La simulation de matériaux physico-réalistes est un processus demandant beaucoup de calcul. Les images de synthèse étant destinées aux observateurs humains, nous pouvons utiliser les limitations de notre système visuel pour simplifier le modèle de rendu, en évitant le calcul d’information invisible. Cela s’appelle le réalisme perceptif. Nous nous intéressons à la simulation de peintures d’automobiles, en particulière aux peintures scintillantes à paillettes métalliques. Nous essayons d’améliorer le réalisme perceptif de deux manières : en utilisant de la visualisation stéréoscopique pour apporter de l’information de profondeur additionnelle à partir de la disparité binoculaire ; et en conservant autant d‘information perceptive de la luminance originale que possible. La gamme dynamique illimitée d’une scène réelle est réduite lorsqu’une image est traitée dans des dispositifs à une gamme dynamique plus basse dans la chaîne d’acquisition et de visualisation. Pour assurer un réalisme perceptive, nous proposons une méthodologie reposant sur la caractérisation des dispositifs, l’acquisition d’information radiométrique, et des validations visuo-perceptives. En remplaçant l’œil humain par un appareil photo numérique, en tant qu’intégrateur tristimulaire d’information radiométrique, nous réalisons des comparaisons visuelles entre des échantillons réels et des photographies pour estimer la valeur d’exposition qui maximise le réalisme perceptif dans un environnement d’observation contrôlé. Ces résultats sont ensuite contrastés avec plusieurs méthodes de reproduction tonale, afin d’analyser les effets perceptifs de certains attributs d’image tels que l’exposition, la gamme dynamique, la brillance, et le contraste. Nous proposons également une méthodologie complète pour simuler des scènes réelles qui soient comparables, d’un point vue radiométrique et colorimétrique, aux photographies de la même scène. En assurant des images simulées correctes, cette méthodologie établie les bases face à une future intégration de nos observations dans le moteur de rendu. / The simulation of physico-realistic materials is a process that requires a lot of computation. Since the images are meant to be seen by human observers, we can use the limitations of their visual system to simplify the rendering model, avoiding redundant information that will not be seen. This is known as perceptual realism. Focusing on the simulation of automobile paint coatings, with special attention to metallic-flaked coatings with a sparkling appearance, we try to improve perceptual realism in two ways: using stereoscopic visualization, to provide additional depth information from binocular disparity; and preserving as much of the original perceptual luminance information as possible. The unlimited luminance levels, or dynamic range, of a real scene must be reduced as an image is processed by lower-dynamic range media throughout the acquisition and visualization chain. To ensure perceptual accuracy throughout this process, we propose a methodology consisting on device characterization, radiometric acquisition, and visuo-perceptual validations. Replacing the human eye by a DSLR camera, as a trichromatic color integrator of radiometric information, we perform visual comparisons of real samples and photographs to estimate the image exposure that maximizes perceptual accuracy under a controlled observation environment. These results are then contrasted with different tone reproduction methods, in order to analyze the effects on texture perception of specific image attributes like exposure, dynamic range, brightness, and contrast. We also propose a full methodology to produce simulations of a real scene, which are radiometrically and colorimetrically comparable to photographs of the same scene. By ensuring that the simulation produces correct images, this methodology lays the foundations for a future integration of our observations into the rendering engine.

Les procédés bipolaires semi-conducteurs complémentaires à oxyde de métal (BiCMOS) peuvent être considérés comme étant la solution la plus généralepour les produits RF car ils combinent la fabrication sophistiquée du CMOSavec la vitesse et les capacités de conduction des transistors bipolaires silicium germanium(SiGe) à hétérojonction (HBT). Les HBTs, réciproquement, sontles principaux concurrents pour combler partiellement l'écart de térahertzqui décrit la plage dans laquelle les fréquences générées par les transistors etles lasers ne se chevauchent pas (environ 0.3 THz à 30 THz). A_n d'évaluerles capacités de ces dispositifs futurs, une méthodologie de prévision fiable estsouhaitable. L'utilisation d'un ensemble hétérogène d'outils et de méthodes desimulations permet d'atteindre successivement cet objectif et est avantageusepour la résolution des problèmes. Plusieurs domaines scientifiques sont combinés, tel que la technologie de conception assistée par ordinateur (TCAO),la modélisation compacte et l'extraction des paramètres.Afin de créer une base pour l'environnement de simulation et d'améliorerla confirmabilité pour les lecteurs, les modèles de matériaux utilisés pour lesapproches hydrodynamiques et de diffusion par conduction sont introduits dèsle début de la thèse. Les modèles physiques sont principalement fondés surdes données de la littérature basées sur simulations Monte Carlo (MC) ou dessimulations déterministes de l'équation de transport de Boltzmann (BTE).Néanmoins, le module