Modélisation de Nuages : « A Simple, Efficient Method for Realistic Animation of Clouds »

Résumé du document

Cet article propose une approche de simulation numérique des nuages pour des applications de synthèse d'images. Les originalités de la méthode proposée par les auteurs par rapport aux méthodes précédentes sont d'une part la rapidité relative du rendu (grâce à l'utilisation d'OpenGL) et la modélisation de l'advection par le vent, de la disparition des nuages et des rayons de lumière traversant la couche nuageuse. Enfin, la méthode de modélisation ne s'appuie pas sur les lois physiques de la mécanique des fluides, mais l'objectif est ici le résultat visuel.
Nous nous attacherons d'abord à présenter en détail le modèle utilisé par les auteurs, puis les solutions mise en oeuvre pour le rendu rapide, enfin nous expliquerons les points particuliers auxquels nous avons fait face pour notre propre implantation de cet algorithme.

Extraits

[...] En effet, il est déconseillé dans les implémentations d'OpenGL de lire les valeurs du framebuffer, celui-ci n'étant pas optimisé pour ces opérations. Il en résulte que, si l'on ignore les raies de lumières, le temps de shading est beaucoup plus long que le temps de dessin, alors que la seule différence entre ces deux étapes est la lecture dans le framebuffer. Enfin, le rendu des rayons de lumière même s'il est très convaincant, n'est pas sans inconvénients : il ajoute, en l'absence de nuages, une sorte de brume qui ne contribue pas forcément au réalisme de la scène. [...]

[...] De plus, la formation des nuages dans le travail de Dobashi et al. peut être controlée à la main par la création d'ellipsoïdes à des coordonnées arbitraires. Ce qui leur permet aussi de créer des zones où il ne peut y avoir de nuages (probabilité nulle), comme à l'intérieur d'une montagne traversant la couche nuageuse. Nous n'avons pas implanté cette possibilité, les nuages de notre programme sont créés aléatoirement dans des zones parallélépipédiques, avec une probabilité d'apparition plus forte au centre, et quasiment nulle au bord. [...]

[...] dans Simple, Efficient Method for Realistic Animation of Clouds» nous avons pu nous rendre compte précisément de son efficacité, de ses points forts et faibles. Les algorithmes de rendu proposés dans l'article sont efficaces, et permettent d'obtenir des images satisfaisantes, en un temps raisonnable. Même s'il ne s'agit pas de temps réel, on obtient en quelques secondes des images correctes sur un pc standard. De plus, le rendu permet d'obtenir de nombreux effets contribuant au réalisme de la scène : couleur et éclairage des nuages, ombre projetée sur le sol, et rayons de lumière traversant la couche nuageuse. [...]

[...] Mais ici, les nuages ne sont jamais régénérés une fois leur extinction. Pour remédier à ce problème, il suffit d'introduire phum et pact, respectivement la probabilité d'humidité et la probabilité d'activation, dans les règles précédentes. Les règles sont donc : si hum(i,j,k,ti) = 0 alors hum(i,j,k,ti+1) = 1 si rnd [...]

[...] Le modèle utilisé pour l'évolution des nuages, inspiré du travail de Nagel et al. est complet : il permet de simuler leur création, leur advection par le vent et leur extinction, mais n'est pas exempt de défauts, qui limitent son usage à un ciel calme, et à un vent constant. De plus, il est impossible de caractériser différents types de nuages : les nuages simulés ici sont proches des cumulus, mais n'en ont pas toutes les propriétés. Simuler d'autres types de nuages, comme les cirrus, les cumulonimbus ou les stratus, implique un remaniement des règles de l'automate cellulaire. [...]