.2.2.1.6 Glissement :
2.2.2.1.7 Réflexion :
2.2.2.2 Ordre de transformation :
2.3 Représentation des objets 3D
2.3.1 Type de Représentation :
2.3.2 Modèle par frontière (Bord) : [II6]
2.3.2.1 B-Rep :
2.3.2.1.1 Approximation surfacique :
2.3.2.1.2 Approximation polyédrique :
2.3.2.1.3 Structurer les surfaces
2.3.2.1.4 Conditions :
2.3.2.2 Arbres CSG : Arbre Constructive solid Geometry [II6]
2.3.2.2.1 Opérations booléennes :
2.3.2.2.2 Arbre de construction :
2.3.2.2.3 Définition :
2.3.2.3 Enumération d’occupation spatiale
2.3.2.3.1 Quadtree (2D):
2.3.2.3.2 Octree (3D):
2.3.2.3.3 Maillage:
2.4 Animation :
2.4.1 Définition :
2.4.2 Théorie
2.5 Conclusion :
CHAPITRE 3: Rendu Réaliste
3.1 Introduction
3.2 La Lumière
3.2.1 Le modèle de couleur et modèle d’illumination:
3.2.1.1 Le modèle de couleur :
3.2.1.2 Le modèle d’illumination : [1]
3.2.2 Types de lumières : [1]
3.2.2.1 La lumière ambiante:
3.2.2.2 La lumière directionnelle
3.2.2.3 Les sources de lumières parallèles:
3.2.2.4 Les lumières divergentes: Spot
3.2.2.5 Le matériau :[3]
3.3 Textures
3.3.1 Texture
3.3.2 Les Coordonnées: [1][3]
3.3.3 Le filtrage : [1]
3.3.3.1 Le filtre discret
3.3.3.2 Le filtre bilinéaire
3.3.3.3 Le filtre trilinéaire
3.3.3.4 Le filtre anisotropique
3.3.4 Optimisation et effets
3.3.4.1 Mip-Mapping
3.3.4.2 Le placage de texture multiple (multi-texturing)
3.3.4.3 Le placage de texture bosselée (bump mapping)
3.4 Rendue
3.4.1 Elimination des parties cachées
3.4.1.1 Modèle fil de fer
3.4.1.2 Modèle à facettes
3.4.1.3 Le Z-Buffer : [1][3]
3.4.2 Transparence et opacité
3.4.3 Le pochoir (stencil buffer) :
3.4.4 Effet d’anti-crénelage (antialiasing)
3.5 Conclusion :
CHAPITRE 4: Implémentation et mise en œuvre 
4.1 Introduction
4.2 Choix du langage :
4.2.1 Microsoft Visual C# :
4.2.2 Microsoft XNA :
4.3 Structure de System
4.4 Conclusion
Conclusion Générale

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