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Automating the tasks of authoring textures and materials for 3D virtual worlds is in high demand in the film and video game industry. In this context, we are interested in stochastic structured textures (and by extension to materials), among the most widespread. Characterized by spatially varying properties, they are particularly difficult to reproduce by by-example synthesis methods and have been the subject of little research work. We propose a new method of textures and materials synthesis, called semi-procedural, consisting in separating the synthesis of the structure, from that of the color details. The structure, procedural, uses a new generic sparse convolutional noise function that is infinite, repeatless, coherent, editable and controllable. The details are generated by-example via an automatic parallel optimization approach resulting in visual similarity. This method takes advantage of the best world of procedural and by-example synthesis: results faithful to examples, low storage cost representation, ability to synthesize on the fly, high degree of control, and scalability.; L’automatisation des tâches de création de textures et de matériaux des mondes virtuels 3D est en forte demande dans l'industrie du film et des jeux vidéo. Dans ce cadre, nous nous intéressons aux textures stochastiques structurées (et par extension aux matériaux), parmi les plus répandues. Caractérisées par des propriétés variant spatialement, elles sont particulièrement difficiles à reproduire par les méthodes de synthèse par l’exemple et ont fait l’objet de peu de travaux de recherche. Nous proposons une nouvelle méthode de synthèse de textures et de matériaux, dite semi-procédurale, consistant à séparer la synthèse de la structure, de celle des détails de couleur. La structure, procédurale, utilise une nouvelle fonction générique de bruit à convolution parcimonieuse, infinie, sans répétition, cohérente, éditable et contrôlable. Les détails sont générés par l’exemple via une approche d'optimisation parallèle automatique engendrant une similitude visuelle. Cette méthode tire parti du meilleur du monde de la synthèse procédurale et par l’exemple : résultats fidèles aux exemples, représentation à faible coût de stockage, possibilité de synthétiser à la volée, degré élevé de contrôle, et passage à l’échelle.

Ribbons are a thin structure intermediate between rods and shells. They are used to model a wide range of real objects at various scales. For example, at the nanoscopic scale we find proteins or DNA molecules that can be represented by ribbons. At the mesoscopic scale we find strips of fabric or paper. And at the macroscopic scale, ribbons are becoming popular in architecture, for example to build deployable structures. While many numerical models have been developed in the last decades for rods and plates, very few are specific to ribbons. In this thesis, we propose a robust and efficient numerical model to calculate the stable equilibrium states of a naturally flat or curved ribbon. Our contribution can be divided into three parts.First, the establishment of the numerical model relies on the analytic description of van der Heijden and Audoly. The spatial discretization is based on elements with linear normal curvature and quadratic geodesic torsion in the curvilinear abscissa, which allows a great richness of kinematic representations while guaranteeing the perfect inextensibility of the ribbon. The stable equilibria are calculated by minimizing the gravitational and elastic energies of the ribbon according to the Sadowsky or Wunderlich formulation, under developability constraints. The ribbon can be clamped at one or both of its extremities. Also, the contact is managed between the ribbon and one or more planes.In a second contribution, we compare our ribbon model to the super-clothoid rod model and the Naghdi shell model. Being more general, the shell model gives the same equilibria as our model. However, being non-specific, the shell model takes several minutes a given equilibrium, compared to the few seconds needed for our model. We thus validate the latter, while showing its effectiveness. However, the rod model with a flat cross-section does not reach the same equilibria, showing the usefulness of a ribbon model.Finally, we carry out a series of experiments, in particular the calculation of a heavy Moebius ribbon placed on a table, Benoît Roman's experiment consisting in constraining a ribbon between two plates, and a lateral buckling experiment. This finally leads us to discuss the limits of our reduced model, both in terms of the continuous equations on which it is based, and their discretization., Les rubans constituent une structure mince intermédiaire entre les tiges et les coques. Ils servent à modéliser une large gamme d'objets réels à diverses échelles. Par exemple, à l'échelle nanoscopique on retrouve les protéines ou molécules d'ADN qui peuvent être représentées par des rubans. À l'échelle mésoscopique on retrouve les bandes de tissu ou de papier. Et à l'échelle macroscopique les rubans deviennent populaires en architecture, servant par exemple à réaliser des structures déployables. Si de nombreux modèles numériques ont été développés ces dernières décennies pour les tiges et les plaques, il en existe en revanche très peu qui soient spécifiques aux rubans. Dans cette thèse, nous proposons un modèle numérique robuste et efficace pour calculer les états d'équilibre stables d'un ruban naturellement plat ou courbé. Notre contribution se décompose en trois axes.Premièrement, l'établissement du modèle numérique s'appuie sur la description analytique de van der Heijden et Audoly. La discrétisation spatiale se base sur des éléments à courbure normale linéaire et torsion géodésique quadratique en l'abscisse curviligne, qui permettent une grande richesse de représentation cinématique tout en garantissant l'inextensibilité parfaite du ruban. Les équilibres stables sont calculés par minimisation des énergies de gravité et d'élasticité du ruban selon la formulation de Sadowsky ou de Wunderlich, sous contrainte de développabilité. Le ruban peut être encastré par une ou deux de ses extrémités. Aussi, le contact est géré entre le ruban et un ou plusieurs plans.Dans une seconde contribution, nous comparons notre modèle de ruban au modèle de tige des super-clothoïdes et au modèle de coques de Naghdi. Étant plus général, le modèle de coque donne les mêmes équilibres que ceux de notre modèle. Cependant, étant non spécifique, le modèle de coque prend plusieurs minutes pour converger vers l'équilibre, à comparer aux quelques secondes nécessaires à notre modèle. On valide ainsi ce dernier, tout en montrant son efficacité. De son côté, le modèle de tige avec une section plate ne parvient pas aux même résultats, montrant l'utilité d'un modèle de rubans.Enfin nous menons une série d'expériences, en particulier le calcul d'un ruban de Moebius pesant que l'on pose sur une table, l'expérience de Benoît Roman consistant à écraser un ruban entre deux plaques et une expérience de déversement latéral. Cela nous conduit finalement à discuter les limites de notre modèle réduit, tant au niveau des équations continues dont il s'inspire, que de leur discrétisation.

