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Title: Rendu volumique direct sur GPU de grilles de polyèdres complexes
Date: 2022-01-24 14:16
Slug: job_495c0943e3878e4ddacb1623aeb24142
Category: job
Authors: Jonathan Sarton
Email: sarton@unistra.fr
Job_Type: Stage
Tags: stage
Template: job_offer
Job_Location: ICube - Université de Strasbourg
Job_Duration: 6 mois
Job_Website:
Job_Employer: ICube - Université de Strasbourg
Expiration_Date: 2022-04-18
Attachment: job_495c0943e3878e4ddacb1623aeb24142_attachment.pdf

Contexte et motivations :
La visualisation est une étape cruciale dans beaucoup de domaine scientifique, aussi
bien pour guider la modélisation de phénomènes ou encore pour valider ou invalider
des modèles. D’un autre coté, les jeux de données générées par les simulations
numériques sont de plus en plus grands et complexes. Cette complexité peut se
retrouver dans la géométrie et la topologie des maillages utilisés sur le domaine de la
simulation, avec des grilles hybrides mélangeant différents type de polyèdres, des
éléments non-convexes ou encore des faces non-planaires. Cela peut également se
manifester dans le champ scalaire associé au maillage qui peut être généré par une
fonction polynomiale d’ordre élevé et qui peut également stocker plusieurs valeurs
physiques. Il est important de prendre en compte toute la complexité de ces données
dans les algorithmes de rendu afin de produire une visualisation fidèle à la précision
des simulations.
Dans ce stage, nous proposons de nous intéresser à la visualisation interactive de
grilles volumiques complexes issues de simulations numériques. Le rendu volumique
direct est une approche qui permet de visualiser un volume en considérant celui-ci
comme un milieu participatif semi-transparent. Via une fonction de transfert, on peut
associer un quadruplet RGBA à chaque valeur stockée dans le maillage et ainsi,
déterminer la couleur et l’opacité des pixels de l’écran par accumulation des éléments
échantillonnés à l’intérieur du volume à visualiser. Cette méthode, a beaucoup été
étudiée pour des grilles régulières (voxels) mais beaucoup moins pour des maillages
volumiques non-structurés.

Objectifs du stage :
L’objectif principal de ce stage est de s’appuyer sur la base d’une implémentation
existante d’un algorithme de rendu volumique direct par lancer de rayon sur GPU,
pour proposer une méthode de visualisation efficace, adaptée à des grilles non
linéaires de polyèdres quelconques. L’efficacité recherchée se traduit aussi bien en
terme de performance que de qualité de rendu. Nous chercherons à produire une
évaluation mesurant ces deux critères d’efficacité et ainsi proposer une solution
raisonnablement rapide tout en conservant les détails des données.
Afin de répondre à cet objectif, il sera premièrement nécessaire de prendre
connaissance de l’algorithme de rendu déjà en place (implémenté en C++,
OpenGL/GLSL) d’une part, et d’étudier la bibliographie sur les méthodes de
visualisation de grilles non-structurés d’autre part. Sur la base de ces études
préliminaires, il s’agira ensuite de proposer une implémentation GPU en s’attardant
tout particulièrement sur les aspects d’échantillonnage et de classification que l’on
retrouve dans le pipeline du rendu volumique direct, afin de prendre en compte toute
la complexité des données.

Réferences :
[1] G. Marmitt, H. Friedrich, and P. Slusallek. Interactive Volume Rendering with Ray Tracing. In
Eurographics State of the Art Reports, 2006.
[2] P. Muigg, M. Hadwiger, H. Doleisch, et H. Hauser, « Scalable Hybrid Unstructured and
Structured Grid Raycasting », IEEE Trans. Visual. Comput. Graphics, vol. 13, n o 6, p. 1592-1599,
nov. 2007, doi: 10.1109/TVCG.2007.70588.
[3] N. Morrical, W. Usher, I. Wald, et V. Pascucci, « Efficient Space Skipping and Adaptive
Sampling of Unstructured Volumes Using Hardware Accelerated Ray Tracing », arXiv:1908.01906[cs], août 2019
[4] M. Üffinger, S. Frey, et T. Ertl, « Interactive High-Quality Visualization of Higher-Order Finite
Elements », Computer Graphics Forum, vol. 29, n o 2, p. 337-346, 2010, doi: 10.1111/j.1467-
8659.2009.01603.x.
[5] J. Sarton, N. Courilleau, Y. Remion, et L. Lucas, « Interactive Visualization and On-Demand
Processing of Large Volume Data: A Fully GPU-Based Out-of-Core Approach », IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol. 26, n o 10, p. 3008-3021, oct. 2020