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

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.

Cette thèse s'intéresse à la génération d'illustrations "non-photoréalistes" (imitant par exemple des dessins ou des peintures) à partir de scènes 3D. L'abstraction ou la stylisation apportent à ce type de rendu des qualités communicatives, esthétiques et expressives qui le distinguent de la synthèse d'images classique. Les objectifs sont, d'une part, de fournir à l'utilisateur un contrôle flexible sur le style du rendu non-photoréaliste et, d'autre part, de proposer une formulation du style qui en permette la réutilisation pour le rendu de différentes scènes 3D. Nous avons choisi d'adopter une approche programmable qui s'appuie sur le postulat selon lequel les attributs de style (couleur, épaisseur, ...) sont choisis en fonction d'informations génériques de la scène (nature des lignes, discontinuité en profondeur, ...), et s'inspire des approches procédurales (telles que Pixar Renderman). L'idée consiste à exprimer un style comme un ensemble de procédures spécifiant les relations attributs/informations : l'utilisateur "programme" une feuille de style qui peut ensuite être utilisée pour le rendu de plusieurs scènes 3D différentes ou de plusieurs images d'une séquence animée. Cette approche est la première à offrir à la fois un contrôle flexible sur le style du rendu et une formulation réutilisable de ce style.

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.

Le rendu expressif a pour objectif de développer des algorithmes qui donnent la possibilité aux utilisateurs de créer des images artistiques. Il permet non-seulement de reproduire des styles traditionnels, mais surtout de communiquer un message spécifique avec un style qui lui correspond. Dans ce manuscrit, nous proposons de nouvelles solutions pour réintroduire la forme, souvent masquée dans les images réalistes. Nous montrons tout d'abord comment extraire les informations de surface pertinentes sur des objets 3D dynamiques, en nous basant sur les caractéristiques du système visuel humain, de sorte à obtenir des informations qui fournissent des niveaux de détail automatiques tout en prenant le point de vue en compte. Dans un deuxième temps, nous utilisons ces données extraites à la surface des objets 3D pour les intégrer en temps réel dans des styles variés, allant du rendu minimaliste noir et blanc au dessin au trait, en passant par des résultats réalistes. / Expressive rendering aims at designing algorithms that give users the possibility to create artistic images. It allows to produce traditional styles, but also to convey a specific message with its corresponding style. In this thesis, we propose new solutions for enhancing shape, often hidden in realistic images. We first show how to extract relevant surface features on 3D dynamic scenes, taking the human visual system into account, in order to be able to control level-of-details. In a second step, we integrate this information in a variety of styles: minimalist black and white, realistic, or line-based renderings.

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.