Ce readme a été rédigé en utilisant la visionneuse Markdown de Visual Studio Code, pour un résultat se rapprochant de la vision de l'auteur, nous vous conseillons de l'utiliser (Ctrl+Maj+V sur le ReadMe, ouvert, avec Visual Studio Code). De plus, la visionneuse Markdown github ne prends pas en compte les tableaux réalisés ici.

Ce répertoire représente l'ensemble des Tps du cours de Synthèse d'Images 3D du M2 ID3D de l'Université Claude Bernard Lyon 1.
Cinq executables sont proposés ici (deux présents de base avec gkit2light, le code de départ des TPs, à savoir bin/imageViewer.exe et bin/shader_kit.exe, ils ne seront donc pas expliqué ici). Les trois autres executables sont :

• bin/RayTraceCPU.exe
• bin/Direction.exe
• bin/RobotGL.exe

Les librairies openGL, SDL2, SDL2_IMG et GLEW sont utilisées et doivent donc être installées avant de compiler ce projet.
De plus, une directive OpenMP est présente pour utiliser tout les coeurs du CPU. Pour des performances maximales, il est conseillé d'avoir la librarie OpenMP d'installée également.
La compilation ce fait avec cmake (version 3.13), une version équivalente ou ultérieur doit donc aussi être installée avant toute compilation.
La compilation de tout les executables se fait à la racine du projet via la commande : cmake . && make
Une fois la compilations faites, les cinq executables sont accessibles dans le dossier bin/ mais il est conseillé de les lancer depuis la racine du projet.

Partie la plus aboutie des TPs, elle a nécéssité une restructuration du code pour offrir un code "lisible" et paramétrable, autant que possible, pour voir et analyser le travail réalisé.

L'executable de ce progamme est bin/RayTraceCPU.exe.
De nombreux éléments peuvent être modifié grâce à la parametrisation de l'executable :

• -imgWidth : Le nombre de pixel en largeur de l'image
• -imgHeight : Le nombre de pixel en hauteur de l'image
• -mesh : Le fichier de l'objet de la scene
• -orbiter : Le fichier de la camera de la scene
• -savePathAndFilename : Le fichier (avec son chemin mais sans extension) dans lequel il faut sauvegarder les résultats
• -directLightSaveFile : Le fichier contenant la sauvegarde de l'éclairage direct pour seulement calculer l'eclairage indirect. Une sauvegarde est automatiquement faites avec l'extension ".taf" et utilise le paramètre -SavePathAndFilename comme nom de fichier)
• -nbDirectRay : Le nombre de rayon minimum pour calculer l'eclairage direct (si le nombre n'est pas suffisant pour être équitable entre toutes les sources, il est augmenté pour être équitable)
• -nbIndirectRay : Le nombre de rayon minimum pour calculer l'eclairage indirect
• -epsilon : La décalage pris par rapport à la géometrie éviter de erreur d'intersection
• -tonemapping : Utilisation ou non de la compression Gamma 2.2 (le paramètre doit-être à 1 pour l'utiliser, 0 sinon)
• -rayTraceTechnique : La "technique" de raytracing à utiliser, basé sur les exercices du TP. Valeurs possibles :
  • "Ex2"
  • "Ex5"
  • "Ex7" (utilisant l'eclairage direct "Ex5" par défault, sauf si une saubegarde d'éclairage direct lui est fournis)
  • "Ambiant"
• -pdf : La pdf utilisé pour la technique de ray tracing "Ex5", les valeurs possible étant : "AreaSources", "CosAndDistance" and "MIS"
• -trianglePointParametrization : Définis quelle parametrisation doit être faites pour choisir un point aléatoirement sur un triangle : "square2triangle" ou "squareRoot"
• -directionParametrization : Définis quelle parametrisation doit être faites pour choisir un point aléatoirement sur un triangle : "uniform" ou "distributed"
• -debug : Mets les pixels dont la luminosité calculé dépasse les valeurs normal (r, g ou b > 1) en jaune. (le paramètre doit-être à 1 pour l'utilisé, 0 sinon)

Par exemple : ./bin/RayTraceCPU.exe -imgWidth=1920 -imgHeight=1080 -nbIndirectRay=1000 -mesh=data/RayTracingData/geometry.obj -orbiter=data/RayTracingData/geometryOrbiter.txt -tonemapping=1 -directLightSave=data/Result/TempRender.taf -savePathAndFilename=data/Result/Render -rayTraceTechnique=Ex7, va générer le rendu de l'éclairage indirect du fichier data/RayTracingData/geometry.obj en utilisant le point de vue stocké dans le fichier data/RayTracingData/geometryOrbiter.txt. L'éclairage direct a été calculé auparavant et est stocké dans le fichier data/Result/TempRender.taf et ne sera pas recalculé. 1000 rayon seront utilisé pour calculé chaque pixel de l'image de taille 1920x1080. Une fois l'éclairage calculé, une compression Gamma 2.2 sera effectué. Enfin le résultat sera stocké dans les fichiers data/Result/Render.png et data/Result/Render.hdr.
Cet exemple ne fonctionne pas car la sauvegarde de l'éclairage direct n'existe pas.