The thesis focuses on an approach to physical simulation that is dedicated to the modeling and simulation of dynamic phenomena using particle-based physical models, while abstracting from the form. This is a reversed viewpoint compared to the usual methods. This approach leads to the proposal of a modeling and simulation pipeline composed of a physical model without geometry upstream and models for morphology downstream. It is then a question of associating the evolutions of a point cloud provided by the upstream physical model with downstream morphological models.In this context, two recent results have focused on the modeling and simulation of dynamic phenomena with spatial discontinuity.At the level of the physical model, a process called splitting MATs has been recently introduced, which extends the formalism of particulate physical systems. This process focuses the physical discontinuities directly on the material points, rather than on the interactions between material points, while respecting the conservation of the energy of the dynamical system and guaranteeing a stability of the computational step cost throughout the animation.At the level of the downstream morphological models, it has been proposed in parallel to introduce an explicit modeling of the topological properties. The knowledge of the topological structure of the object being transformed, in particular the description of its visible and non-visible borders and the process allowing its borders to emerge when a discontinuity appears, is fundamental to fully dispose of the whole modeling chain. Topological models, in particular those of the generalized combinatorial maps or G-maps type, fulfill this role.These two recent contributions, however, had never been associated until now.The first axis of our work aimed at introducing an explicit topological stage of G-maps type downstream of physical models with exploding MATs.A second axis of our work aimed at the design of adapted modeling tools. The MIMESIS modeler based on a mass-interaction system as well as the topological formalism of the G-maps both present a very constructivist character. Our choices were oriented towards the proposal of a complete and constructivist modeling tool for the topo-geometric downstream.The thesis started by analyzing the interests of introducing a topological stage between the physical upstream and geometric downstream stages in the context of exploding MATs. This analysis led to a proposal of new modalities of association between the phenomenological data of the motion coming from the physical model, including the events indicating the spatial discontinuities produced by the splitting MATs, and the topological model then the geometrical model, including the control of the topological discontinuities. To show its efficiency, we have evaluated this proposal on very complex physical and topological models, of the order of millions of physical and topological, volumetric and 3D elements. These experiments and the algorithmic analysis of the proposed method show that the addition of a topological model is advantageous to go towards real time. Finally, in the perspective of a modeling tool for topo-geometric stages, we have proposed a prototype formalism to associate phenomenological motion data to a topo-geometric structure. This formalism allows to describe in an interactive and modular way topologies, topological transformations and their control by motion data, in a constructivist process. A model has been proposed in order to allow the user to model various associations between these motions and topo-geometric structures including dynamic topo-geometric transformations and to visualize them., La thèse s’intéresse à une approche de la simulation physique qui se consacre à la modélisation et la simulation de phénomènes dynamiques au moyen de modèles physiques particulaires, tout en faisant abstraction de la forme. Il s’agit d’un point de vue renversé par rapport aux méthodes usuelles. Cette approche conduit à la proposition d’un pipeline de modélisation et de simulation composé d’un modèle physique sans géométrie en amont et de modèles pour la morphologie en aval. Il s’agit alors d’associer les évolutions d’un nuage de points fourni par le modèle physique amont à des modèles morphologiques avals. Dans ce contexte, deux résultats récents se sont intéressés au cas de la modélisation et de la simulation de phénomènes dynamiques avec discontinuité spatiale. Au niveau du modèle physique, un procédé appelé MATs éclatables a été récemment introduit, qui étend le formalisme des systèmes physiques particulaires. Ce procédé fait porter les discontinuités physiques directement sur les points matériels, plutôt que sur les interactions entre points matériels, tout en respectant la conservation de l’énergie du système dynamique et en garantissant une stabilité du coût du pas de calcul tout au long de l’animation. Au niveau des modèles morphologiques avals, il a en parallèle été proposé d’introduire une modélisation explicite des propriétés topologiques. La connaissance de la structure topologique de l’objet en cours de transformation, notamment la description de ses frontières visibles et non visibles et le processus permettant de faire émerger ses frontières lorsqu’une discontinuité apparaît, est fondamentale pour disposer pleinement de toute la chaine de modélisation. Les modèles topologiques, en particulier ceux de type cartes combinatoires généralisées ou G-cartes, remplissent ce rôle. Ces deux apports récents, toutefois, n’avaient jusqu’alors jamais été associés. Le premier axe de notre travail visait alors à introduire un étage topologique explicite de type G-cartes