Manipulation de la lumière pour une dépiction expressive de la forme et de la profondeur : Apprendre des panoramas de montagne du peintre Pierre Novat

Light Manipulation for an Expressive Depiction of Shape and Depth : Drawing on Pierre Novat's Hand-Painted Mountain Panoramas

• Auteur / Autrice : Nolan Mestres
• Direction : Joëlle Thollot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Jean Kuntzmann (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Rémi Ronfard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Sébastien Franco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benhard Jenny, Xavier Granier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Novat, Pierre

Panoramas (art)

Mots clés libres

Synthèse d'images

Panorama

Stylisation

Stilization

Panorama

Image synthesis

Résumé

Une dépiction réaliste d’une scène n’est souvent pas le choix optimal pour transmettre efficacement un message. Dans cette thèse, nous étudions comment les artistes utilisent l’éclairage pour influencer notre perception des propriétés physiques de la scène. Nous nous intéressons particulièrement à leurs emplois de l’ombrage et des ombres portées pour donner à voir forme et profondeur. Le style des cartes panoramiques du peintre Pierre Novat (1928-2007), qui excellait dans la représentation de paysages montagneux complexes, constitue pour nous un cas d’étude particulier. Nous étudions le style pictural de Novat et sa manière de s’affranchir d’une représentation réaliste de la montagne, au service d’une transmission efficace des informations nécessaires à la bonne compréhension du terrain.En nous appuyant sur la recherche en perception visuelle et sur notre étude des travaux de Novat, nous introduisons de nouvelles méthodes visant à mettre en valeur les informations de forme et de profondeur dans les rendus 3D :Notre première méthode, Local Light Alignment, vise à améliorer la représentation de la forme à plusieurs échelles en contrôlant localement l’intensité de l’ombrage à la surface. Nous changeons la direction de la lumière en chaque point de la surface pour assurer la congruence entre la forme physique réelle et les motifs d’ombrage. Nous étendons notre approche pour contrôler indépendamment les propriétes des matériaux, par exemple les refletset les réfractions.Notre deuxième approche se concentre sur les ombres portées. Celles-ci peuvent à la fois masquer des zones, gênant notre perception, mais aussi fournir à notre système visuel des informations sur la profondeur, la forme et la disposition spatiale des objets. Nous calculons des directions de lumière, fonctions de la géométrie, qui garantissent un placement correct des ombres. Nous proposons également une définition multi-échelle des ombres pour réintroduire les informations perdues de profondeur et de forme dans les zones déjà dans l’ombre.Enfin, nous montrons l’efficacité de nos algorithmes d’édition de l’éclairage dans le contexte de l’ombrage analytique (cartes 2D), ainsi que pour les cartes panoramiques 3D.

A realistic depiction of a scene is often not the optimal choice to efficiently convey a message. In this thesis, we investigate how visual artists control lighting to influence our perception of physical properties of the scene. We are particularly interested in their uses of shading and cast shadows to depict shape and depth information. We find a particular case-study in the style of the hand-painted panorama maps of Pierre Novat (1928-2007), who excelled at depicting complex mountainous landscapes. We study Novat’s pictorial style and how he freed himself from depicting mountains realistically, in favour of effectively transmitting the necessary information for terrain understanding.Drawing on Vision Science and our study of Novat’s artworks, we introduce novel methods aimed at enhancing the depiction of shape and depth information in 3D renderings:Our first method, Local Light Alignment, focuses on enhancing shape depiction at multiple scales by controlling the shading intensity locally at the surface. We change the light direction at each surface point to ensure congruence between the actual physical shape and its shading patterns. We extend our approach to control material components independently, e.g., highlights and refractions.Our second approach focuses on cast shadows. They can at the same time mask areas, hindering our perception, as well as provide our visual system with depth, shape, and spatial arrangement information. Our method computes geometry-dependent light directions ensuring a correct placement of cast shadows. We also propose multi-scale cast shadows to reintroduce lost depth and shape cues in already shadowed areas.Finally, we show the effectiveness of our lighting editing algorithms in the context of analytical shading (2D maps), as well as for 3D panorama maps.