La représentation de phénomènes naturels fait partie des domaines les plus complexes et les plus actifs de la recherche en informatique graphique. Notre compréhension de la nature s'améliorant au fil des années, les chercheurs ne cessent de proposer des nouveaux modèles, toujours plus pertinents les uns que les autres, et permettant de reproduire les différents phénomènes naturels que nous pouvons observer autour de nous, dans la vie de tous les jours. Nous nous sommes intéressés à la représentation du fruit et des différents éléments qui le caractérisent. Le fruit est un objet complexe et, en fonction de la précision requise, sa conception à l'aide de logiciels de modélisation 3D peut très vite devenir compliquée. Notre modèle permet de générer une grande variété de fruits de formes différentes ainsi que les différents éléments de leur structure interne et ce, grâce à l'utilisation d'une seule grammaire. Au sein d'une même espèce, les fruits générés seront tous différents au niveau de leur forme, tout en restant semblables. La seconde partie de nos travaux porte quant à elle sur la représentation des imperfections géométriques qui sont propres aux fruits. Les fruits sont le résultat de l'enchaînement d'un très grand nombre de processus physiologiques complexes qui interagissent fortement entre eux. Lorsque le bon fonctionnement de l'un de ces processus est compromis, cette anomalie se matérialise sur le fruit par l'apparition de défauts au niveau de sa forme. Notre modèle propose une approche simple, basée sur l'utilisation de grammaires, qui permettent d'altérer soit la forme générale d'un fruit soit des parties de sa surface. / One of the largest areas of research in computer graphics deals with natural phenomena representation. Over the years, as our understanding of nature grew, researchers started to propose new ways of simulating the various natural phenomena that we can observe in our everyday life. In this thesis, we focused on the representation of fruits. The fruit is a complex object. Depending on the desired accuracy, modeling a 3D fruit using classic 3D modeling software can become very tedious. We propose a model for generating vast varieties of fruits as well as their internal structure, thanks to the use of a single formal grammar. Each fruit that will be generated using our method will have global features that characterize its species, but it will also have local variations that are specific to it. The second part of ou work involves the representation of geometrical imperfections along the fruit. The fruit is the result of a series of physiological processes that strongly interact with each other. When one of these processes does not work the way it should, this dysfunction is materialized in the form of a shape defect. Our model introduces a simple approach, based on the use of grammars, which will allow us to apply variations on fruits in order to generate various categories of shape defects.

En synthèse d’images, reproduire les effets complexes de la lumière sur des matériaux transluminescents, tels que la cire, le marbre ou la peau, contribue grandement au réalisme d’une image. Malheureusement, ce réalisme supplémentaire est couteux en temps de calcul. Les modèles basés sur la théorie de la diffusion visent à réduire ce coût en simulant le comportement physique du transport de la lumière sous surfacique tout en imposant des contraintes de variation sur la lumière incidente et sortante. Une composante importante de ces modèles est leur application à évaluer hiérarchiquement l’intégrale numérique de l’illumination sur la surface d’un objet. Cette thèse révise en premier lieu la littérature actuelle sur la simulation réaliste de la transluminescence, avant d’investiguer plus en profondeur leur application et les extensions des modèles de diffusion en synthèse d’images. Ainsi, nous proposons et évaluons une nouvelle technique d’intégration numérique hiérarchique utilisant une nouvelle analyse fréquentielle de la lumière sortante et incidente pour adapter efficacement le taux d’échantillonnage pendant l’intégration. Nous appliquons cette théorie à plusieurs modèles qui correspondent à l’état de l’art en diffusion, octroyant une amélioration possible à leur efficacité et précision. / In image synthesis, reproducing the complex appearance of objects with subsurface light scattering, such as wax, marble and skin, greatly contributes to the realism of an image. Unfortunately, this added realism comes at a high computational cost. Models based on diffusion theory aim to reduce this computational cost by simulating the physical behaviour of subsurface light scattering while imposing smoothness constraints on the incident and outgoing light fields. An important component of these models is how they are employed to hierarchically evaluate the numerical integral of lighting over the surface of an object. This thesis will first review the existing literature on realistic subsurface lighting simulation, before investigating in more depth the application and extension of modern diffusion models in image synthesis. In doing so, we propose and evaluate a new hierarchical numerical integration technique that uses a novel frequency analysis of the incident and outgoing light fields to reliably adapt the sampling rate during integration. We realize our resulting theory in the context of several state-of-the-art diffusion models, providing a marked improvement in their efficiency and accuracy.