en aval de modèles physiques munis de MATs éclatables. Un second axe a visé la conception d’outils de modélisation adaptés. Le modeleur MIMESIS basé système masses-interactions ainsi que le formalisme topologique des G-Cartes présentent tous deux un caractère très constructiviste. Nos choix se sont orientés vers la proposition d’un outil de modélisation complet et constructiviste pour l’aval topo-géométrique. La thèse a débuté en analysant les intérêts de l’introduction d’un étage topologique entre l’étage physique en amont et géométrique en aval dans le contexte des MATs éclatables. Cette analyse a conduit à une proposition de nouvelles modalités d’association entre les données phénoménologiques du mouvement en provenance du modèle physique, incluant les évènements indiquant les discontinuités spatiales produits par les MATs éclatables, et le modèle topologique puis le modèle géométrique, incluant le contrôle des discontinuités topologiques. Pour en montrer l’efficacité, nous avons évalué cette proposition sur des modèles physiques et topologiques très complexes, de l’ordre de millions d’éléments physiques et topologiques, volumiques et 3D. Ces expérimentations et l’analyse algorithmiques de la méthode proposée montrent que l’ajout d’un modèle topologique est avantageux pour aller vers du temps réel. Enfin, dans la perspective d’un outil de modélisation pour les étages topo-géométriques, nous avons proposé un formalisme prototype pour associer les données phénoménologiques de mouvement à une structure topo-géométrique. Ce formalisme permet de décrire de manière interactive et modulaire des topologies, des transformations topologiques et leur contrôle par des données de mouvement, dans un procédé constructiviste. Un modèle a été proposée dans le but de permettre à l’utilisateur de modéliser diverses associations entre ces mouvements et les structures topo-géométriques incluant les transformations topo-géométriques dynamiques et de les visualiser.

Allowing the real-time exploration of huge, detailed, heterogeneous synthetic terrains remains an unsolved challenge in computer graphics, despite forty years of research. In general, existing methods only handle terrains of limited extent, defined over a planar topology. In this thesis, we explore terrain modeling at maximum-scale, i.e. at planetary scale - a scale which exceeds by four orders of magnitude the extent of the domain of classical terrain synthesis. However, this problem has been largely neglected, only a couple of modeling methods have been proposed in past research. To tackle this challenge, we propose a novel decoupled solution, capable of generating true-to-scale planets. Our architecture takes first into account the geology of terrestrial planets by deploying a guided plate tectonics simulation. This simulation allows the generation of large-scale planetary features such as continents, oceanic relief, islands arcs and mountain ranges. This macroscopic model is then forwarded as an input to an hyper-amplification method capable of producing continuous, detailed real-time views of the terrain. To handle the size of the domain, the procedural amplification method relies on the pre-structuration of the tectonic model, allowing on-the-fly generation of the final detailed model, restricted to the current camera view. The model is produced entirely on the GPU by relying on a massively parallel stochastic subdivision scheme, guided by level-of-detail dependent rules. Overall, our method better handles certain problems tied to previous fractal methods, such as the self-similarity of homogeneous landscapes and the lack of user-control, by producing planets that show more variety, appear more realistic and can be more efficiently designed by artists.; La synthèse de terrains virtuels à la fois vastes, détaillés, hétérogènes et explorables en temps-réel, constitue un des défis de la modélisation de scènes naturelles. Les nombreuses méthodes de l’état de l’art ne proposent en général que de traiter des scènes d’étendues limitées en topologie planaire. Dans cette thèse nous abordons la modélisation de terrain à l’échelle maximale, c’est-à-dire planétaire. Peu de choses ont été proposées pour traiter ce problème qui dépasse, en termes de taille du domaine, ce qui se fait classiquement, de quatre ordres de grandeur. Pour répondre à ce défi, nous proposons une solution découplée originale à même de générer des planètes à l’échelle 1/1 présentant un bon niveau de réalisme. Notre architecture prend tout d’abord en compte la géologie des planètes telluriques en mettant en oeuvre une simulation guidée de tectonique des plaques. Celle-ci permet la génération des caractéristiques à grande échelle des planètes telles les continents, le relief océanique, les arcs d’îles ou encore les chaînes de montagnes. Ce modèle macroscopique est dans un second temps donné en entrée d’une méthode d’hyper-amplification capable de produire des vues continues, détaillées, en temps-réel du terrain. Cette seconde méthode procédurale s’appuie sur une pré-structuration du modèle macroscopique pour générer à la volée le modèle détaillé final, dépendant de la vue caméra courante. Celui-ci est produit intégralement sur GPU par un procédé massivement parallèle de subdivision stochastique, opérant à partir de règles dépendantes du niveau de détail. Notre solution résout mieux certains problèmes inhérents aux quelques méthodes précédentes, toutes fractales, comme l’auto-similarité, l’absence de variété des paysages produits et l’absence de contrôle utilisateur. Au final, les modèles planétaires que nous produisons sont jugés plus réalistes, tout en étant plus contrôlables par des artistes.

