L'objectif principal de ce travail est de proposer des outils pour une synthèse en temps-réel, réaliste et expressive, des sons résultant d'interactions physiques entre objets dans une scène virtuelle. De fait, ces effets sonores, à l'exemple des bruits de collisions entre solides ou encore d'interactions continues entre surfaces, ne peuvent être prédéfinis et calculés en phase de pré-production. Dans ce cadre, nous proposons deux approches, la première basée sur une modélisation des phénomènes physiques à l'origine de l'émission sonore, la seconde basée sur le traitement d'enregistrements audio. Selon une approche physique, la source sonore est traitée comme la combinaison d'une excitation et d'un résonateur. Dans un premier temps, nous présentons une technique originale traduisant la force d'interaction entre surfaces dans le cas de contacts continus, tel que le roulement. Cette technique repose sur l'analyse des textures utilisées pour le rendu graphique des surfaces de la scène virtuelle. Dans un second temps, nous proposons une méthode d'analyse modale robuste et flexible traduisant les vibrations sonores du résonateur. Outre la possibilité de traiter une large variété de géométries et d'offrir une multi-résolution des paramètres modaux, la méthode permet de résoudre le problème de cohérence entre simulation physique et synthèse sonore, problème fréquemment rencontré en animation. Selon une approche empirique, nous proposons une technique de type granulaire, exprimant la synthèse sonore par un agencement cohérent de particules ou grains sonores. La méthode consiste tout d'abord en un prétraitement d'enregistrements destiné à constituer un matériel sonore sous forme compacte. Ce matériel est ensuite manipulé en temps réel pour, d'une part, une resynthèse complète des enregistrements originaux, et d'autre part, une utilisation flexible en fonction des données reportées par le moteur de simulation et/ou de procédures prédéfinies. Enfin, l'intérêt est porté sur les sons de fracture, au vu de leur utilisation fréquente dans les environnements virtuels, et en particulier les jeux vidéos. Si la complexité du phénomène rend l'emploi d'un modèle purement physique très coûteux, l'utilisation d'enregistrements est également inadaptée pour la grande variété de micro-événements sonores. Le travail de thèse propose ainsi un modèle hybride et des stratégies possibles afin de combiner une approche physique et une approche empirique. Le modèle ainsi conçu vise à reproduire l'événement sonore de la fracture, de son initiation à la création de micro-débris.

Le bruit des moteurs diesel fait l'objet d'un intérêt particulier de la part des constructeurs automobile dans leur démarche d'assurer la qualité d'une voiture. Le bruit diesel au ralenti est un bruit impulsif répétitif qui peut provoquer la gêne auditive et, de ce fait, son étude perceptive est d'une grande importance. La présente thèse adopte une approche pluridisciplinaire des bruits diesel au ralenti dans le contexte de trois domaines scientifiques: l'acoustique automobile, les méthodes de traitement du signal temps-fréquence et la perception auditive. La problématique complexe du bruit moteur est exposée en décrivant la nature physique et la signature sonore des multiples sources acoustiques du groupe moto-propulseur, ainsi que les mécanismes associés au bruit de roulement et d'écoulement. L'accent est mis sur les caractéristiques rythmiques du bruit diesel au ralenti. L'apport principal dans le domaine du traitement du signal réside dans le développement d'un algorithme d'analyse temps-fréquence et de synthèse granulaire. Cet algorithme est basé sur l'analyse d'un cycle moteur et l'extraction des paramètres pour la synthèse granulaire à l'aide du module et de la phase de la transformée de Gabor et ses dérivées. La méthode fournit une décomposition parcimonieuse du signal sur un nombre restreint d'atomes temps-fréquence et permet la reconstruction du bruit moteur par périodisation d'un cycle moteur de synthèse. Une approche perceptive originale consiste à découper en zones temps-fréquence le cycle moteur de synthèse et de modifier les paramètres des atomes constituant cette zone. Les tests de préférence et de catégorisation effectués sur les sons de synthèse avec une modification du niveau des atomes dans les zones temps-fréquence a permis de mettre en évidence l'influence du niveau et du timbre des zones, mais également l'existence d'un facteur rythmique dans la perception des bruits diesel au ralenti dû au regroupement des zones en flux auditifs. Cette observation suggère la prise en compte de ce facteur rythmique dans l'étude perceptive des bruits moteur en ralenti et, plus globalement, des bruits impulsifs répétitifs.

