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12/03/2014
Acquisition et modélisation de l’apparence des
matériaux
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Problématique de l’étude
La synthèse d’images s’appuyant sur GPU utilise des modèles mathématiques empiriques pour
reproduire le comportement des échanges lumineux. Ces modèles font appel à un comportement
optique des matériaux et à un comportement de la lumière simplifiés.
Les logiciels de création de l’aspect d’objets 3D utilisent des modèles simplifiés propres pour simuler
le comportement de la lumière. Des matériaux numériques sont ainsi définis à partir d’un ensemble
de paramètres issus de ces modèles.
Aujourd’hui, les matériaux numériques habillant un objet 3D dans ces logiciels sont définis par les
infographistes par comparaison avec le matériau physique correspondant au cours une démarche
essai-erreur. Il n’existe aucun process automatisant la génération des paramètres pour créer le
matériau numérique représentant un matériau physique.
Figure 1: Méthode actuelle de modélisation d'un matériau.
2 Objectifs
Les travaux consisteront à étudier la faisabilité de l’automatisation de la modélisation de matériaux
physiques dans les logiciels de création de l’aspect d’objets 3D. Cette étude sera réalisée à l’aide du
logiciel de rendu 3D temps réel Patchwork3D afin de minimiser les temps de calcul de rendu des
matériaux numériques.
Dans un premier temps, il s’agira de mettre au point un protocole de mesure physique de l’aspect
des matériaux et de mettre en place le protocole virtuel de mesure de l’aspect des matériaux virtuels
correspondant. À partir de ces mesures physiques et virtuelles, une fonction de comparaison sera
élaborée dans le but de définir un facteur de similitude. Ce facteur quantifiera le degré de
ressemblance entre matériau physique et matériau numérique.
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Figure 2: Obtention du facteur de similitude entre un matériau physique et sa représentation numérique.
Dans un second temps, un générateur de matériaux numériques basé sur des algorithmes du type
algorithmes génétiques sera réalisé. À partir d’un jeu de paramètres fixés par certaines mesures
effectuées sur un matériau physique, son rôle sera de décrire un ensemble de paramètres libres d’un
modèle de matériau pour trouver le ou les matériaux numériques représentant le mieux le matériau
physique. La pertinence de la représentation sera évaluée à l’aide du facteur de similitude défini
précédemment.
Figure 3: Recherche de la représentation numérique d’un matériau physique à l’aide d’un générateur de matériaux
numériques.
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Ainsi, il sera demandé de proposer des heuristiques d’initialisation du générateur à partir de mesures
physiques pour réduire au maximum le périmètre de recherche. Une étude de l’état de l’art sera
effectuée dans le but de déterminer et mettre en œuvre les méthodes de convergence et de calcul
d’erreur pertinentes pour la convergence rapide du générateur vers un candidat numérique.
Pour finir, un générateur assurant le bouclage des textures à partir des matériaux numériques
candidats sera proposé.
3 Références
Techniques de mesure du relief
GelSight
Micah K. Johnson, Forrester Cole, Alvin Raj, Edward H. Andelson, « Microgeometry capture using an
elastomeric sensor », Proceedings SIGGRAPH’11, ACM SIGGRAPH 2011 papers, Article n° 46, ACM
New York, NY, USA, 2011 – ISBN : 978-1-4503-0943-1.
http://people.csail.mit.edu/kimo/gelsight/
Techniques de mesure de la réflectance
G. J. Ward. « Measuring and modeling anisotropic reflection », SIGGRAPH Computer Graphics,
26(2) : 265–272, 1992.
S. Marschner, S. Westin, E. Lafortune et K. Torrance. « Image-based measurement of the
bidirectional reflectance distribution function », Applied Optics, 39(16) : 2592–2600, 2000.
A. Gardner, C. Tchou, T. Hawkins, Paul Debevec, « Linear Light Source Reflectometry », ACM Trans.
Graph. Volume 22, n°3, p. 749-758, Juillet 2003.
Abhijeet Ghosh, Tongbo Chen, Pieter Peers, Cyrus A. Wilson et Paul Debevec, « Estimating specular
roughness and anisotropy from second order spherical gradient illumination », Proceedings of the
Twentieth Eurographics conference on Rendering (EGSR'09), pages 1161-1170, 2009.
Peiran Ren, Jiaping Wang, John Snyder, Xin Tong et Baining Guo, « Pocket reflectometry ». ACM
Trans. Graph. Volume 30, n°4, Article 45, Juillet 2011.
Jan Meseth, Shawn Hempel, Andrea Weidlich, Lynn Fyffe, Graham Fyffe, Craig Miller, Paul Carroll et
Paul Debevec, « Improved Linear Light Source material reflectance scanning », ACM SIGGRAPH 2012
Talks (SIGGRAPH '12), ACM, New York, NY, USA, Article 11.
Borom Tunwattanapong, Graham Fyffe, Paul Graham, Jay Busch, Xueming Yu, Abhijeet Ghosh et Paul
Debevec, « Acquiring reflectance and shape from continuous spherical harmonic illumination », ACM
Trans. Graph. Volume 32, n°4, Article 109, Juillet 2013.
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Addy Ngan, Frédo Durand et Wojciech Matusik, « Experimental Analysis of BRDF Models », EGSR'05
Proceedings of the Sixteenth Eurographics conference on Rendering Techniques, pages 117-126,
2005.
Yue Dong, Jiaping Wang, Xin Tong, John Snyder, Yanxiang Lan, Moshe Ben-Ezra et Baining Guo,
« Manifold bootstrapping for SVBRDF capture », ACM Trans. Graph. 29, 4, Article 98, Juillet 2010.
Miika Aittala, Tim Weyrich et Jaakko Lehtinen, « Practical SVBRDF capture in the frequency domain »,
ACM Trans. Graph. 32, 4, Article 110, Juillet 2013.
Technique de capture de l’apparence
X-Rite PANTONE : http://www.xrite.com/total-appearance-capture
Techniques de génération de textures
G. Gilet et J.-M. Dischler, « An Image-Based Approach for Stochastic Volumetric and Procedural
Details », Computer Graphics Forum 29, 4 (2010) pages 1411-1419.
Surface texture synthesis
Turk G., « Texture synthesis on surfaces ». In SIGGRAPH ’01 (2001), p. 347–354.
Patch-based synthesis
Praun E., Finkelstein A., Hoppe H., « Lapped textures ». In SIGGRAPH ’00 (2000), p. 465–470.
Tile-based synthesis
Lefèbvre S., « Filtered Tilemaps » (in Shader X6), Shader X6. 2008, ch. 2, p. 63–72.
Techniques d’infographie
Prise de photos pour utilisation en tant que texture
http://udn.epicgames.com/Three/TakingBetterPhotosForTextures.html#Overview
Acquisition de l’albédo et des normal maps pour retranscrire l’apparence des textiles
http://vimeo.com/70992723
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4 Contacts
Lumiscaphe
Gwénaëlle Bay
4 voie Romaine
33610 Canéjan
France
+33 5 56 78 24 98
[email protected]
Institut d’Optique Graduate School
LP2N – Institut d’Optique d’Aquitaine
Xavier Granier
Rue François Mitterrand
33400 Talence Cedex
France
+33 5 24 57 41 15 / +33 5 57 01 71 08
[email protected]
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