Simulation de la diffusion de la lumière et des gaz par techniques de Monte Carlo

Président : Pascal Guitton Rapporteurs : Kadi Bouatouch & Michel Mériaux Examinateurs : Gérard Vignoles, Christophe SchlickRealistic image synthesis requieres an accurate modelling of the interactions of light with matter (reflection, refraction, scattering) and of luminous energy exchanges between the objects of the scene. This modelling, very complex if no restrictive assumption is made, can be efficiently fulfilled with a Monte Carlo simulation. In the present work, we define first of all a complete scene illumination method, based on a Monte Carlo simulation of a particule model of light. First, we develop this simulation for participating media. We lower the variance of the simulation by an exact computation of the absorption. Then, we extend this work to surface objects and we propose a grouping technic of photons in order to obtain a constant efficiency for each calculation step. In the second part of this work, we study the application of this method to the visualization of 3D scalar fields, then the application of some technics derived from image synthesis (polygonisation of volume data, spatial partitioning, distance images, ...) to the simulation of gaz diffusion which presents numerous similarities with the simulation of scattering of light.La synthèse d'images réalistes nécessite la modélisation précise des interactions de la lumière avec la matière (réflexion, réfraction, diffusion) et des échanges d'énergie lumineuse entre les objets de la scène. Cette modélisation, très complexe si l'on ne fait pas d'hypothèses restrictives, peut être efficacement réalisée par simulation de Monte Carlo. Dans le présent travail, nous définissons tout d'abord une méthode complète d'illumination de scène, fondée sur une simulation de Monte Carlo d'un modèle "particulaire" de la lumière. Dans un premier temps, nous développons cette simulation pour les milieux participants. Nous diminuons la variance de la simulation par un calcul exact de l'absorption. Nous étendons ensuite ce travail aux objets surfaciques et proposons une technique de regroupement de photons pour obtenir une efficacité constante à chaque pas de calcul. Dans la deuxième partie de ce travail, nous étudions l'application de cette méthode à la visualisation des champs scalaires tri-dimensionnels, puis l'application de certaines techniques issues de la synthèse d'images (facettisation, de données volumiques, partitionnement spatial, images de distance, ...) à la simulation de la diffusion des gaz, présentant de nombreuses similitudes avec la simulation de la diffusion de la lumière