Suite à un état de l'art détaillant la création et l'utilisation de l'espace sonore dans divers environnements urbains virtuels (soundmaps, jeux vidéo, réalité augmentée), il s'agira de déterminer une méthodologie et des techniques de conception pour les espaces sonores urbains virtuels du point de vue de l'immersion, de l'interface et de la dramaturgie.ces développements se feront dans le cadre du projet terra dynamica, tendant vers une utilisation plurielle de la ville virtuelle (sécurité et sureté, transports de surface, aménagement de l'urbanisme, services de proximité et citoyens, jeux). le principal objectif du doctorat sera de déterminer des réponses informatiques concrètes à la problématique suivante : comment, en fonction de leur utilisation anticipée, les espaces sonores urbains virtuels doivent-ils être structurés et avec quels contenus?la formalisation informatique des solutions étayées au fil du doctorat et la création du contenu sonore illustrant le projet seront basés sur l'analyse de données scientifiques provenant de domaines variés tels que la psychologie de la perception, l'architecture et l'urbanisme, l'acoustique, la recherche esthétique (musicale) ainsi que sur l'observation et le recueil de données audio-visuelles du territoire urbain, de manière à rendre compte tant de la richesse du concept d'espace sonore que de la multiplicité de ses déclinaisons dans le cadre de la ville virtuelle. / In video gaming and interactive media, the making of complex sound ambiences relies heavily on the allowed memory and computational resources. So a compromise solution is necessary regarding the choice of audio material and its treatment in order to reach immersive and credible real-time ambiences. Alternatively, the use of procedural audio techniques, i.e. the generation of audio content relatively to the data provided by the virtual scene, has increased in recent years. Procedural methodologies seem appropriate to sonify complex environments such as virtual cities.In this thesis we specifically focus on the creation of interactive urban sound ambiences. Our analysis of these ambiences is based on the Soundscape theory and on a state of art on game oriented urban interactive applications. We infer that the virtual urban soundscape is made of several perceptive auditory grounds including a background. As a first contribution we define the morphological and narrative properties of such a background. We then consider the urban background sound as a texture and propose, as a second contribution, to pinpoint, specify and prototype a granular synthesis tool dedicated to interactive urban sound backgrounds.The synthesizer prototype is created using the visual programming language Pure Data. On the basis of our state of the art, we include an urban ambiences recording methodology to feed the granular synthesis. Finally, two validation steps regarding the prototype are described: the integration to the virtual city simulation Terra Dynamica on the one side and a perceptive listening comparison test on the other.

Suite à un état de l'art détaillant la création et l'utilisation de l'espace sonore dans divers environnements urbains virtuels (soundmaps, jeux vidéo, réalité augmentée), il s'agira de déterminer une méthodologie et des techniques de conception pour les espaces sonores urbains virtuels du point de vue de l'immersion, de l'interface et de la dramaturgie.ces développements se feront dans le cadre du projet terra dynamica, tendant vers une utilisation plurielle de la ville virtuelle (sécurité et sureté, transports de surface, aménagement de l'urbanisme, services de proximité et citoyens, jeux). le principal objectif du doctorat sera de déterminer des réponses informatiques concrètes à la problématique suivante : comment, en fonction de leur utilisation anticipée, les espaces sonores urbains virtuels doivent-ils être structurés et avec quels contenus?la formalisation informatique des solutions étayées au fil du doctorat et la création du contenu sonore illustrant le projet seront basés sur l'analyse de données scientifiques provenant de domaines variés tels que la psychologie de la perception, l'architecture et l'urbanisme, l'acoustique, la recherche esthétique (musicale) ainsi que sur l'observation et le recueil de données audio-visuelles du territoire urbain, de manière à rendre compte tant de la richesse du concept d'espace sonore que de la multiplicité de ses déclinaisons dans le cadre de la ville virtuelle. / In video gaming and interactive media, the making of complex sound ambiences relies heavily on the allowed memory and computational resources. So a compromise solution is necessary regarding the choice of audio material and its treatment in order to reach immersive and credible real-time ambiences. Alternatively, the use of procedural audio techniques, i.e. the generation of audio content relatively to the data provided by the virtual scene, has increased in recent years. Procedural methodologies seem appropriate to sonify complex environments such as virtual cities.In this thesis we specifically focus on the creation of interactive urban sound ambiences. Our analysis of these ambiences is based on the Soundscape theory and on a state of art on game oriented urban interactive applications. We infer that the virtual urban soundscape is made of several perceptive auditory grounds including a background. As a first contribution we define the morphological and narrative properties of such a background. We then consider the urban background sound as a texture and propose, as a second contribution, to pinpoint, specify and prototype a granular synthesis tool dedicated to interactive urban sound backgrounds.The synthesizer prototype is created using the visual programming language Pure Data. On the basis of our state of the art, we include an urban ambiences recording methodology to feed the granular synthesis. Finally, two validation steps regarding the prototype are described: the integration to the virtual city simulation Terra Dynamica on the one side and a perceptive listening comparison test on the other.