Thèse soutenue

Des opérateurs de morphing et de niveau de détail pour le design et le rendu interactif de matériaux
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Auteur / Autrice : Alban Gauthier
Direction : Tamy BoubekeurJean-Marc Thiery
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique, données, intelligence artificielle : Informatique
Date : Soutenance le 16/12/2022
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
Jury : Président / Présidente : Yann Gousseau
Examinateurs / Examinatrices : Yann Gousseau, Pascal Barla, Jean-Michel Dischler, Belen Masia, Tobias Ritschel
Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Barla, Jean-Michel Dischler

Mots clés

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Résumé

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Le rendu inspiré par la physique est devenu une norme pour le rendu de matériaux numériques dans les industries créatives, telles que les jeux vidéo, les effets spéciaux, la conception de produits et l'architecture. Il permet aux développeurs et aux artistes de créer et de partager des matériaux photoréalistes prêts à l'emploi entre une grande variété d'applications.Dans ce contexte, les surfaces 3D sont mises en correspondance avec un espace de texture 2D où leurs fonctions de distribution de réflectance bidirectionnelle variant dans l'espace sont encodées sous la forme d'un ensemble d'images bitmap appelées cartes PBR, lues efficacement au cours du rendu. Ces cartes représentent des quantités physiques interprétables tout en permettant la reproduction d'un large éventail d'apparences de matériaux. Elles peuvent être reconstruites à partir de photographies du monde réel ou générées de manière procédurale.Malheureusement, ces deux approches de création de matériaux PBR nécessitent des compétences avancées et un temps considérable pour modéliser des matériaux convaincants destinés à être utilisés par des moteurs de rendu photoréalistes. De plus, bien que ces cartes soient encodées dans le même espace bidimensionnel de pixels, celles-ci décrivent des quantités de nature hétérogènes et à des échelles différentes, et qui sont en partie corrélées. L'information décrite dans ces cartes est de nature géométrique pour la hauteur et la normale, statistique pour la rugosité, ou encore colorimétrique pour l'albédo. La rugosité modélise la distribution de normales des microfacettes, dont le support dépend de la normale définissant l'espace tangent, lui-même définit par la position dans la carte de hauteur. Cette description du matériau permet des rendus rapides mais empêche l'utilisation d'outils de traitement d'images RGB conjointement sur les cartes, pour des applications d'interpolation ou de filtrage notamment.Dans cette thèse, nous explorons des opérateurs de morphing et de niveau de détail efficaces pour résoudre les difficultés susmentionnées. Nous proposons un nouvel opérateur de morphing permettant de créer de nouveaux matériaux en mélangeant simplement deux matériaux existants tout en préservant leurs caractéristiques dominantes tout au long de l'interpolation. Cet opérateur permet d'explorer l'espace des matériaux possibles en utilisant des exemples comme ancres et notre schéma d'interpolation comme moyen de navigation. Nous proposons également une nouvelle approche pour le mipmapping SVBRDF qui préserve l'apparence des matériaux sous des conditions de vue et d'éclairage variables. Ainsi, nous substituons simplement le mipmapping standard de matériaux en offrant une amélioration significative de la préservation de l'apparence, tout en gardant un unique accès texture par pixel. Ces opérateurs ont été validés expérimentalement au travers d'un grand nombre d'exemples.Globalement, les méthodes que nous proposons permettent d'interpoler les matériaux dans l'espace canonique des textures ainsi que le long de la pyramide de réduction d'échelle pour préserver et explorer l'apparence.