L'objectif de cette thèse est lerendu de scène virtuelles extrêmement détaillées.Nous nous intéressons plus particulièrementaux algorithmes de rendu de haute qualitéreposant sur du path tracing qui sont très largement utilisésdans l'industrie des effets spéciaux et pour calculerle rendu des films d'animations.Les grandes quantités de détail nécessaires à la modélisationde mondes virtuels crédibles soulèvent de sérieux problèmes d'efficacitédu rendu qui paralysent les studios et compliquent grandementle travail des artistes. Nous introduisons de nouveaux algorithmespour préfiltrer les objets 3D complexes à des échelles arbitraires,afin de réduire les temps de chargement, les coûts d'intersection des rayons lumineux,le calcul des matériaux et la quantité de bruit dans les images,le tout sans porter atteinte à la qualité du rendu.Nos contributions principales sont une nouvelle approchehybride de niveaux de détail qui allie les avantages des maillageset des représentations volumiques pour le préfiltrage des objets complexes àdes échelles arbitraires, ainsi qu'une nouvelle approchede préfiltrage pour le cas des volumes hétérogènes de haute résolution. / We address the problem of rendering extremely complex virtualscenes with large amounts of detail. We focuson high-end off-line rendering algorithms based on path tracing thatare intensively used in the special effects and 3D animation industries.The large amounts of detail required for creating believable virtual worldsraise important efficiency problemsthat paralyze production rendering pipelines andgreatly complicate the work of 3D artists.We introduce new algorithms for prefilteringcomplex 3D assets while preserving their appearanceat all scales, in order to reduce loading times,ray intersection costs, shading costs and Monte Carlo noise,without lowering the quality of rendered frames.Our main contributions are a new hybrid LODapproach that combines the benefits ofmeshes and volumetric representationsfor prefiltering complex 3D assets,as well as a new approach for prefilteringhigh-resolution heterogeneous participatingmedia.

La conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) est incontournable dans la création et l'élaboration d'un produit. De même, l'infographie est couramment employée en effets spéciaux ou réalité virtuelle. Pourtant, chaque domaine utilise ses propres outils pour modéliser des surfaces. Pour répondre aux contraintes de ces deux types d'utilisations, nous proposons une nouvelle modélisation de surfaces polynomiales, interpolantes, globalement lisses (de plan tangent continu) et hiérarchique. Une surface lisse initiale est d'abord construite sur un maillage triangulaire, ce qui permet de traiter toutes les topologies. Des détails sont ensuite progressivement ajoutés par niveaux. Pour ce faire, chaque face est subdivisée en quatre sous-faces par insertion d'un sommet en milieu d'arête. Ce raffinement n'induit pas de modifications significatives sur la surface. Chaque détail est défini localement par rapport au précédent grâce à l'utilisation de repères locaux. Cette hiérarchie permet à l'ensemble des détails fins de suivre continûment le déplacement lors d'une édition de la surface. Deux applications sont ensuite proposées dans cet ouvrage : Tout d'abord, un modeleur 3D respectant la démarche créative des artistes. Celui-ci repose sur le calcul d'une forme globale progressivement affinée pour obtenir l'objet désiré, et offre la possibilité d'éditer les objets de manière intuitive en modifiant très peu de paramètres. Enfin, un outil de reconstruction est présenté pour modéliser des objets existants grâce à notre nouvelle représentation hiérarchique.

Les techniques de la réalité virtuelle constituent de nouveaux outils pour les métiers de la conception de produits manufacturés et offrent des gains en terme d'innovation, de temps et d'argent. L'enjeu industriel est l'intégration de ces techniques dans le cycle de conception du produit. Ces techniques doivent ainsi s'interfacer avec les différents corps de métiers et pouvoir être en phase avec le rythme des mises à jour des modèles numériques. La problématique technologique posée est relative à la gestion des données géométriques produites par les bureaux d'études en conception assistée par ordinateur. Ces données sont exhaustives, très nombreuses et ne sont pas manipulables dans un dispositif de réalité virtuelle en raison des contraintes de temps de calcul. Une maquette numérique, possédant une quantité d'informations maîtrisée et dédiée à la réalité virtuelle, est alors nécessaire. Ces travaux ont pour objectif d'apporter des méthodes et outils permettant l'utilisation des techniques de l'immersion virtuelle par les métiers du design automobile. Une chaîne de conversion, simplification et optimisation des données en fonction des critères des métiers du design automobile est proposée pour la création d'une maquette numérique dédiée à l'immersion virtuelle. La gestion en temps réel des données de cette maquette numérique est effectuée en fonction de critères de visualisation de la scène dans un contexte d'immersion virtuelle.