Design inverse de l'apparence de matériaux multicouches

Inverse design of layered material appearance

• Auteur / Autrice : Mégane Bati
• Direction : Romain Pacanowski, Pascal Barla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Computer Graphics and Optics (CGO)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Granier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain Pacanowski, Pascal Barla, Lionel Simonot, Nicolas Holzschuch, Stéphane Jacquemoud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Simonot, Nicolas Holzschuch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique géométrique

Texture (traitement d'images)

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Matériaux multicouches

BRDF

Design inverse

Apparence

Layered materials

BRDF

Inverse design

Appearance

Résumé

Les images de synthèses sont de plus en plus réalistes, au point d'être parfois indistinguables de photographies, en partie grâce à la plausibilité des matériaux représentés. En particulier, les matériaux multicouches permettent une apparence variée, telle que les feuilles, les céramiques émaillées ou les peintures de voitures. Dans cette thèse, nous nous restreignons à l'étude des matériaux dont les couches sont épaisses, pour lesquels la propagation de la lumière peut être modélisée par les lois de l'optique géométrique. Des modèles permettent de prédire rapidement cette apparence à partir des paramètres physiques des différentes couches, par exemple les rugosités des interfaces, les indices de réfraction des milieux ou encore l'absorption dans les couches. Le contrôle de l'apparence finale est alors réalisé en modifiant les paramètres physiques un à un, par essai-erreur. Ce processus est fastidieux car les paramètres sont nombreux et agissent tous sur l'apparence finale. Notre objectif est d'offrir un contrôle plus direct des propriétés d'apparence. Dans cette thèse, nous étudions d'abord les modèles analytiques de matériaux multicouches répondant à nos hypothèses, afin de s'assurer de leur exactitude. Nous sélectionnons le plus précis, le modèle de Belcour, afin de l'inverser. Nous proposons ensuite une méthode permettant, à partir de propriétés d'apparence que sont la couleur et la netteté des reflets, de calculer un ensemble de configurations de paramètres physiques produisant cette apparence. En effet, plusieurs ensembles de paramètres physiques différents peuvent donner une apparence similaire, que nous appelons classes d'équivalence. Nous proposons donc une méthode permettant de naviguer dans ces classes d'équivalence, ce qui permet d'explorer l'apparence des matériaux multicouches.

Computer generated images are becoming more and more realistic, to the extent that they are sometimes indistinguishable from photographs, in part due to the plausibility of the materials represented.In particular, layered materials allow a range of appearance, such as leaves, glazed ceramics or car paints.In this thesis, we restrict ourselves to the study of materials with thick layers, in which the propagation of light can be modeled by the laws of geometrical optics.Some models can be used to predict quickly this appearance from the physical parameters of the different layers, for example the roughness of the interfaces, the refractive indices of the media or the absorption in the layers.The final appearance is then controlled or designed by modifying the physical parameters one by one, through a process of trial and error.However, this task is tedious because the parameters are numerous and they all affect the final appearance.Our goal is then to provide a more direct control of the appearance properties.In this thesis, we first study two analytical models of layered materials that meet our assumptions, to ensure their accuracy.Based on this analysis, we select the most accurate one, which is the model of Belcour, to invert it.We then propose a method allowing, from appearance properties such as color and sharpness of reflections, to compute automatically a set of physical parameter configurations producing this expected appearance.Indeed, several sets of different physical parameters can yield a similar appearance, which we call an equivalence class.Therefore, we propose a method to navigate through these equivalence classes, allowing us to explore the space of layered material appearance.