No description available.

No description available.

La synthèse d’images réalistes repose sur des modèles physiques décrivant les interactions entre la lumière et les matériaux attachés aux objets dans une scène tridimensionnelle. Ces modèles mathématiques sont complexes et, dans le cas général, n’admettent pas de solution analytique. Pour cette raison, l’utilisation de méthodes numériques robustes et efficaces est nécessaire. Les méthodes de Monte Carlo ou techniques alternatives comme l’utilisation de développement par fonction de base sont appropriées pour résoudre ce type de problème. Dans cette thèse par articles, nous présentons deux nouvelles techniques permettant l’in- tégration numérique efficace de matériaux complexes. En premier lieu, nous introduisons une nouvelle méthode permettant d’intégrer simultanément plusieurs dimensions définies dans le domaine angulaire et spatiale. Avoir une technique efficace est essentiel pour intégrer des matériaux avec des normales variant rapidement sous différentes conditions d’éclairage. Notre technique utilise une nouvelle formulation basée sur un histogramme sphérique définie de façon directionnelle et spatial. Ce dernier nous permet d’utiliser des harmoniques sphé- riques pour intégrer les différentes dimensions rapidement, réduisant le temps de calcul d’un facteur approximatif de 30× par rapport aux méthodes de l’état de l’art. Dans notre second travail, nous introduisons une nouvelle stratégie d’échantillonnage pour estimer le transport de lumière à l’intérieur de matériaux multicouches. En identifiant les meilleures stratégies d’échantillonnage, nous proposons une technique efficace et non biaisée pour construire des chemins de lumière à l’intérieur de ce type de matériau. Notre nouvelle approche permet d’obtenir un estimateur de Monte Carlo efficace et de faible variance dans des matériaux contenant un nombre arbitraire de couches. / Realistic computer generated images and simulations require physically-based models to properly capture and reproduce light-material interactions. The underlying mathematical formulations are complex and mandate the use of efficient numerical methods, since analytic solutions are not available. Monte Carlo integration is one such commonly used numerical method, although, alternative approaches leveraging, e.g., basis expansions, may be suitable to solve these challenging problems. In this thesis by articles, we present two works where we efficiently devise numerical integration strategies for the rendering of complex materials. First, we propose a method to compute a spatial-angular multi-dimensional integration problem present when rendering materials with high-frequency normal variation under large, angularly varying illumination. By computing and manipulating a novel spherical histogram data representation, we are able to use spherical harmonics to efficiently solve the integral, outperforming the state-of-the-art by a factor of roughly 30×. Our second work describes a high-performance Monte Carlo integration strategy for rendering layered materials. By identifying the best path sampling strategies in the micro-scale light transport context, we are able to tailor an unbiased and efficient path construction method to evaluate high throughput, low variance paths through an arbitrary number of layers.

This diploma thesis deals with a design modification of detection part of the laboratory instrument for measuring the topography of rough surfaces – laser goniometric scatterometer (SM II). Design modification is based on replacement of so far used detector instead for the detector of higher quality with better measurement parameters. The first part of the diploma thesis contains theoretical basics, which are necessary to understand the relationship between scalar diffraction theory and scattering measurements of monochromatic light. The emphasis is on the importance of choosing appropriate detection coordinates, which are affecting the aberrations of detected diffracted light. The practical part is dedicated to improving the sensitivity of the detection part of the scatterometer SM II that is used in The laboratory of coherence optics at IFE FME BUT. This part justifies the choice of the detector which predetermines both the use of optical elements and the overall design of the detection part as the goniometer.