This thesis takes part in computer graphics. It studies one of its key elements, the unit vectors. We propose a new space of representation for sets of unit vectors and demonstrate its use on different kind of applications. To do so, we adapt the developed algorithms to each specific case.In the first part, we propose a compression algorithm for unorganized unit vectors sets. This method, called "Uniquant" generates coherency and uses it to change the space of representations of the data, in order to compresses collaboratively the vectors. We then use Uniquant in case of application to compress points cloud with orientations. The algorithm is able to compress the normals of the points on-the-fly.In the second part, we propose to compress a key element of the Monte Carlo rendering algorithm: the light ray. This data structure is used in most of the realistic light transport simulations. These simulations builds light paths, represented using 3D polylines that connect the virtual sensor (camera) to the light sources. The compression algorithm is used in the case of network distributed rendering, where a rendering engine that exploits numerous computers over a distant network is used to generate a single image. The hardware used by this kind of engine has become more and more popular over the last decade, especially with projects like SETI@Home, which enable access to a lot of computational power. This kind of hardware could easily be extended to take advantage of the machines in public institutions or in big companies that are typically used less than half of the time. This allows to increase the computational power without any need for new hardware. The method uses the fact that in the case of portal based distributed rendering engine, a lot of rays can be accumulated before being transferred on the network. The direction compression is extended to the ray's origins compression to study the impact of the compression loss of the rendering. We also show that compression can be correlated to the material properties.In the last part, we present QFib, an adaptation of Uniquant applicable to some medical data, which share some of the same mathematical constraints as light paths: brain tractograms in this case. They are often used in neurosciences to visualize the major neuronal influences. They enable neurosurgeons to predict possible effects of certain surgical procedures, and for the researchers to better understand the brain. The usage of this kind of data is difficult due to their large size, making them difficult to process, visualize, store, or even exchange.The introduced algorithm reduces their size by 10 in a few seconds on commonly used datasets. It ensures a loss that is way smaller than the MRI precision.; Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'informatique graphique en étudiant un élément clé, à savoir les vecteurs unitaires. Nous proposons un nouvel espace de représentation d'ensemble de vecteurs unitaires avant de montrer plusieurs applications adaptant celles-ci à différents types de données. Dans une première partie, nous proposons une méthode de compression d'ensembles de vecteurs unitaires désordonnées. Cette méthode, nommée UniQuant permet de réaliser une compression des données de manière collaborative, en générant de la cohérence puis en l'exploitant pour changer l'espace de représentation des données. Celle-ci est ensuite exploitée au travers d'une première application, permettant de compresser des ensembles de nuages de points munis de normales, et ainsi, permet de réaliser la compression des données à la volée. Nous proposons ensuite une application à un élément clé du rendu de Monte Carlo : le rayon de lumière. Celui-ci est la structure de donnée de base permettant de réaliser la simulation du transport de la lumière dans une scène virtuelle 3D en construisant des chemins de lumière, représentés à l’aide de polylignes 3D, reliant le capteur virtuel (caméra) aux différentes sources de lumière. L'application de la compression est utilisée dans le cas distribué, où un moteur construit pour exploiter un ensemble de machines sur des réseaux distants est utilisé. Les architectures matérielles de ce type sont devenues de plus en plus populaires avec l’apparition de projets tels que SETI@Home. Elles pourraient facilement être étendues pour exploiter les machines présentes dans les institutions publiques ou dans les entreprises et utilisées moins de la moitié du temps. Cela permettrait ainsi d’exploiter la puissance de calcul perdue. La technique proposée utilise la multitude de rayons disponibles dans le cas d’un moteur distribué exploitant des portails de lumière pour réaliser une compression collaborative, permettant d’accélérer les vitesses de transfert de données sur un réseau non local. La compression des directions est étendue à celle des origines pour examiner l'impact de la baisse de précision sur les rendus. Nous montrons également que la précision de la compression des directions peut être corrélée aux matériaux rencontrés. Enfin, nous présentons QFib, une adaptation d’UniQuant à d’autres types de données présentant le même type de contraintes mathématiques que les ensembles de rayons : des tractogrammes. Ceux-ci sont couramment utilisés en neurosciences pour visualiser les zones d’influence neuronales dans le cerveau. Ils permettent aux neurochirurgiens de prédire les effets possibles d’une opération, et aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau. L’utilisation de ce type de données est complexe du fait de leur taille, les rendant difficiles à visionner, traiter, stocker ou même échanger. L’algorithme introduit permet de diviser cette taille par 10 en quelques secondes pour des jeux de données typiquement utilisé, tout en assurant une perte inférieure à la précision des IRM ayant permis d'obtenir les jeux de données.