Par défault, chaque paramètre est initialisé dans le fichier src/RayTrace/CPU/mainCPU.cpp.
Les valeurs par défault sont :

• -mesh=data/RayTracingData/cornell.obj
• -orbiter=data/RayTracingData/cornellOrbiter.txt
• -pathAndFilenameForSave=data/Result/Render
• -rayTraceTechnique=Ex5
• -nbDirectRay=100
• -nbIndirectRay=100
• -imgWidth=1024
• -imgHeight=640
• -epsilon=0.001
• -tonemapping=0
• -pdf=AreaSources
• -directLightSaveFile=
• -trianglePointParametrization=square2Triangle
• -directionParametrization=distributed
• -debug=0

Le code cette partie du programme se trouve dans les dossier src/RayTrace/CPU/ et src/Utils/.
Tout le code permettant le rendu se trouve dans la classe RayTraceImageProcessing contenu dans les fichiers src/RayTrace/CPU/RayTraceImageProcessing.cpp et src/RayTrace/CPU/RayTraceImageProcessing.h.
Les fonctions utilitaires comme la selection de point aléatoire sur un triangle ou de direction aléatoire se trouve dans les fichiers src/Utils/Utils.cpp et src/Utils/Utils.h.

Rendu simpliste qui permet surtout de voir la scene, ses matériaux et le point de vue de l'orbiter.

| Mesh | Cornell Box | Geometry | Emission | Shadow | Secondary | | ------------- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | Commande | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/cornell.obj -orbiter=data/RayTracingData/cornellOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex2_Cornell -rayTraceTechnique=Ex2 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/geometry.obj -orbiter=data/RayTracingData/geometryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex2_Geometry -rayTraceTechnique=Ex2 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/emission.obj -orbiter=data/RayTracingData/emissionOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex2_Emission -rayTraceTechnique=Ex2 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/shadow.obj -orbiter=data/RayTracingData/shadowOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex2_Shadow -rayTraceTechnique=Ex2 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/secondary.obj -orbiter=data/RayTracingData/secondaryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex2_Secondary -rayTraceTechnique=Ex2 | | Resultat | | | | | |

L'éclairage direct est une partie importante du TP. Différents paramètres doivent rentrer en compte.

Le premier exemple montre l'éclairage direct de toute les scenes exemples avec 100 rayons par pixel et une pdf utilisant la somme de l'aire des sources.
Le rendu semble bon sur la CornellBox mais semble perdre en puissance quand la distance à la source est trop grande.
Cela explique la tentative de changer la pdf pour utiliser le cosinus de la direction du rayon tiré aléatoirement et la distance à la source. Les résultats sont moins précis (malgré un nombre de rayon par pixel équivalent) mais avec une meilleur intensité globale.
On note aussi qu'avec 1 rayon par soucres, les résultat reste assez précis.
La compression gamma donne un résultat plus doux et plus agréable à l'oeil à mon goût.
PS : La lumière de toute les scènes est la même afin de ne pas trop fausser les résultats.

| Mesh | Cornell Box | Geometry | Emission | Shadow | Secondary | | ------------- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | Commande de base | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/cornell.obj -orbiter=data/RayTracingData/cornellOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex5_Cornell -rayTraceTechnique=Ex5 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/geometry.obj -orbiter=data/RayTracingData/geometryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex5_Geometry -rayTraceTechnique=Ex5 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/emission.obj -orbiter=data/RayTracingData/emissionOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex5_Emission -rayTraceTechnique=Ex5 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/shadow.obj -orbiter=data/RayTracingData/shadowOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex5_Shadow -rayTraceTechnique=Ex5 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/secondary.obj -orbiter=data/RayTracingData/secondaryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex5_Secondary -rayTraceTechnique=Ex5 | | Résultat (sans option suplémentaire) | | | | | |
| Résultat (-nbDirectRay=1) | | | | | | | Résultat (-nbDirectRay=1 -trianglePointParametrization=squareRoot) | | | | | | | Résultat (-pdf=CosAndDistance) | | | | | | | Résultat (-pdf=MIS) | | | | | | | Résultat (-epsilon=0.00001) | | | | | |
| Résultat (-tonemapping=1) | | | | | |

