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Titre de la thèse

Contribution à l'étude des modéles d'illumination et des rendus esthètiques dans les images de synthèses .

Titrate these

Contribution to the study of illumination modellings and aesthetic effects in computer-generated graphics .



Resume de la these

L'objectif de cette thèse est de chercher une nouvelle modélisation en vue d'améliorer les rendus réalistes et esthètiques des images de synthèse; car les images de synthèse sont aussi des oeuvres d'art qui s'inspirent aussi de la beauté de la nature. D'autre part, cette modélisation consiste à approximer les lois physiques régissant les phénomènes lumineux; ainsi après avoir parlé des sciences de la lumière et de la couleur, nous parlerons des modéles existants en constatant que les modéles ne sont pas definitifs.
Dans la partie de notre contribution, nous présenterons d'abord une utilisation du traitement des images pour améliorer les images de synthèse au moment de la création; puis nous présentons une extension du mélange des couleurs qui joue un role artistique dans la coloration des images; enfin, nous présentons un modèle d'illumination en incluant un parametre lié à l'absorption; finalement nous présentons une projection générale sur le plan de la visualisation en tenant compte de l'intensité.
Pour terminer , nous disons que: "La science et l'art sont unis."
La jouissance esthètique de l'image de synthèse est que la recherche de la beauté artistique s'associe à l'étude des vérités scientifiques .

Summarize thesis

The aim of this thesis is to try to find a new modeling which will render computer-generated images more realistic and aesthetic, for these images are works of art in their own right which also take their inspiration from the beauty of nature. Furthermore, this modeling consists in adapting the physical laws governing light phenomena. Having dealt with the sciences of light and colour we will examine existing modelings, pointing out that they are not definitive.
As regards our contribution, we will first demonstrate an application of image-processing which improves the computer-generated images at the point of creation. Next, we will show how to extend the range of colour mixtures which plays an artistic role in the colouring of images. Then, we present a lighting modeling which includes a parameter linked to absorption. Finally, we will make a general projection concerning visualization taking intensity into account.
In conclusion, we may say that : " Science and Art united ".
Aesthetic pleasure from computer-generated graphics is that the search for artistic beauty be associated with the study scientific truths .


REFLEXION DIFFUSE [ DIFFUSE REFLEXION ]

- Modèle de Lambert [ Modele of Lambert ] :

Id = kd * I0 * (L.N)

ou [ where ] :
Id = rayon diffus [ diffuse ray ].
I0 = rayon incident [ incidental ray ].
kd = coefficient diffus [ diffuse coefficient ].
N = vecteur normal [ normal vector ], avec |N|=1
L = vecteur lumière [ vector light ], avec |L|=1


- Notre modèle [ our model ] :

Id = kd * M{ Ic , I0 * (L.N) * e -u * (v+F) }

ou [ where ] :
M = fonction de mélange [ function of mixture ].
Ic = couleur de l'objet [ color of the body ].
u = coefficient d'absorption d'un corps [ absorption coefficient of the body ].
v = paramétre désignant un corps [ parametre indicating a body ].
F = distribution liée à la surface [ distribution related to surface ].





REFLEXION SPECULAIRE [ SPECULAR REFLEXION ]

- Modèle de Phong [ Model of Phong ] :

Is = ks * I0 * (R.O)m

ou [ where ] :
Is = rayon spéculaire [ ray specular ].
ks = coefficient spéculaire [ specular coefficient ].
O = vecteur de vue [ vector of view ], avec |O|=1
R = vecteur rayon refléchi [ vector reflected ray ], avec |R|=1
m = coefficient de brillance de Phong [ coefficient of brightness ] .