This thesis takes part in computer graphics. It studies one of its key elements, the unit vectors. We propose a new space of representation for sets of unit vectors and demonstrate its use on different kind of applications. To do so, we adapt the developed algorithms to each specific case.In the first part, we propose a compression algorithm for unorganized unit vectors sets. This method, called "Uniquant" generates coherency and uses it to change the space of representations of the data, in order to compresses collaboratively the vectors. We then use Uniquant in case of application to compress points cloud with orientations. The algorithm is able to compress the normals of the points on-the-fly.In the second part, we propose to compress a key element of the Monte Carlo rendering algorithm: the light ray. This data structure is used in most of the realistic light transport simulations. These simulations builds light paths, represented using 3D polylines that connect the virtual sensor (camera) to the light sources. The compression algorithm is used in the case of network distributed rendering, where a rendering engine that exploits numerous computers over a distant network is used to generate a single image. The hardware used by this kind of engine has become more and more popular over the last decade, especially with projects like SETI@Home, which enable access to a lot of computational power. This kind of hardware could easily be extended to take advantage of the machines in public institutions or in big companies that are typically used less than half of the time. This allows to increase the computational power without any need for new hardware. The method uses the fact that in the case of portal based distributed rendering engine, a lot of rays can be accumulated before being transferred on the network. The direction compression is extended to the ray's origins compression to study the impact of the compression loss of the rendering. We also show that compression can be correlated to the material properties.In the last part, we present QFib, an adaptation of Uniquant applicable to some medical data, which share some of the same mathematical constraints as light paths: brain tractograms in this case. They are often used in neurosciences to visualize the major neuronal influences. They enable neurosurgeons to predict possible effects of certain surgical procedures, and for the researchers to better understand the brain. The usage of this kind of data is difficult due to their large size, making them difficult to process, visualize, store, or even exchange.The introduced algorithm reduces their size by 10 in a few seconds on commonly used datasets. It ensures a loss that is way smaller than the MRI precision., Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'informatique graphique en étudiant un élément clé, à savoir les vecteurs unitaires. Nous proposons un nouvel espace de représentation d'ensemble de vecteurs unitaires avant de montrer plusieurs applications adaptant celles-ci à différents types de données. Dans une première partie, nous proposons une méthode de compression d'ensembles de vecteurs unitaires désordonnées. Cette méthode, nommée UniQuant permet de réaliser une compression des données de manière collaborative, en générant de la cohérence puis en l'exploitant pour changer l'espace de représentation des données. Celle-ci est ensuite exploitée au travers d'une première application, permettant de compresser des ensembles de nuages de points munis de normales, et ainsi, permet de réaliser la compression des données à la volée. Nous proposons ensuite une application à un élément clé du rendu de Monte Carlo : le rayon de lumière. Celui-ci est la structure de donnée de base permettant de réaliser la simulation du transport de la lumière dans une scène virtuelle 3D en construisant des chemins de lumière, représentés à l’aide de polylignes 3D, reliant le capteur virtuel (caméra) aux différentes sources de lumière. L'application de la compression est utilisée dans le cas distribué, où un moteur construit pour exploiter un ensemble de machines sur des réseaux distants est utilisé. Les architectures matérielles de ce type sont devenues de plus en plus populaires avec l’apparition de projets tels que SETI@Home. Elles pourraient facilement être étendues pour exploiter les machines présentes dans les institutions publiques ou dans les entreprises et utilisées moins de la moitié du temps. Cela permettrait ainsi d’exploiter la puissance de calcul perdue. La technique proposée utilise la multitude de rayons disponibles dans le cas d’un moteur distribué exploitant des portails de lumière pour réaliser une compression collaborative, permettant d’accélérer les vitesses de transfert de données sur un réseau non local. La compression des directions est étendue à celle des origines pour examiner l'impact de la baisse de précision sur les rendus. Nous montrons également que la précision de la compression des directions peut être corrélée aux matériaux rencontrés. Enfin, nous présentons QFib, une adaptation d’UniQuant à d’autres types de données présentant le même type de contraintes mathématiques que les ensembles de rayons : des tractogrammes. Ceux-ci sont couramment utilisés en neurosciences pour visualiser les zones d’influence neuronales dans le cerveau. Ils permettent aux neurochirurgiens de prédire les effets possibles d’une opération, et aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau. L’utilisation de ce type de données est complexe du fait de leur taille, les rendant difficiles à visionner, traiter, stocker ou même échanger. L’algorithme introduit permet de diviser cette taille par 10 en quelques secondes pour des jeux de données typiquement utilisé, tout en assurant une perte inférieure à la précision des IRM ayant permis d'obtenir les jeux de données.

