Environnements lumineux naturels en mode : Spectral et Polarisé. Modélisation, Acquisition, Simulation

Spectral and Polarized Natural Light Environment

• Auteur / Autrice : Philippe Porral
• Direction : Philippe Fuchs, Patrick Callet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques, informatique temps-réel, robotique
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de robotique (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Tamy Boubekeur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Fuchs, Patrick Callet, Jean-Philippe Farrugia, Stéphane Delalande, Vincent Roussarie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Méneveaux, Christophe Renaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réalité virtuelle

Lumière

Polarisation (lumière)

Infographie

Mots clés libres

Synthèse d'image

Rendu spectral

Polarisation

Carte d'environnement

Spectral rendering

Image based lighting

Polarization

Résumé

Dans le domaine de la synthèse d'image, la simulation de l'apparence visuelle des matériaux nécessite, la résolution rigoureuse de l'équation du transport de la lumière. Cela implique d'incorporer dans les modèles tous les éléments pouvant avoir une influence sur la luminance spectrale énergétique reçue par l'œil humain. La caractérisation des propriétés de réflectance des matériaux, encore sujette à de nombreuses recherches, est très évoluée. Cependant, l'utilisation de cartes d'environnement, pour simuler leurs comportements visuels restent essentiellement trichromatiques. Caractériser la lumière naturelle avec précision, est une interrogation ancienne et il n'existe pas aujourd'hui de cartes d'environnement comportant à la fois les informations de luminance spectrale énergétique et de polarisations correspondant à des ciels réels. Il nous est donc apparu nécessaire, de proposer à la communauté de l'informatique graphique des environnements lumineux complets exploitables dans un moteur de rendu adapté en conséquence.Dans ce travail, nous exploitons des résultats issus d'autres domaines scientifiques tels que la météorologie, la climatologie..., pour proposer un modèle de ciel clair, c'est-à-dire sans nuage.Toutes les situations réelles ne pouvant pas être abordées par cette méthode, nous développons et caractérisons un dispositif de capture d'environnement lumineux incorporant à la fois, la gamme dynamique de l'éclairage, la répartition spectrale et les états de polarisation.Nous proposons, dans le but de standardiser les échanges, un format de données utilisable dans un moteur de rendu spectral, exploitant le formalisme de "Stokes - Mueller".

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.