L'occultation ambiante permet un rendu plus rapide que celui réalisé lors de l'Exercice 5 mais de nombreux problèmes subsistent, notamment la gestion des ombres puisque la lumières est "partout", les objets n'ont à propremement parlé pas de vraies zones d'ombres (sauf quand une zone est suffisament "fermée"). Néanmoins c'est une approche intéréssante lors du calcul d'éclairage extérieur avec une skybox lumineuse. En intérieur, sont intérêt semble assez limité. Un combinaison avec l'Exercice 5 pourrait régler les diffrents défaults de ces deux méthodes.

| Mesh | Cornell Box | Geometry | Emission | Shadow | Secondary | | ------------- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | Commande | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/cornell.obj -orbiter=data/RayTracingData/cornellOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ambiant_Cornell_distrib -rayTraceTechnique=Ambiant | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/geometry.obj -orbiter=data/RayTracingData/geometryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ambiant_Geometry_distrib -rayTraceTechnique=Ambiant | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/emission.obj -orbiter=data/RayTracingData/emissionOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ambiant_Emission_distrib -rayTraceTechnique=Ambiant | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/shadow.obj -orbiter=data/RayTracingData/shadowOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ambiant_Shadow_distrib -rayTraceTechnique=Ambiant | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/secondary.obj -orbiter=data/RayTracingData/secondaryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ambiant_Secondary_distrib -rayTraceTechnique=Ambiant | | Resultat (Direction distribuée) | | | | | | | Resultat (-directionParametrization=uniform) | | | | | |

Le calcul de l'éclairage indirect est assez rapide à réaliser une fois que l'occultation ambiante est faite.
Elle apporte un meilleur réalisme à la scène même si quelques problèmes reste encore à régler.

| Mesh | Cornell Box | Geometry | Emission | Shadow | Secondary | | ------------- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | Commande | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/cornell.obj -orbiter=data/RayTracingData/cornellOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex7_Cornell_Ex5_noSave -rayTraceTechnique=Ex7 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/geometry.obj -orbiter=data/RayTracingData/geometryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex7_Geometry_Ex5_noSave -rayTraceTechnique=Ex7 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/emission.obj -orbiter=data/RayTracingData/emissionOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex7_Emission_Ex5_noSave -rayTraceTechnique=Ex7 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/shadow.obj -orbiter=data/RayTracingData/shadowOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex7_Shadow_Ex5_noSave -rayTraceTechnique=Ex7 | ./bin/RayTraceCPU.exe -mesh=data/RayTracingData/secondary.obj -orbiter=data/RayTracingData/secondaryOrbiter.txt -savePathAndFilename=doc/readme/Ex7_Secondary_Ex5_noSave -rayTraceTechnique=Ex7 | | Resultat (combiné avec eclairage direct Ex5) | | | | | | | Resultat (combiné avec sauvegarde éclairage direct Ex5 -directLightSaveFile=doc/readme/Ex5_mesh.taf) | | | | | | | Resultat (combiné avec eclairage direct Ex5 et -directionParametrization=uniform) | | | | | | | Resultat (combiné avec éclairage direct Ex5 et -tonemapping=1) | | | | | |

Le rendu par ray tracing est lent mais les résultats obtenus sont très rapidement réaliste.
De nombreuses améliorations existent pour obtenir un rendu toujours plus rapide et proche de la réalité.
J'ai adoré travaillé sur cette partie car chaque lecture d'article offre de nouvelle perspective dans la qualité du rendu.

Preuve du bon fonctionnement d'une partie du code du projet précédent, cet executable est assez peu intéréssant. Il permet néanmoins de voir la différence entre les deux méthodes de générations de directions (uniformes ou distribuées)

L'executbale de ce progamme est bin/Direction.exe.
Il est possible de choisir le type de génération de direction souhaité :

• ./bin/Direction.exe 1 ou ./bin/Direction.exe permet de tester une génération des directions uniformes
• ./bin/Direction.exe 0 permet de tester une génération des directions distribuées
  Il est conseillé afin de lancer le programme, voir les résultat et de ne pas conserver les images générées d'utiliser la commande : ./bin/Direction.exe 1 && ./bin/imageViewer.exe sphere.hdr density.hdr && rm sphere.hdr density.hdr

Génération de direction uniformes	Génération de directions distribuées
./bin/Direction.exe 1	./bin/Direction.exe 0

Cette partie est la moins travaillée de toute. Elle présente un interêt limité car seulement la partie animation du Robot a été codé. Le seul point positif étant que peut importe le nombre robot, le temps de calcul est presque le même gràce à une utilisation intelligente des buffers et des shaders.
Execution : bin/RobotGL.exe