Allowing the real-time exploration of huge, detailed, heterogeneous synthetic terrains remains an unsolved challenge in computer graphics, despite forty years of research. In general, existing methods only handle terrains of limited extent, defined over a planar topology. In this thesis, we explore terrain modeling at maximum-scale, i.e. at planetary scale - a scale which exceeds by four orders of magnitude the extent of the domain of classical terrain synthesis. However, this problem has been largely neglected, only a couple of modeling methods have been proposed in past research. To tackle this challenge, we propose a novel decoupled solution, capable of generating true-to-scale planets. Our architecture takes first into account the geology of terrestrial planets by deploying a guided plate tectonics simulation. This simulation allows the generation of large-scale planetary features such as continents, oceanic relief, islands arcs and mountain ranges. This macroscopic model is then forwarded as an input to an hyper-amplification method capable of producing continuous, detailed real-time views of the terrain. To handle the size of the domain, the procedural amplification method relies on the pre-structuration of the tectonic model, allowing on-the-fly generation of the final detailed model, restricted to the current camera view. The model is produced entirely on the GPU by relying on a massively parallel stochastic subdivision scheme, guided by level-of-detail dependent rules. Overall, our method better handles certain problems tied to previous fractal methods, such as the self-similarity of homogeneous landscapes and the lack of user-control, by producing planets that show more variety, appear more realistic and can be more efficiently designed by artists., La synthèse de terrains virtuels à la fois vastes, détaillés, hétérogènes et explorables en temps-réel, constitue un des défis de la modélisation de scènes naturelles. Les nombreuses méthodes de l’état de l’art ne proposent en général que de traiter des scènes d’étendues limitées en topologie planaire. Dans cette thèse nous abordons la modélisation de terrain à l’échelle maximale, c’est-à-dire planétaire. Peu de choses ont été proposées pour traiter ce problème qui dépasse, en termes de taille du domaine, ce qui se fait classiquement, de quatre ordres de grandeur. Pour répondre à ce défi, nous proposons une solution découplée originale à même de générer des planètes à l’échelle 1/1 présentant un bon niveau de réalisme. Notre architecture prend tout d’abord en compte la géologie des planètes telluriques en mettant en oeuvre une simulation guidée de tectonique des plaques. Celle-ci permet la génération des caractéristiques à grande échelle des planètes telles les continents, le relief océanique, les arcs d’îles ou encore les chaînes de montagnes. Ce modèle macroscopique est dans un second temps donné en entrée d’une méthode d’hyper-amplification capable de produire des vues continues, détaillées, en temps-réel du terrain. Cette seconde méthode procédurale s’appuie sur une pré-structuration du modèle macroscopique pour générer à la volée le modèle détaillé final, dépendant de la vue caméra courante. Celui-ci est produit intégralement sur GPU par un procédé massivement parallèle de subdivision stochastique, opérant à partir de règles dépendantes du niveau de détail. Notre solution résout mieux certains problèmes inhérents aux quelques méthodes précédentes, toutes fractales, comme l’auto-similarité, l’absence de variété des paysages produits et l’absence de contrôle utilisateur. Au final, les modèles planétaires que nous produisons sont jugés plus réalistes, tout en étant plus contrôlables par des artistes.

3D printers use 3D models in the form of meshes to define the geometry and the appearance of objects to be printed. A 3D mesh must have some topological properties so that the geometry it represents could be printable and the geometry itself must respect certain conditions to be printable. These properties and conditions may vary depending on the 3D printing technologies in use.Many 3D meshes used for printing were not initially designed for this purpose application. The main primary use of these meshes is visualization, which does not require the same topological properties and geometric conditions. The subject of this thesis is the repair of these meshes to make them printable.A repair chain including several steps was designed for this purpose. Non-manifold conditions are repaired by extracting related components (surfaces). The boundaries of surfaces are detected and classified according to the best repair to be applied on each. The boundaries of surfaces are repaired according to their classification either by a filling method or by an offset method. The weakness of the geometry is detected and controlled.; Les imprimantes 3D utilisent des modèles 3D sous la forme de maillages pour définir la géométrie et l'apparence des objets à imprimer. Un maillage 3D doit posséder certaines propriétés topologiques pour que la géométrie qu'il représente soit imprimable, et la géométrie elle même doit respecter certaines conditions pour être imprimable. Ces propriétés et conditions peuvent varier selon la technologie d'impression 3D utilisée.De nombreux maillages 3D utilisés pour l'impression n'ont dans un premier temps pas été conçus pour cette application. La principale utilisation première de ces maillages est la visualisation, qui ne nécessite pas les mêmes propriétés topologiques et conditions géométriques. Le sujet de cette thèse est la réparation de ces maillages afin de les rendre imprimables.Une chaîne de réparation comprenant plusieurs étapes a été conçue dans ce but. Les conditions de non-variété sont réparées en réalisant une extraction de composantes connexes (surfaces). Les bords des surfaces sont détectés et classés en fonction de la meilleure réparation à appliquer sur chaque. Les bords des surfaces sont réparés suivant leurs classement soit par une méthode de remplissage soit par une méthode d'épaississement. La fragilité de la géométrie est détectée et contrôlée.

