Environnements lumineux naturels en mode : Spectral et Polaris?. Mod?lisation, Acquisition, Simulation

par Philippe Porral

Thèse de doctorat en Math?matiques, informatique temps-r?el, robotique

Sous la direction de Philippe Fuchs et de Patrick Callet.

Soutenue le 16-12-2016

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de ?cole doctorale Sciences des m?tiers de l'ing?nieur (Paris) , en partenariat avec ?cole nationale sup?rieure des mines (Paris) (?tablissement de pr?paration de la th?se) et de Centre de robotique (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Tamy Boubekeur.

Le jury était composé de Philippe Fuchs, Patrick Callet, Jean-Philippe Farrugia, St?phane Delalande, Vincent Roussarie.

Les rapporteurs étaient Daniel Meneveaux, Christophe Renaud.


  • Résumé

    Dans le domaine de la synth?se d'image, la simulation de l'apparence visuelle des mat?riaux n?cessite, la r?solution rigoureuse de l'?quation du transport de la lumi?re. Cela implique d'incorporer dans les mod?les tous les ?l?ments pouvant avoir une influence sur la luminance spectrale ?nerg?tique re?ue par l'?il humain. La caract?risation des propri?t?s de r?flectance des mat?riaux, encore sujette ? de nombreuses recherches, est tr?s ?volu?e. Cependant, l'utilisation de cartes d'environnement, pour simuler leurs comportements visuels restent essentiellement trichromatiques. Caract?riser la lumi?re naturelle avec pr?cision, est une interrogation ancienne et il n'existe pas aujourd'hui de cartes d'environnement comportant ? la fois les informations de luminance spectrale ?nerg?tique et de polarisations correspondant ? des ciels r?els. Il nous est donc apparu n?cessaire, de proposer ? la communaut? de l'informatique graphique des environnements lumineux complets exploitables dans un moteur de rendu adapt? en cons?quence.Dans ce travail, nous exploitons des r?sultats issus d'autres domaines scientifiques tels que la m?t?orologie, la climatologie..., pour proposer un mod?le de ciel clair, c'est-?-dire sans nuage.Toutes les situations r?elles ne pouvant pas ?tre abord?es par cette m?thode, nous d?veloppons et caract?risons un dispositif de capture d'environnement lumineux incorporant ? la fois, la gamme dynamique de l'?clairage, la r?partition spectrale et les ?tats de polarisation.Nous proposons, dans le but de standardiser les ?changes, un format de donn?es utilisable dans un moteur de rendu spectral, exploitant le formalisme de "Stokes - Mueller".

  • Titre traduit

    Spectral and Polarized Natural Light Environment


  • Résumé

    In the field of computer graphics, the simulation of the visual appearance of materials requires, a rigorous solving of the light transport equation. This implies to incorporate into models all elements that can influence the spectral received by human eyes. The characterization of the reflectance properties of materials, still subject to many researches is very advanced. However, the uses of environment maps, to simulate their visual behaviors remain essentially trichromaticity. Characterize the natural light with precision, is an old question. Today, there are no environment maps, including both spectral radiance and polarization informations, corresponding to a real sky. It was therefore necessary for us to design and propose to the computer graphics community a full of bright environments exploitable in a rendering engine adapted accordingly. In this work, we use the results of other scientific fields as meteorology, climatology..., to propose a new model of clear sky. As all actual situations are not addressed by this method, we develop and characterize an environment capturing device both incorporating the light dynamic range, the spectral distribution and the polarization states.


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