- Notre modèle [ our model ] :

Is = I0 * ( 1 - (L.N) ) * ks * (R.O)m


REFLEXION TOTALE [ TOTAL REFLECTION ]

Réflexion totale = réflexion diffuse + réflexion spéculaire [ Total reflection = diffuse reflection + specular reflection ]

It = kd * M{ Ic , I0 * (L.N) * e -u * (v+F) } + I0 * ( 1 - (L.N) ) * ks * (R.O)m



MELANGE DE 2 COULEURS [ MIXTURE OF 2 COLORS ]

- Modèle lineaire [ linear model ] :

M{ c1 , c2 } = x * c1 + ( 1 - x ) * c2
x varie de 0 à 1.

Exemple : Pour x = 1/2 [ Example: For x = 1/2 ].
Dans l'espace colorimétrique 3D [ In the space colorimetrique 3D ] .
On a [ One has ] :
Vecteur rouge vif ( 1 0 0 ) plus vecteur vert vif ( 0 1 0 ) donne vecteur jaune foncé ( 1/2 1/2 0 ).
[ Vivid red Vector (1 0 0) more vector vivid green (0 1 0) gives yellow vector bore (1/2 1/2 0). ]


- Notre modèle " quadratique " [ quadratic model ] :

Le mélange de 2 couleurs C1 et C2 est un chemin, en forme quadratique, qui va de C1 à C2.
[ The melange of 2 colours C1 and C2 is a road, in shape quadratique, which goes from C1 has C2. ]

C = Q1(x) * C1 + Q2(x) * C2
ou x varie 0 à 1

Q1(x) et Q2(x) etant 2 formes quadratique en x telles que
[ Being 2 forms quadratique there x such as ] :
Q1(0) = 0 , Q2(0) = 1 ,
Q1(1) = 1 , Q2(1) = 0

Application :
M{ c1 , c2 } = ( 2 * x2 - x ) * c1
+ ( - 4 * x 2 + 4 * x ) * ( y * c1 + y * c2 )
+ ( 2 * x 2 - 3 * x + 1 ) * c2
y varie de 0 à 1.

Remarque : pour y = 1/2 , on retrouve le modele lineaire
[ Remark: for it = 1/2, one finds the modele lineaire ] .
Le melange lineaire est un cas particulier du melange quadratique.

Cas circulaire avec y = 1 [ Circular case with y = 1 ] :
C = ( 3 * x - 2 * x2 ) * C1 + ( 1 + x - 2 * x2 ) * C2

Exemple : Pour x = 1/2 [ Example: For x = 1/2 ] .
Dans l'espace colorimétrique 3D [ In the space colorimetrique 3D ] .
On a [ One has ] :
Vecteur rouge vif ( 1 0 0 ) plus vecteur vert vif ( 0 1 0 ) donne vecteur jaune vif ( 1 1 0 ).
[ Vivid red Vector (1 0 0) more vector vivid green (0 1 0) gives yellow vector vivid (1 1 0). ]


- L'équation du mélange n'est pas unique.
[ the equation of the mixture in not single ].
- La couleur dépend de la matière. La forme du mélange dépend de la nature des couleurs donc de la matière .
[ The colour depend of the matiere. The shape of the melange depend of the nature of colours so of the matiere. ]



TRAITEMENT ET SYNTHESE [ PROCESSING AND SYNTHESIS ]

Après avoir calculé un pixel [ after having calculates a pixel ] x1 ;
on peut y appliquer une fonction de traitement point à point
[ one can apply a function of point-to-point processing to it ] : x2=f(x1) ,
avant d'afficher le pixel [ before displaying the pixel ] x2 .
Soit l'équation d'étalement d'histogramme
[ that is to say the equation of spreading out the histogram ] :
x2 = | x1-m | * ( M - m )-1 * 255
ou [where] :
m=minimum de l'histogramme [ minimum of the histogram ] >= 0.
M=maximum de l'histogramme [ maximum of the histogram ] <= 255.




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"Le thé eveille les humeurs et les pensées sages, il rafraichit le corps et apaise l'esprit.

Si vous êtes abattu, le thé vous rendra la force."