Presentation Générale
Les recherches en images de synthèse se sont beaucoup concentrées
sur les images réalistes, ce qui est très important pour
un grand nombre d'applications, comme la production audiovisuelle, la simulation
et la création de maquettes numériques etc. Par contre, pour
un certain nombre de domaines, le réalisme n'est pas toujours souhaitable.
Par exemple, pour l'architecture ou l'archéologie, ou encore pour
l'éducation, une représentation plus artistique ou «
expressive » est souvent plus appropriée, car elle permet
de focaliser l'intérêt sur des aspects spécifiques
d'une scène ou d'une image, plutôt que de noyer l'utilisateur
avec une multitude de détails réalistes. Ceci est particulièrement
important quand le réalisme n'est pas ou ne peut pas être
l'aspect central de l'activité d'éducation. Par exemple quand
on enseigne les habitudes ou la vie quotidienne, et une représentation
exacte est soit inconnue soit impossible à mettre en place.
Il est évident que le travail manuel de l'artiste est long est
fastidieux. Depuis 1994, des chercheurs en images de synthèse ont
permis la création de ce type de rendus, appelés «non-photoréalistes»
(NPR), d'une façon automatique à partir de modèles
3D (Winkenbach 94), ou comme un post-traitement 2D en espace image (Deussen
00a, Ostromoukhov 99).
Figure 2. Deux des premières images non-photoréalistes
générées par ordinateur (Winkenbach 94)
Dans la figure ci-dessus nous montrons des exemples de travaux de l'équipe
de D. Salesin (université de Washington aux EU) sur le rendu non-photoréaliste,
qui étaient les pionniers dans le domaine. Remarquez que le même
modèle 3D a été utilisé pour générer
deux dessins avec des styles de dessin différents, entièrement
par ordinateur. Ces travaux ont donné lieu à une multitude
de méthodes pour simuler différentes techniques de dessin,
d'illustration ou de peinture par ordinateur(Winkenbach 94, Ostromoukhov
99 etc.). La plupart des algorithmes développés nécessitaient
des temps de calcul importants, qui étaient loin d'être interactifs.
Plus récemment, diverses méthodes ont été
développées pour le rendu non-photoréaliste interactif.
Ces méthodes se concentrent sur des styles spécifiques ou
utilisent des méthodes spécifiques (Freudenburg 01), comme
le remplacement des appels OpenGL au niveau de la librarie (Mohr 01). Il
y a eu également un premier essai d'utilisation du NPR pour un environnement
virtuel (Klein 01).
Malgré ces développements, le rendu NPR a été
très peu utilisé dans le contexte de systèmes d'environnements
virtuels immersifs comme des CAVEs ou des RealityCenters. Nous identifions
deux problèmes majeurs qui expliquent ce manque.
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A cause de la nouveauté de ce domaine, les utilisateurs et
les applications potentielles des environnements virtuels non-photoréalistes
n'ont pas encore été identifiés. De plus , il n'y
a pas eu beaucoup d'intérêt à faire ceci, car les aspects
centraux de la recherche en réalité virtuelle, notamment
la « Présence » et l'Immersion, ont été
synonyme dans le passé à «être croyable».
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Des problèmes technologiques subsistent pour le rendu NPR dans un
contexte d'environnement virtuel, notamment liés au rendu en stéréo
pour certains de ces algorithmes, et à la rapidité de calcul
des méthodes.
Dans cette proposition nous nous attaquons à ces deux problèmes.
Nous avons mis en place un ensemble de participants à la fois
du domaine de l'informatique graphique (REVES, iMAGIS), des archéologues
et historiens (ERGA, ENS), des architectes (ARIA) et des spécialistes
en l'utilisation des environnements virtuels pour la présentation
du patrimoine virtuel et notamment dans un contexte éducatif (FHW/RV).
Notre collaboration permettra d’abord de définir les scénarios
d'application pour les visites virtuels de sites archéologiques,
et en particulier permettra de déterminer quand est-ce qu'une représentation
non-photoréaliste est souhaitable, dans un contexte de visite/balade
virtuelle. L'interaction constante et rapprochée avec les archéologues,
historiens, architectes et spécialistes des environnements virtuels
pour le patrimoine est un élément clef pour la réussite
sur ce projet.
Deux applications seront ciblées, la première est la visite
virtuelle d'Argos, qui est un projet (sans autre financement) déjà
entamé par iMAGIS et ERGA, et une visite virtuelle sur un site archéologique
à définir, avec la collaboration de REVES et l'ENS.
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En ce qui concerne les défis technologiques, nous allons aborder
plusieurs points : Nous allons développer des algorithmes pour l'affichage
interactif de bâtiments antiques, par exemple composés de
colonnes et de murs, dans le contexte d'Argos (voir image de la maquette
réelle Figure 3), dans un style «à trait d'encre»
et d'aquarelle, ou dans un style qui sera jugé adapté pour
le contenu, les sources disponibles et les utilisateurs visés (enfants,
grand public ou experts). Nous allons développer des méthodes
pour la population virtuelle des sites, ce qui est indispensable pour donner
vie à de telles visites. Une simulation sonore est également
envisagée, à la fois pour les foules et pour les bruits et
sons indispensables pour l'application visée.
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Nous allons examiner les problèmes d'utilisation de niveaux de détails
et de représentation appropriée pour l'illustration de différentes
hypothèses sur une structure antique (voir Figure 1 où deux
hypothèses sont présentées pour le Tholos à
Delphes). Nous souhaitons notamment examiner la question de représentation
de l'incertitude avec un niveau de détail approprié.
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Dans un deuxième temps, nous allons intégrer la visualisation
des différentes périodes historiques d'un site en développant
des algorithmes de visualisation permettant de transmettre à l'utilisateur
l'information de variation dans le temps.
La définition des applications en collaboration étroite avec
les utilisateurs (user centered design) et les développements techniques
novateurs, permettront la mise en place d'un ou deux démonstrateurs
à la fin du projet, sur des équipements de réalité
virtuelle, notamment la RealityCenter à Monbonnot et le workbench
à Sophia. Il est envisagé que le démonstrateur sur
Argos fasse partie de la célébration des 50 ans des fouilles
d'Argos (en 2003), et, selon la réussite des travaux nous proposerons
à la Fondation du Monde Hellénique d'utiliser nos techniques
et nos systèmes dans leurs présentations grande publique
à Athènes.