With the increasing power of consumer machines, Computer Graphics is offering us the opportunity to immerse ourselves in ever more detailed virtual worlds. The artists are thus tasked to model and animate these complex virtual scenes. This leads to a prohibitive authoring time, a bigger memory cost and difficulties to correctly and efficiently render this abundance of details. Many tools for procedural content generation have been proposed to resolve these issues. In this thesis, we focused our work on on-the-fly generation of mesoscopic details in order to easily add tiny details on 3D mesh surfaces. By focusing on procedural texture synthesis, we proposed some improvements in order to correctly render textures that modify not only the surface color but faking the surface meso-geometry in real-time. We have presented a methodology for rendering high quality textures without aliasing issues for controllable structured pattern synthesis. We also proposed an on-the-fly normal map generation to disturb the shading calculation and to add irregularites and relief to the textured surface., Dans le sillage de l'augmentation de la puissance graphique des machines grands publics, le domaine de la synthèse d'images réalistes nous propose de se plonger dans des mondes virtuels toujours plus détaillés. Les artistes sont alors sollicités pour remplir et animer ces scènes virtuelles complexes. Il en résulte un temps de création prohibitif, un coût mémoire grandissant et des difficultés pour rendre de manière correcte et efficace cette profusion de détails. De nombreux outils de génération procédurale de contenu ont alors été proposés pour aider les studios à gérer ces problèmes. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la synthèse de détails mésoscopiques à la volée pour ajouter facilement du détail à la surface des modèles 3D. En se concentrant sur la synthèse procédurale de texture, nous avons proposé des améliorations pour rendre correctement des textures modifiant non seulement la couleur de la surface d'un objet mais feignant aussi le relief de la surface en temps réel. Nous avons travaillé sur la synthèse de motifs structurés contrôlables dans le but de proposer une méthodologie permettant de rendre des textures de grande qualité à la volée sans défauts d'aliassage. Nous avons étendu aussi la génération de texture à la synthèse de détails géométriques mésoscopiques, en synthétisant à la volée des cartes de normales venant perturber le calcul de l'éclairage de la surface pour y faire apparaître des aspérités.

3D printers use 3D models in the form of meshes to define the geometry and the appearance of objects to be printed. A 3D mesh must have some topological properties so that the geometry it represents could be printable and the geometry itself must respect certain conditions to be printable. These properties and conditions may vary depending on the 3D printing technologies in use.Many 3D meshes used for printing were not initially designed for this purpose application. The main primary use of these meshes is visualization, which does not require the same topological properties and geometric conditions. The subject of this thesis is the repair of these meshes to make them printable.A repair chain including several steps was designed for this purpose. Non-manifold conditions are repaired by extracting related components (surfaces). The boundaries of surfaces are detected and classified according to the best repair to be applied on each. The boundaries of surfaces are repaired according to their classification either by a filling method or by an offset method. The weakness of the geometry is detected and controlled., Les imprimantes 3D utilisent des modèles 3D sous la forme de maillages pour définir la géométrie et l'apparence des objets à imprimer. Un maillage 3D doit posséder certaines propriétés topologiques pour que la géométrie qu'il représente soit imprimable, et la géométrie elle même doit respecter certaines conditions pour être imprimable. Ces propriétés et conditions peuvent varier selon la technologie d'impression 3D utilisée.De nombreux maillages 3D utilisés pour l'impression n'ont dans un premier temps pas été conçus pour cette application. La principale utilisation première de ces maillages est la visualisation, qui ne nécessite pas les mêmes propriétés topologiques et conditions géométriques. Le sujet de cette thèse est la réparation de ces maillages afin de les rendre imprimables.Une chaîne de réparation comprenant plusieurs étapes a été conçue dans ce but. Les conditions de non-variété sont réparées en réalisant une extraction de composantes connexes (surfaces). Les bords des surfaces sont détectés et classés en fonction de la meilleure réparation à appliquer sur chaque. Les bords des surfaces sont réparés suivant leurs classement soit par une méthode de remplissage soit par une méthode d'épaississement. La fragilité de la géométrie est détectée et contrôlée.

