Contexte et objectifs
Les mondes virtuels sont utilisés de manière récurrente dans l’industrie du loisir numérique (jeux vidéo, films, effets spéciaux, films d’animation) pour procurer à l’utilisateur une expérience d’immersion. Parmi les éléments fondamentaux qui contribuent à cette expérience, la qualité des décors, le caractère spectaculaire et l’étendue de la scène sont des éléments primordiaux. Afin de modéliser des environnements vastes et détaillés, il est courant d’avoir recours à l’emploi massif d’artistes 3D. Cette approche, coûteuse humainement et financièrement, a certaines limites.  
L’objectif de cette thèse est de développer des techniques permettant de créer des environnements graphiques de manière automatique sur de grandes étendues, tout en permettant un contrôle précis et une direction artistique. L’application portera sur une thématique naissante dans l’équipe « les paysages végétalisés » sur lequel une collaboration est en cours avec l’Université de Cape Town en Afrique du sud et l’Université Polytechnique de Catalogne en Espagne.
Sujet de la thèse
La thèse portera sur la modélisation de paysages végétalisés dans sa diversité que ce soit au niveau de l’amélioration des modèles géométriques de la plante et à la distribution des végétaux dans ces scènes virtuelles sur de très grandes étendues. Cette recherche nécessitera également de valider et d’optimiser les modèles dans le cadre de viabilité pour les productions industrielles.   
De nombreux travaux ont été réalisés dans ce domaine tant au niveau des modèles que de la distribution d’objets mais ces méthodes ne permettent pas actuellement de passer à une échelle plus vaste. L’objectif est donc de palier à ces limitations par les différents points suivants :
-    Simulation volumique d’un modèle d’arbre : L’objectif est d’obtenir des arbres uniques de très grandes précisions avec l’ensemble des évènements cumulés qu’il peut obtenir au cours de son cycle de vie de sa croissance à la décomposition de ses branches. Dans les travaux actuels, seule une simulation de sa croissance primaire (structure) est effectuée et la croissance secondaire (volume) n’est pas prise en compte à l’échelle d’un arbre. Une modélisation du mécanisme de croissance interne de l’arbre est donc nécessaire afin de pouvoir générer un modèle moins parfait et donc paraissant moins artificiel. Un stage recherche sur cette thématique est en cours de réalisation pour valider le concept de croissance secondaire. Ces travaux devront être améliorés et validés durant sur la thèse.
-    Simulation de vastes forêts (50 à 100km) : La simulation de forêt est limitée à une étendue de 1 à 2 km avec les capacités actuelles des machines (~ 2 millions d’instances d’arbres). Il est nécessaire d’avoir des méthodes permettant de gérer de vastes étendus de forêts avec un réalisme proche des modèles par simulation contrairement aux méthodes par échantillonnage qui permettent de générer à la volée de vastes étendues mais avec une distribution peu réaliste. Le travail consistera à coupler une simulation par densité d’espèce et d’un modèle génératif local.
-    Evaluation de la perception d’instances dans une forêt : Il n’est pas possible d’avoir des arbres uniques sur l’ensemble de la forêt car nécessite un temps de génération et un espace mémoire trop important. Une étude complète est à réaliser afin d’évaluer le réalisme des scènes virtuelles en fonction du nombre de variation d’un modèle d’arbre et de leurs distributions dans la scène. L’objectif sera de trouver le meilleur compromis entre le réalisme des scènes, les temps de calculs de génération et la mémoire de nos machines pour obtenir des expériences utilisateurs toujours plus poussées.
Dans ces méthodes, un contrôle sera fourni grâce à des modèles et algorithmes complétant la génération de manière à accompagner le processus créatif sans introduire de compromis ni entraver la créativité : en particulier les artistes devront pouvoir accéder à différents niveaux de contrôle, de la distribution et l’organisation de structures à large échelle jusqu’à des propriétés locales des modèles.
L’équipe de recherche
L’équipe Origami/Arches est localisée à Lyon en France. Elle est reconnue au niveau international dans la génération des mondes virtuels, et notamment concernant les terrains [2,6,7], la végétation [1], les rivières [4,8], les effets atmosphériques, la simulation [5,6] et la modélisation par surfaces implicites [3,8]. Suite à l’ouverture de la thématique sur la végétation une publication est en phase de relecture dans le journal ACM TOG.
Voir https://arches.liris.cnrs.fr/ pour plus de publications et détails.
Références
[1]    Data-driven Authoring of Large-scale Ecosystems. Konrad Kapp, James Gain, Eric Guérin, Eric Galin, Adrien Peytavie. ACM Transactions on Graphics, Proceedings of SIGGRAPH Asia, 2020.
[2]    Orometry-based terrain analysis and synthesis. Oscar Argudo, Eric Galin, Adrien Peytavie, Axel Paris, James Gain, Eric Guérin. ACM Transactions on Graphics 2019. Proceedings of Siggraph Asia 2019, Brisbane, Australia.
[3]     Terrain Amplification with Implicit 3D Features. Axel Paris, Eric Galin, Adrien Peytavie, Eric Guérin, James Gain. ACM Transactions on Graphics 2019. Presented at Siggraph Asia 2019, Brisbane, Australia.
[4]    Procedural Riverscapes. Adrien Peytavie, Thibault Dupont, Eric Guérin, Yann Cortial, Bedrich Benes, James Gain, Eric Galin. Computer Graphics Forum 38(7). Proceedings of Pacific Graphics 2019. Seoul.
[5]    Desertscapes Simulation. Axel Paris, Adrien Peytavie, Eric Guérin, Oscar Argudo, Eric Galin. Computer Graphics Forum 38(7). Proceedings of Pacific Graphics 2019. Seoul.
[6]    Procedural tectonic planets. Yann Cortial, Adrien Peytavie, Eric Galin, Eric Guérin. Computer Graphics Forum, Wiley, 2019, 38 (2). Proceedings of Eurographics 2019, Genova.
[7]    Interactive Example-Based Terrain Authoring with Conditional Generative Adversarial Networks. Eric Guérin, Julie Digne, Eric Galin, Adrien Peytavie, Christian Wolf, Bedrich Benes & Benoît Martinez. ACM Transactions on Graphics 2017. Proceedings of Siggraph Asia 2017, Bangkok, Thailand.
[8]     Terrain Generation Using Procedural Models Based on Hydrology. J.D. Genevaux, E. Galin, E. Guérin, A. Peytavie, B. Benes. ACM Transactions on Graphics 32(4). Proceedings of Siggraph. 2013.