Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse s'intéresse à la distribution de primitives graphiques dans les domaines du rendu expressif et des systèmes d'impressions. Une distribution est le placement d'objets dans un espace, dans notre cas un espace à deux dimensions. Cette distribution suit une fonction d'importance décrivant la densité de primitives souhaitée en chacun des points de l'espace. La qualité de la distribution se mesure par l'observation de la position des objets placés, notamment au moyen d'analyses spectrales. Dans le domaine du rendu expressif, nous nous intéressons à la distribution de points dans le cadre du rendu animé à base de marques. Le rendu à base de marques permet d'obtenir des images mimant des médias traditionnels tels que la peinture. L'animation est obtenue en déplaçant les marques d'une image à l'autre. Pour obtenir un rendu visuellement satisfaisant, les marques doivent suivre un mouvement en entrée et remplir l'image suivant une fonction d'importance pour correctement représenter le style visé. De plus, les changements brutaux sont à éviter. Nous appelons cohérence temporelle le compromis entre ces trois contraintes. Nous développons une approche complète pour le rendu animé à base de marques proposant plusieurs méthodes de distribution de marques ainsi qu'un mécanisme de contrôle du style. Dans le cadre des systèmes d'impressions, nous proposons une méthode de distribution de points d'encre avec de bonnes qualités d'un point de vue perceptif, supprimant les répétitions présentes dans les travaux précédents. Cette méthode est suffisamment peu coûteuse en temps de calcul pour être utilisée par les imprimantes actuelles.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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En informatique graphique, le rendu des matériaux occupe une place très importante dans la qualité de l’image finale. De nombreux modèles ont contribué à améliorer l’apparence des matériaux. Aujourd’hui, certains matériaux restent encore difficiles à représenter à cause de leur complexité. Parmi ceux ci,la famille des matériaux anisotropes reste peu étudiée et complexe. Dans cette thèse nous proposons une meilleure compréhension des matériaux anisotropes au travers d’un modèle pour les représenter ainsi qu’un outil permettant de mieux en contrôler l’apparence. Notre modèle de matériaux brossés ou rayés se base sur la simulation du transport lumineux au sein de la micro-géométrie d’une rayure pour restituer tous les détails en conservant des temps de rendus suffisamment courts pour rendre la scène de manière interactive.Notre outil d’édition des reflets anisotropes utilise le champ d’orientation des BRDF pour donner à l’utilisateur l’impression de dessiner ou de déformer des reflets directement sur l’objet. / In computer graphics, material appearance is a fundamental component of the final image quality. Many models have contributed to improve material appearance. Today, some materials remains hard to represent because of their complexity. Among them, anisotopic materials are especially complex and little studied. In this thesis, we propose a better comprehension of anisotropic materials providing a representation model and an editing tool to control their appearance. Our scratched material model is based on a light transport simulation in the micro-geometry of a scratch, preserves all the details and keeps an interactive rendering time. Our anisotropic reflections edition tool uses BRDF orientation fields to give the user the impression to draw or deform reflections directly on the surface.

La communication visuelle tire profit de la grande variété d'apparences qu'une image peut avoir. En ignorant les détails, les images simplifiées concentrent l'attention de l'observateur sur le contenu essentiel à transmettre. Les images stylisées, qui diffèrent de la réalité, peuvent suggérer une information subjective ou imaginaire. Des variations plus subtiles, comme le changement de l'éclairage dans une photographie, ont également un impact direct sur la façon dont le message transmis va être interprété. Le but de cette thèse est de permettre à un utilisateur de manipuler le contenu visuel et créer des images qui correspondent au message qu'il cherche à transmettre. Nous proposons plusieurs manipulations qui modifient, simplifient ou stylisent des images pour augmenter leur pouvoir d'expression. Nous présentons d'abord deux méthodes pour enlever les détails d'une photographie ou d'une vidéo. Le résultat de cette simplification met en valeur les structures importantes de l'image. Nous introduisons ensuite une nouvelle primitive vectorielle, nommée Courbe de Diffusion, qui facilite la création de dégradés de couleurs et de flou dans des images vectorielles. Les images créées avec des courbes de diffusion présentent des effets complexes qui sont difficiles à reproduire avec les outils vectoriels existants. Dans une seconde partie, nous proposons deux algorithmes pour la création d'animations stylisées à partir de vidéos et de scènes 3D. Ces deux méthodes produisent des animations qui ont l'apparence 2D de média traditionnels comme l'aquarelle. Nous décrivons enfin une approche pour décomposer l'information d'illumination et de réflectance dans une photographie. Nous utilisons des indications utilisateurs pour résoudre ce problème sous-contraint. Les différentes manipulations d'image proposées dans ce mémoire facilitent la création d'une variété de représentations visuelles, comme illustré par nos résultats.

