Simulation de changements d’apparence via hydrodynamique des particules lissées

Simulating changes in appearence using smooth particle hydrodynamics

• Auteur / Autrice : Théo Jonchier
• Direction : Stéphane Mérillou, Guillaume Gilet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique graphique
• Date : Soutenance le 03/02/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Bourdin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Mérillou, Guillaume Gilet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Michel Dischler, Christophe Renaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Dynamique des fluides

Réalité virtuelle

Traitement d'images -- Techniques numériques

Modélisation tridimensionnelle

Mots clés libres

Changement d’apparence

Flux poreux

Materiaux

Hydrodynamique des particules lissées

Weathering

Porous flow

Material

Smooth particle hydrodynamics

Résumé

La génération d’images réalistes est un enjeu majeur de l’informatique graphique. Pour relever ce défis il convient de résoudre un ensemble de problèmes variés tels que la modélisation géométrique des scènes, l’étude de modèles d’interactions entre la lumière et les objets et la résolution du transport de la lumière. Si la résolution de ces problèmes permet l’obtention d’image réaliste au sens strict, cela ne permet pas de résoudre le problème du photo-réalisme. Les scènes que l’on peut observer dans la nature n’exhibent que rarement des objets à l’apparence immaculée, leur présence dans une image de synthèse trahi son réalisme instantanément. Afin de tromper notre perception il convient de donner à l’apparence des objets de ces mondes virtuels des détails et imperfections cohérentes à l’environnement dans lequel ils se situent. Cette thèse vise à proposer une solution à ce problème par la mise en oeuvre d’une simulation lagrangienne reposant sur l’hydrodynamique des particules lissées pour modéliser les solides, l’eau, les sédiments et leur transport dans des scènes virtuelles. La représentation particulaire employée permet de traiter simultanément la géométrie et les paramètres matériaux des objets de la scène. L’approche proposée rend possible la modélisation d’une grande variété d’effets du changement d’apparence s’étalant de la simulation de cycles de mouillage et séchage d’objets poreux, l’apparition de tâches sur des parois où même de l’efflorescence via une approche unifiée.

The generation of realistic images is a central topic of research incomputer graphics. In order to obtain such images numerous problems must be solvedfrom the modelisation of the scene geometry, modeling light-matter interactions andsolving the light transport in the whole scene. If solving these problem enables thegeneration of realistic imagery it does not guarantee a photo-realistic appearence.Indeed, real-life scenes rarely exhibit objects with pristine appearence and the presenceof perfectly preserved object in a virtual scene seems very uncanny to the humanperception. It is thus required to add details to virtual scenes’s objects appearence. Thisthesis proposes a solution based on a lagrangian simulation framework using the smoothparticle hydrodynamics to model interactions between solid, fluid, sediments and thetransport of matter through virtual scenes. Using particles to discretize the whole volumeof objects enables to model geometry and material property changes simulteanously. Theproposed approach can simulate a wide variety of weathering effects from the wettingand drying of porous material, stains formation or even efflorescence in a unified fashion.