de TCAO doit être aussi étalonné sur les données demesure pour une prévision fiable des performances des HBTs. L'approchecorrespondante d'étalonnage est basée sur les mesures d'une technologie depointe de HBT SiGe pour laquelle un ensemble de paramètres spécifiques àla technologie du modèle compact HICUM/L2 est extrait pour les versionsdu transistor à haute vitesse, moyenne et haute tension. En s'aidant de cesrésultats, les caractéristiques du transistor unidimensionnel qui sont généréesservent de référence pour le profil de dopage et l'étalonnage du modèle. Enélaborant des comparaisons entre les données de références basées sur les mesureset les simulations, la thèse fait progresser l'état actuel des prévisionsbasées sur la technologie CAO et démontre la faisabilité de l'approche.Enfin, une technologie future de 28nm performante est prédite en appliquantla méthodologie hétérogène. Sur la base des résultats de TCAO, leslimites de la technologie sont soulignées. / Bipolar complementary metal-oxide-semiconductor (BiCMOS) processescan be considered as the most general solution for RF products, as theycombine the mature manufacturing tools of CMOS with the speed and drivecapabilities of silicon-germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistors(HBTs). HBTs in turn are major contenders for partially filling the terahertzgap, which describes the range in which the frequencies generated bytransistors and lasers do not overlap (approximately 0.3THz to 30 THz). Toevaluate the capabilities of such future devices, a reliable prediction methodologyis desirable. Using a heterogeneous set of simulation tools and approachesallows to achieve this goal successively and is beneficial for troubleshooting.Various scientific fields are combined, such as technology computer-aided design(TCAD), compact modeling and parameter extraction.To create a foundation for the simulation environment and to ensure reproducibility,the used material models of the hydrodynamic and drift-diffusionapproaches are introduced in the beginning of this thesis. The physical modelsare mainly based on literature data of Monte Carlo (MC) or deterministicsimulations of the Boltzmann transport equation (BTE). However, the TCADdeck must be calibrated on measurement data too for a reliable performanceprediction of HBTs. The corresponding calibration approach is based onmeasurements of an advanced SiGe HBT technology for which a technology specific parameter set of the HICUM/L2 compact model is extracted for thehigh-speed, medium-voltage and high-voltage transistor versions. With thehelp of the results, one-dimensional transistor characteristics are generatedthat serve as reference for the doping profile and model calibration. By performingelaborate comparisons between measurement-based reference dataand simulations, the thesis advances the state-of-the-art of TCAD-based predictionsand proofs the feasibility of the approach.Finally, the performance of a future technology in 28nm is predicted byapplying the heterogeneous methodology. On the basis of the TCAD results,bottlenecks of the technology are identified. / Bipolare komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (BiCMOS) Prozesse bietenhervorragende Rahmenbedingungen um Hochfrequenzanwendungen zurealisieren, da sie die fortschrittliche Fertigungstechnik von CMOS mit derGeschwindigkeit und Treiberleistung von Silizium-Germanium (SiGe) Heterostruktur-Bipolartransistoren (HBTs) verknüpfen. Zudem sind HBTs bedeutendeWettbewerber für die teilweise Überbrückung der Terahertz-Lücke, derFrequenzbereich zwischen Transistoren (< 0.3 THz) und Lasern (> 30 THz).Um die Leistungsfähigkeit solcher zukünftigen Bauelemente zu bewerten, isteine zuverlässige Methodologie zur Vorhersage notwendig. Die Verwendungeiner heterogenen Zusammenstellung von Simulationstools und Lösungsansätzenerlaubt es dieses Ziel schrittweise zu erreichen und erleichtert die Fehler-_ndung. Verschiedene wissenschaftliche Bereiche werden kombiniert, wie zumBeispiel der rechnergestützte Entwurf für Technologie (TCAD), die Kompaktmodellierungund Parameterextraktion.Die verwendeten Modelle des hydrodynamischen Simulationsansatzes werdenzu Beginn der Arbeit vorgestellt, um die Simulationseinstellung zu erläuternund somit die Nachvollziehbarkeit für den Leser zu verbessern. Die physikalischenModelle basieren hauptsächlich auf Literaturdaten von Monte Carlo(MC) oder deterministischen Simulationen der Boltzmann-Transportgleichung(BTE). Für eine zuverlässige Vorhersage der Eigenschaften von HBTs muss dieTCAD Kon_guration jedoch zusätzlich auf der Grundlage von Messdaten kalibriertwerden. Der zugehörige Ansatz zur Kalibrierung beruht auf Messungeneiner fortschrittlichen SiGe HBT Technologie, für welche ein technologiespezifischer HICUM/L2 Parametersatz für die high-speed, medium-voltage undhigh-voltage Transistoren extrahiert wird. Mit diesen Ergebnissen werden eindimensionaleTransistorcharakteristiken generiert, die als Referenzdaten fürdie Kalibrierung von Dotierungspro_len und physikalischer Modelle genutztwerden. Der ausführliche Vergleich dieser Referenz- und Messdaten mit Simulationengeht über den Stand der Technik TCAD-basierender Vorhersagenhinaus und weist die Machbarkeit des heterogenen Ansatzes nach.Schlieÿlich wird die Leistungsfähigkeit einer zukünftigen Technologie in28nm unter Anwendung der heterogenen Methodik vorhergesagt. Anhand derTCAD Ergebnisse wird auf Engpässe der Technologie hingewiesen.