Optical scattering measurement devices are used to measure light reflection and light scattering from materials, to obtain data of the surface and bulk properties of materials. The measurement data are often used in research and development projects where material requirements are important, also for quality control in manufacturing processes, in different optical simulations and can be used for photorealistic rendering. In this master thesis project conducted at AFRY, a multifunctional team will develop an optical scattering measurement device that aims to collect data more accurately than current devices on the market. This thesis will focus on the mechanical design of the device which consists of the stability and movement of the components, the environment of the measurements and material selection with a focus on performance and sustainability. The optical model that will act as a basis for the development will be a gonioreflectometer consisting of a material sample, sample holder, light source, detector and an environment in which the measurements are conducted. Some of the physical, cognitive and emotional needs of the intended user are efficient use, low risk of misuse, reliable and high precision. A thorough requirement specification was made as a framework for the concept generation. The selected concept provides the movement of the optical components with an angular step enabling the desired optical scattering measurement. The selected stepper motor and gear ratio provides the flexibility of the movement, making it easy for the user to change angular steps of the optical components, enabling both fine and rough measurements. A separating screen was chosen for both concepts in order to avoid light contamination between measurements and the material sample holder resembles a frame that allows for mounting the material sample outside of the device. The mechanical system has a high stability and the material black anodized aluminum further contributes to the sturdiness of the construction. A physical prototype was created to validate the movement, since the movement of the detector and light source will be similar, only the detector movement was prototyped. The prototype showed that the movement of the detector worked in the desired way, hence the construction of the movement is approved. The scope was delimited in consensus with the project members and supervisors due to the time frame, hence there is future work on the device that should be accounted for. In conclusion, the purpose of the project was fulfilled after delimiting the goals and a conceptual solution was created that fulfilled the requirements of the project. / Optiska mätinstrument används för att mäta ljusreflektion och ljusspridning från material, för att erhålla data om materialets yt- och bulkegenskaper. Mätdata används ofta i forsknings- och utvecklingsprojekt där materialkrav är viktiga, även för kvalitetskontroll i tillverkningsprocesser, i olika optiska simuleringar och kan användas för fotorealistisk rendering. I detta examensarbete, genomfört på AFRY, kommer ett multifunktionellt team att utveckla en optisk spridningsmätningsenhet som syftar till att samla in data mer noggrant. Denna avhandling kommer att fokusera på den mekaniska designen av enheten som består av stabiliteten och rörelsen av komponenterna, mätmiljön och materialval med fokus på prestanda och hållbarhet. Den optiska modellen som kommer att ligga till grund för utvecklingen kommer att vara en gonioreflektometer bestående av ett materialprov, provhållare, ljuskälla, detektor och en miljö där mätningarna genomförs. Några av de fysiska, kognitiva och emotionella behoven hos den avsedda användaren är effektiv användning, låg risk för felanvändning, pålitlighet och hög precision. En noggrann kravspecifikation gjordes som en ram för konceptgenereringen. Det valda konceptet möjliggör rörelse av de optiska komponenterna med ett vinkelsteg som tillåter den önskade optiska spridningsmätningen. Den valda stegmotorn och utväxlingen ger flexibilitet i rörelsen, detta bidrar till att det är enkelt för användaren att ändra vinkelstegen för de optiska komponenterna, vilket tillåter både fina och grova mätningar. En avskiljningsskärm valdes för att undvika ljuskontaminering mellan mätningarna och materialprovhållaren liknar en ram där materialprovet monteras utanför enheten. Det mekaniska systemet har en hög stabilitet och materialet svart anodiserad aluminium bidrar till konstruktionens robusthet. En fysisk prototyp skapades för att validera rörelsen, eftersom rörelsen av detektorn och ljuskällan kommer att vara liknande, återskapades endast detektorns rörelse. Prototypen visade att detektorns rörelse fungerade på önskat sätt, därmed godkänns konstruktionen av rörelsen. Projektets mål avgränsades i samförstånd med projektmedlemmarna och handledarna på grund av tidsramen, därmed finns det framtida arbete för mätinstrumentet som bör beaktas. Sammanfattningsvis uppfylldes projektets syfte efter att målen avgränsats och en konceptuell lösning skapades som uppfyllde projektets krav.