L'objet de cette thèse est l'étude d'opérateurs de synthèse adaptés à une architecture banalisée. Une attention particulière a été accordée aux opérateurs améliorant l'aspect réaliste des objets synthétisés. Ce travail a abouti à la réalisation d'opérateurs cablés (calcul d'éclairage, apposition des textures) fonctionnant en temps réel. Cette réalisation confère au système une grande interactivité alliée à un haut degré de réalisme

A travers l'étude du système de synthèse d'images réalistes HELIOS, le lecteur pourra au fil des chapitres mesurer la progression technique d'une version du terminal a une autre: HELIOS-I: configuration calculateur satellite, HELIOS-II et III: configuration Console évoluée, GETRIS: configuration station de travail et version commercialisée par la société grenobloise GETRIS-IMAGES. Une attention particulière est portée sur l'impact du choix de conception d'une architecture par rapport aux performances obtenues en temps réel pour des images réalistes en trois dimensions (processeurs, interface de communication, type de mémoires etc)

Les problèmes de visibilité sont centraux pour bien des applications en synthèse d'images. Les exemples les plus classiques sont le calcul de vue, les limites d'ombres, la visibilité mutuelle de paires de points, etc. Nous présentons tout d'abord une étude théorique des propriétés de visibilité tridimensionnelle dans l'espace des rayons lumineux. Nous regroupons les rayons qui voient le même objet, ce qui définit le complexe de visibilité 3D. Les frontières de ces groupes de rayons décrivent les événements visuels de la scène (limites d'ombres, apparition d'objets lors du déplacement d'un observateur, etc.). Nous simplifions le complexe de visibilité en un graphe de l'espace des droites que nous appelons le squelette de visibilité. Les événements visuels sont les arcs de ce graphe, et notre algorithme de construction évite le traitement complexe des ensembles 1D de droites correspondants. Nous calculons uniquement les extrémités (droites à 0 degré de liberté) de ces ensembles, et les événements visuels sont déduits topologiquement grâce à un catalogue d'adjacences. Notre implémentation montre que le squelette est plus robuste, plus général et plus efficace que les structures antérieures. Nous avons appliqué le squelette de visibilité à la simulation de l'éclairage, où il permet des calculs plus précis de manière plus rapide. Nous avons également développé un précalcul pour l'affichage de scènes très complexes. Nous calculons l'ensemble des objets potentiellement visibles depuis un volume de l'espace. Notre méthode est la première qui prend en compte l'occultation due à la conjonction de plusieurs bloqueurs dans ce contexte. Nos tests d'occultation sont effectués grâce à des projections étendues sur des plans, ce qui les rend simples, efficaces et robustes. Nous proposons enfin un vaste tour d'horizon des travaux sur la visibilité dans différents domaines.