Le rendu expressif a pour objectif de créer des algorithmes permettant aux de contrôler la manière dont les images de synthèse sont créées. Plus précisément, il s'agit de laisser aux utilisateurs la possibilité de faire passer un message spécifique dans un style donné, même s'il faut pour cela s'éloigner des techniques d'éclairement physiquement réalistes. Dans cette thèse, nous proposons une formalisation du rendu expressif, en décomposant le message à communiquer dans une scène 3D et le style utilisé pour créer l'image finale. Au cours de ce manuscrit, nous nous concentrons sur deux domaines ayant la particularité de s'appuyer sur un message commun : la mise en valeur de la forme des objets dans des scènes dynamiques. Dans la première partie de ce mémoire, nous proposons de nouvelles solutions pour exagérer les détails de surface à travers le rendu. Nous montrons notamment comment extraire des informations pertinentes sur la forme des objets en prenant les caractéristiques du système visuel humain en compte. Notre approche permet ainsi de déterminer des informations dépendantes du point de vue, qui fournissent des niveaux de détail automatiques de manière dynamique. Nous nous servons ensuite de ce message pour modifier l'éclairement et l'introduire dans des styles variés, allant du rendu minimaliste noir et blanc, au rendu réaliste. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous proposons une nouvelle approche pour communiquer la forme des objets via le dessin au trait. Nous introduisons une définition générale des lignes, cohérente spatialement et temporellement, et capable d'identifier de nombreux types de détails. Nous montrons ensuite comment appliquer une stylisation implicite le long de ces lignes, de sorte à obtenir des effets et styles originaux qui s'adaptent parfaitement aux détails de surface. Nous discutons enfin plus en détail des limitations de chacune de ces approches dans une troisième partie. Nous montrons que notre perception de l'apparence est un élément essentiel sur lequel nous pourrions nous appuyer dans des travaux futurs. Les messages et styles dont nous parlons pourraient évoluer en un modèle plus intuitif et plus cohérent.

L'édition, la création, et le design digital mènent la flexibilité des ordinateurs vers l'acte de création. La quasi-absence de conséquences par l'expérimentation peut être à la fois une bonne et une mauvaise chose. Bien que la flexibilité des ordinateurs encourage l'exploration d'idées artistiques, elle peut également la freiner, en proposant trop d'options mal-adaptées. Un grand défi pour le développement des logiciels graphiques aujourd'hui est de tirer parti de la flexibilité sans précédent des ordinateurs, tout en offrant à l'utilisateur le niveau de contrôle adapté à ses besoins. La difficulté quand on développe un tel système est fortement influencée par l'attente que l'utilisateur place dans le travail effectué par l'ordinateur. L'ordinateur étant considéré comme un assistant dans le processus de création, on attend de lui qu'il soit 'assez intelligent' pour mériter ce rang. Habituellement, nous n'acceptons pas bien quand le résultat d'une telle assistance n'est pas satisfaisante. Cependant, le niveau d'attente et, par conséquence, de satisfaction, varie en fonction de l'utilisateur. Les utilisateurs novices ont tendance à être moins exigeants et sont satisfaits quand ils peuvent créer des résultats intéressants avec peu d'intervention humaine. Les utilisateurs professionnels, d'un autre côté, ont des besoins différents. Ils recherchent des logiciels assez performants pour automatiser leurs taches, mais qui leur laissent assez de contrôle sur le résultat obtenu. Pour cette catégorie d'utilisateurs, plus l'impact du logiciel sur le résultat est important, plus ils veulent avoir le contrôle sur la façon dont est obtenu ce résultat. Dans cette thèse, nous démontrons que l'ordinateur peut être un assistant précieux dans le processus de création visuel du moment que des systèmes d'interaction adaptés existent. L'adaptation est donc un aspect important car, à différents niveaux, les utilisateurs veulent pouvoir contrôler le résultat afin d'exprimer leur style et leur créativité. La thèse présente deux scénarios différents qui démontrent que la contrôlabilité joue un rôle majeur dans l'expressivité : une technique temps-réel pour grouper des scènes 3d dynamiques pour obtenir automatiquement un résultat sur lequel on peut facilement appliquer un style de rendu arbitraire; et plusieurs dérivées d'une primitive de dessin vectoriel appelée Diffusion Curves qui contraignent et contrôlent la création de dégradés de couleurs complexes. La thèse propose, d'un coté, des représentations mathématiques et algorithmiques adaptées avec différents niveaux de contrôle sur les algorithmes de rendu expressif qui manipulent des scènes bi et tridimensionnelles; et, d'un autre coté, de traduire ces outils en interface intuitive pour l'utilisateur.

Les travaux que j'ai pu mener durant ma these peuvent etre organises selon trois themes. <br />Premierement, j'ai etudie les problemes de representation souleves par la production d'images ou d'animations a caractere expressif (c'est a dire introduisant l'expressivite d'un utilisateur/artiste). Cela <br />m'a mene a proposer des solutions a des problemes concrets dans ce domaine. En second lieu, j'ai etudie les methodes d'acquisition de style a partir d'exemples fournis par l'utilisateur/artiste. <br />En particulier j'ai pu produire des systemes d'acquisition operant sur des images vectorielles ou bitmap. Pour finir, j'ai tente de tisser des liens entre le domaine fascinant de la perception visuelle et les methodes de representation ou d'acquisition, donnant ainsi un cadre d'etude commun a de nombreuses approches de rendu expressif, de prime abord heterogenes.

La communication visuelle est un outil extrêmement efficace pour transmettre un message. En fonction du but de l'auteur de l'image, différentes représentions sont possibles allant d'une représentation photoréaliste à un dessin ou une peinture, voire à des schémas. Cette HDR présente des outils informatiques visant à améliorer le processus de création d'images. Cette création peut passer par le rendu d'un modèle 3D, la traitement d'un film ou d'une image mais aussi le dessin direct. Ces travaux reposent sur deux principes. Premièrement il est fondamental de trouver un bon compromis entre la production manuelle et la production automatique. L'enjeu est de trouver les bons outils de contrôle à laisser au créateur tout en lui simplifiant la tache le plus possible. Pour cela le créateur doit être intégré dans le processus de conception même de l'outil. Deuxièmement, partant du principe qu'une image est faite pour être vue par le système visuel, nous pouvons nous appuyer sur les connaissances actuelles en perception humaine pour guider nos algorithmes. Cela permet d'obtenir des images pertinentes et des outils efficaces pour le créateur et pour le spectateur de l'image.