Modélisation et simulation des propriétés radiatives des sources lumineuses

par Pascal Deville

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jean-Claude Paul.

Soutenue en 1996

à Nancy 1 .


  • Résumé

    La précision physique des simulations qui permet aujourd'hui de visualiser de façon réaliste un environnement géométrique donné, dépend dans un espace 3D supposé vide de deux facteurs: la précision du modèle physique qui permet de décrire les propriétés radiatives des sources lumineuses (émittance) et des surfaces (réflectance/ transmittance) de cet environnement, et la précision des calculs du transport de la lumière entre ces surfaces. Le travail de thèse présenté ici a consisté à définir un modèle de sources lumineuses permettant de simuler des systèmes d'éclairage complexes. Ce modèle prend en compte n'importe quel type de distributions spectrales (distributions continues et discontinues) et spatiales (uniformes et non uniformes). - Dans la technologie de synthèse d'image, les caractéristiques spectrales des sources lumineuses, sont aujourd'hui encore, souvent modélisées dans l'espace colorimétrique RVB. Cet espace colorimétrique ne permet pas d'obtenir des simulations précises des données spectrales car il est dépendant du dispositif d'affichage. Bien que des méthodes aient été récemment développées pour échantillonner le domaine de longueur d'onde et calculer les transferts lumineux pour un ensemble d'échantillons, elles ne permettent pas de traiter des caractéristiques spectrales complexes. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé une méthode fondée sur une analyse préalable des spectres utilisés. Cette méthode permet de lever certaines contraintes imposées par les méthodes actuelles. - Pour prendre en compte la distribution spatiale d'énergie des sources lumineuses dans les calculs d'illumination, les méthodes classiques supposent que les distributions sont uniformes. Cette simplification est abusive car les sources artificielles n'ont précisément jamais une distribution spatiale uniforme. Pour simuler de telles sources, des modèles fondés sur les courbes goniophotométriques fournies par les constructeurs de systèmes d'éclairage ont été développés, mais ils induisent une erreur importante dans le calcul de l'illumination des surfaces proches des sources de lumière. C'est pourquoi nous avons proposé une nouvelle méthode qui s'appuie sur la modélisation géométrique précise d'un système d'éclairage (brûleur, réflecteurs, vasque), et considéré la source comme un micro-domaine de l'environnement émettant de l'énergie par l'intermédiaire d'une zone d'interface. Au sein de ce micro-domaine, la distribution spatiale d'énergie est calculée sur la zone d'interface en utilisant une méthode de projection. Les deux méthodes (distribution spatiale et distribution spectrale) proposées dans cette thèse ont été expérimentées et font actuellement l'objet de transferts industriels dans le domaine de l'ingénierie d'éclairage.

  • Titre traduit

    Modeling and simulation of radiatives properties of light sources


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The physical precision of simulations which permit the realistic visualization of a given geometric environnement depends on two factors: the precision of the physical model which describes the radiative properties of light sources (emittance) and surface (reflectance) of this environnement, and the precision of light propagation calculations between these surfaces. The work of my thesis presented here consists of defining a model for light source which permits the simulation of complex lighting system. This model takes into account any arbitrary type of spectral distributions (continuous or non-continuous) and spatial distributions (uniform or non-uniform). - In image synthesis technology today, the spectral characteristics of light sources are still often modelized in the RGB colorimetric system. This colorimetric system does not allow us to obtain precise simulations from given spectral data because it depends on display device. Methods have been recently developed to sample the wavelength domain and calculate the light propagation from this set of samplesj which however, do not permit the treatment of complex spectral characteristics. To solve this problem, we have proposed a method based upon preliminary analyse of spectrums utilized. This method removed certain constraints imposed by actual methods. -To take into account the spatial energy distribution of light sources in the illumination calculations, classical methods assume that the distributions are uniform. This simplification is unjust since artificial sources never have a uniform spatial energy distribution. To simulate this type of light sources, models based upon gonio-photometric diagram provided by the manufacturers of lighting systems have been developed. However, these methods introduce an important error in the surface illumination calculation when sources are dose to the surface. This is why we have proposed a new method founded upon a precise geometric modelization of a light fixture (lamp, reflector, lens) and consider the source like a sub-domain of this environnement which emits energy by an intermediate interface zone. Inside this sub-domain, the spatial energy distribution is calculated on the interface zone by using a projection method. The two methods (spatial and spectral distributions) actually proposed in this thesis have been experimented and will be transferred into the industrial domain further developement.

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