Introduction

Le réalisme des environnements virtuels interactifs augmente régulièrement d'année en année. Pour s'en convaincre, il suffit de regarder l'évolution des capacités des moteurs de jeux videos qui constituent une bonne vitrine des possibilités techniques en matière de rendu en temps réel.

Ce réalisme est fortement lié à la finesse de modélisation des objets constituant l'environnement. La figure 1.1 montre l'évolution technique de la complexité des modèles utilisés dans les deux versions successives du jeu vidéo Half-Life (2004 Valve Corporation) : elle a été multipliée par dix en cinq ans.

Figure 1.1: Le ''GMan'' du jeu vidéo Half-Life. A gauche, le modèle originel (environ 500 polygones, 1999), à droite le nouveau modèle (environ 5000 polygones, 2004)

Cette hausse de qualité suit directement l'évolution des capacités de calcul des cartes graphiques qui peuvent traiter de plus en plus de données. Néanmoins, cette puissance de calcul brut ne fait pas tout. La demande en réalisme dépassant toujours les capacité des cartes, d'autres approches du problème de la complexité visuelle ont été développées pour optimiser l'utilisation des ressources de calcul. Ces approches permettent de reformuler le problème de façons plus adaptées.

Nous avons séparé cet état de l'art en trois parties principales correspondant aux grandes approches utilisées pour l'affichage d'objets géométriques complexes.

La première partie concerne les méthodes d'optimisation de maillage. Elles sont basées sur la constatation qu'il est inutile d'afficher l'intégralité des détails géométriques d'un objet si il est éloigné de l'observateur (approche multi-échelle). On utilise alors un maillage simplifié à la place du modèle complet pour une distance donnée d'observation. Quand le point de vue se rapproche du modèle, un maillage de plus en plus détaillé est utilisé, jusqu'à revenir au maillage d'origine. Ceci permet de réduire le nombre de polygones à afficher et donc d'optimiser les ressources. Néanmoins, ces algorithmes sont adaptés à des cas particuliers de modèles : une étendue d'herbe, par exemple, les met en échec.

La seconde partie concerne les méthodes de rendu à base de points. Ces méthodes n'utilisent plus un maillage de polygones pour représenter un objet, mais un nuage de points. Récemment, elles ont été développées pour effectuer le rendu interactif d'objets numérisés avec des dispositifs d'acquisition 3D générant de grandes quantités de points. Le rendu d'un point est extrêmement rapide comparé à l'affichage d'un polygone, et ces méthodes permettent d'afficher quasiment en temps réel des modèles composés de plusieurs centaines de millions de points. Néanmoins, pour une qualité visuelle optimale, le coût en temps de calcul est très élevé.

La troisième partie porte sur les techniques de rendu à base d'images. Nous avons classé les méthodes en fonction de leur indépendance croissante vis à vis de la géométrie. La plus simple des techniques à base d'images est le placage de texture. A l'extrême opposé, nous trouvons les techniques basées sur un échantillonnage de la fonction plénoptique, reconstruite par l'interpolation de rayons lumineux. A l'intermédiaire, nous décrivons les techniques de déformation d'images dont le principe provient de la Vision par Ordinateur. Ces techniques permettent de déplacer les pixels des images de façon à ce qu'elles redonnent les effets de parallaxe dus aux déplacements de l'observateur.