Modes de représentation pour l'éclairage en synthèse d'images
Sommaire
En synthèse d'images, le principal calcul à effectuer pour
générer une image a été formalisé dans une
équation appelée équation du rendu [Kajiya1986]. Cette
équation est la intègre la conservation de l'énergie dans
le transport de la lumière. Elle stipule que l'énergie lumineuse
renvoyée, par les objets d'une scène, dans une direction
donnée est égale à la somme de l'énergie
émise et réfléchie par ceux-ci. De plus, l'énergie
réfléchie par un élément de surface est
définie comme la convolution de l'éclairement incident avec une
fonction de réflectance. Cette dernière modélise le
matériau (au sens physique) de l'objet et joue le rôle d'un filtre
directionnel et énergétique dans l'équation du rendu,
simulant ainsi la manière dont la surface se comporte vis-à-vis
d'une réflexion. Dans ce mémoire de thèse, nous
introduisons de nouvelles représentations pour la fonction de
réflectance ainsi que pour la représentation de
l'éclairement incident. Dans la première partie de ce
mémoire, nous proposons deux nouveaux modèles pour
représenter la fonction de réflectance. Le premier modèle
s'inscrit dans une démarche artistique et est destiné à
faciliter la création et l'édition des reflets
spéculaires. Son principe est de laisser l'utilisateur peindre et
esquisser les caractéristiques (forme, couleur, gradient et texture) du
reflet spéculaire dans un plan de dessin paramétrisé en
fonction de la direction de la réflexion miroir de la lumière. Le
but du second modèle est de représenter de manière
compacte et efficace les mesures des matériaux isotropes. Pour ce faire,
nous introduisons une nouvelle représentation à base de polynômes
rationnels. Les coefficients de ces derniers sont obtenus à l'aide d'un
processus d'approximation qui garantit une solution optimale au sens de la
convergence. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous introduisons
une nouvelle représentation volumétrique pour
l'éclairement indirect représenté directionnellement
à l'aide de vecteurs d'irradiance. Nous montrons que notre
représentation est compacte et robuste aux variations
géométriques et qu'elle peut être utilisée comme
système de cache pour du rendu temps réel ou non, ainsi que dans
le cadre de la transmission progressive des données (streaming). Enfin,
nous proposons deux types de modifications de l'éclairement incident
afin de mettre en valeur les détails et les formes d'une surface. Le
première modification consiste à perturber les directions de
l'éclairement incident tandis que la seconde consiste à en
modifier l'intensité.
Abstract
In image synthesis, the main computation involved to generate
an image is characterized by an equation named rendering equation [Kajiya1986].
This equation represents the law of energy conservation. It stipulates that the
light emanating from the scene objects is the sum of the emitted energy and the
reflected energy. Moreover, the reflected energy at a surface point is defined
as the convolution of the incoming lighting with a reflectance function. The
reflectance function models the object material and represents, in the
rendering equation, a directional and energetic filter that describes the
surface behavior regarding the reflection. In this thesis, we introduce new
representations for the reflectance function and the incoming lighting. In the
first part of this thesis, we propose two new models for the reflectance
function. The first model is targeted for artists to help them create and edit
highlights. Our main idea is to let the user paint and sketch highlight
characteristics (shape, color, gradient and texture) in a plane parametrized by
the incident lighting direction. The second model is designed to represent
efficiently isotropic material data. To achieve this result, we introduce a new
representation of the reflectance function that uses rational polynomials.
Their coefficients are computed using a fitting process that guarantees an
optimal solution regarding convergence. In the second part of this thesis, we
introduce a new volumetric structure for indirect illumination that is
directionally represented with irradiance vector. We show that our
representation is compact and robust to geometric variations, that it can be
used as caching system for interactive and offline rendering and that it can
also be transmitted with streaming techniques. Finally, we introduce two
modifications of the incoming lighting to improve the shape depiction of a
surface. The first modification consists in warping the incoming light
directions whereas the second one consists in scaling the intensity of each
light source.
Mots-clés
Mots-clés :
Eclairage global, BRDF, Modélisation de l'apparence, Bases de fonctions sphériques.
Keywords: Global Illumination, BRDF, Appearance Modeling, Spherical basis functions.
Online version
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BibTeX
@PhdThesis{Pacanowski:2009:PHD,
author = "Romain Pacanowski",
title = "Modes de repr{\'e}sentation pour l'{\'e}clairage en synth{\`e}se d'images",
month = sep,
year = 2009,
type = "Ph.D. Thesis",
school = "labri, Universit{\'e} Bordeaux 1; and
D{\'e}partement d'Informatique et Recherche Op{\'e}rationnelle, Universit{\'e} de Montr{\'e}al",
}