Edito n°69 - decembre 2011
Soumit par Menet le dimanche, 31/12/2011

 

La revanche des Voxels !

C'est un débat qui resurgit régulièrement : polygones (triangles) ou voxels ? Le triangle est un mode de représentation 3D des objets qui règne en maître depuis les années 90. Cette suprématie est en partie dûe au fait que les constructeurs de carte graphique ont fait le choix de privilégier le triangle au Voxel. Dès lors, tous objets 3D (surfaces paramétriques, polygones, particules, etc.) sont convertis en triangles puis projetés sur la surface 2D de l'écran. A ce jeux, les cartes graphiques sont devenues championnes : plusieurs milliards de trangles texturés à la secondes peuvent être rendus. Du jeu aux logiciels de CAO tous exploitent le "pipeline" de la carte graphique pour obtenir de grandes performances visuelles. Le Voxel a une utilisation plus restrainte : la visualisation médicale, la numérisation 3D (mesures, inverse engineering...).

Mais lorsque l'on regarde les choses de plus prêt on assiste à un retour en force du Voxel ! Le voxel est à la 3D, ce que le pixel est à la 2D. Explications : il s'agit d'un point dans l'espace 3D représenté par un cube ou une sphere ou un sprite... Il est pertinent pour la représentation des volumes et autorise les plans de coupes pour révéler l'intérieur des objets. Ainsi en visualisation médicale, il permet d'afficher l'intérieur des tissus, des os. Les polygones, en revanche se cantonnent souvent à la surface. 

 

Une utilisation Hybride ?

 

L'idéal serait de mixer les avantages du Voxel avec ceux du triangle ; un peu comme une composition Photoshop qui comprend des données bitmap et vectorielles. D'autant plus qu'aujourd'hui, le Voxel est utilisé de plus en plus :

- il permet de résoudre certains problèmes de visualisation (Unity a recours aux Voxels pour améliorer ses algorithmes de culling),

- il est utilisé de plus en plus par les logiciels de sculping 3D (3D coat),

- il est utilisé en Physique, en AI pour simplifier certains calculs,

- la réprésentation des volumes : fumée, feu, nuages est également améliorée (en temps réel et pré-calculé),

- les moteurs d'illumination globale non biaisés ont rerous à la voxelisation pour rendre des scènes,

- la repérentation de terrain ou de données fractales.

 

Une consommation ennorme de mémoire ?

Les Voxels sont très gourmands en espace de stockage. Un cube de 512 pixels de large équivaut à 512 images de 512x512. Codé en RGB (8 bits par canal de couleur), il faut environ 400 Mo. Pour représenter avec beaucoup de détails des scènes complexes ils faut plusieurs giga. Les moteurs de rendu Voxels ont grandement bénéficié des systèmes 64 bits qui peuvent adressé au delà des 4Go de Ram. Il n'est pas rare de voir des système de visualisation Voxel embarquer 32Go de mémoire vive. Certains moteur de rendu Voxel s'apparentent à de véritables gestionnaire de base de données, et l'affichage correspond à une requête dans la base !

En guise de conclusion, voici quelques avantages et inconvénient de chacune technologie. Il faut bien reconnaître qu'elles sont assez complémentaires l'avenir sera probablement un mélange savant des deux modes de représentation. A cet effet, un changement important dans la gestion de la mémoire (Video Ram + Ram) devra être opéré.

 

VOXEL

+ vue interne d'une forme

+ résolution de représentations complexes

+ effets spéciaux

+ méthodes de rendu

+ représentation de formes organiques

+ nuages de points et scan 3D

+ les algorithmes 2D sont souvent transposables (compression image)

- necessite une grande quantité de mémoire

- peu d'accélération matérielle

- représentation de formes "usinées"

- supporte mal les gros plans (effet de "pixelisation")

- peu adapté à l'animation

 

 

TRIANGLE

+ acceleration 3D matérielle

+ shaders programmables 

+ géométrie "vectorielle" et adapatative (tesselation)

+ beaucoup d'outils de création

+ bonne gestion des animations

+ indépendance vis à vis de la résolution de l'image finale

- problèmes de représentation (alpha, Z buffer, triangulation des nuages de points)

- complexité des algorithmes

 

 

liens

http://www.malgouyres.fr/activrech/data/Thesis_final_v2.pdf

http://unlimiteddetailtechnology.com/description.html

http://algorithmicbotany.org/papers/colonization.egwnp2007.large.pdf

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