Que ce soit pour des scènes synthétiques de films ou de jeux vidéo, le réalisme des environnements passent par l’ajout d’effets visuels communs à nos expériences. La neige fait partie des phénomènes naturels complexes qui rendent leur simulation physique et visuelle d’autant plus difficile à traiter. En effet, la neige tombe au gré du vent dans les scènes, elle s’entasse et se compacte à des endroits, se brise et retombe, se fait repousser par le vent une fois déposée, se liquéfie ou s’évapore, se glace, accumule des impuretés, etc. Le but de cette maîtrise est de développer un simulateur de transport de neige dans des espaces synthétiques. Ce simulateur se veut à la fois un outil automatique pour enneiger des scènes, mais offrant certains contrôles aux artistes afin de produire des résultats escomptés avec des paramètres simples comme le taux de précipitations de la neige ou la direction du vent. Nous proposons une méthode de simulation du transport de la neige, comportant : 1. Une phase de précalculs afin d’estimer le vent et les précipitations dans la scène. 2. Un modèle physique de transport de la neige permettant même d’observer l’évolution de la neige dans le temps. 3. Une méthode d’implémentation sur processeur graphique. Nos résultats montrent l’intérêt des divers phénomènes sur la simulation réaliste du transport de neige., Whether it is for synthetic scenes in movies or video games, the realism of environments passes by the addition of visual effects common to our experiences. Snow is part of complex natural phenomena that make their physical and visual simulation all the more difficult to treat. In fact, snow falls in scenes under the action of wind. It piles up and is compressed in some areas, breaks and falls, is repelled by wind once deposited, liquefies or evaporates, freezes, accumulates impurities, etc. The goal of this research is to develop a simulator of snow transport in synthetic spaces. This simulator is designed as an automatic tool to integrate snow in scenes by adding its precipitation, transport by wind, simulation of melting and evaporation, but also to offer some control to artists in order to produce the desired results with easy and understandable settings such as the snow precipitation rate or the wind direction and speed in the scene. We propose a method for the simulation of snow transport that consists of : 1. A precomputation phase to estimate wind and precipitations in a scene. 2. A physical model of snow transport to capture its evolution through time. 3. A method of implementation on GPU. Our results demonstrate the need to simulate the various phenomena on the realism of snow distribution.

In this digital age, architects usually alternate between paper sketch and digital softwares. Therefore, our goal is to propose a method enabling coarse to fine sketching and representation of uncertainty in a tool adapted to architectural design. Our solution is based on a new concept of interactive 3D canvases. More specifically, our contributions are : 3D canvases used as bounding volume for interactive coarse to fine creation, display and interaction in "onion peel" and the possibility to manage uncertainty by a navigation through the different options sketched by the user. A user study conducted with architects highlighted the interest of such a system in conceptual architectural design., En cette ère numérique, les architectes réalisent des aller-retours entre le croquis papier et les logiciels numériques. Par conséquence, notre objectif est de proposer une méthode permettant une esquisse du grossier aux détails et la prise en compte de l’incertitude dans un outil adapté au design en architecture. Notre solution repose sur un nouveau concept de toiles 3D interactives. Plus spécifiquement, nos contributions sont : des toiles 3D utilisées comme volume englobant pour la création, l’affichage et l’interaction interactifs du grossier au détails dans une "pelure d’oignon" et la possibilité de gérer l'incertitude par une navigation parmi les différentes options esquissées par l’utilisateur. Une étude utilisateur réalisée avec des architectes professionnels a mis en évidence l'intérêt d'un tel système pour la conception architecturale.

L'utilisation d'images de synthèse photo réalistes est aujourd'hui devenue commune, que ce soit pour la réalisation de films, la création d'environnements virtuels à des fins vidéo ludiques comme le jeu, ou même pour la prévisualisation de projets architecturaux. La compréhension et les avancées technologiques de ces 20 dernières années permettent maintenant de créer des images très réalistes. Dans certains cas, il est même devenu difficile, voire même impossible, de faire la distinction entre une photo d'un objet réel et une image virtuelle. Mais, pour atteindre un tel degré de réalisme, il faut créer des algorithmes complexes et coûteux, capables de simuler les lois physiques qui gouvernent les interactions de la lumière avec la matière. Les milieux participatifs en sont un parfait exemple. Ils sont incontournables et doivent être intégrés pendant les processus de création que ce soit pour simuler de la fumée, des nuages ou bien pour créer une atmosphère crédible. Malgré les performances toujours plus grandes des ordinateurs modernes, il est encore actuellement impossible de reproduire fidèlement dans un temps raisonnable. Certains effets visuels comme les caustiques ou la diffusion multiple sont difficiles à reproduire pour certains types d'algorithmes, si bien que l’on se limite souvent à une simplification des interactions. C’est encore plus vrai pour les applications temps réels qui nécessitent souvent des rendus à 30 images par seconde. La quantité et la qualité des images à calculer peuvent aussi être tellement importantes qu'il est nécessaire de mettre au point de nouveaux algorithmes. C'est le cas pour l'industrie cinématographique qui doit pouvoir anticiper et planifier ses rendus sur des fermes d'ordinateurs sur souvent plus d'une année et en même temps en contrôler rigoureusement l'aspect financier. Nous allons présenter et analyser dans ce mémoire différentes techniques de simulation de milieux participatifs et proposer certaines directions pour de futurs travaux., Nowadays, the use of photo-realistic computer images is very common, whether for film making, creating virtual environments, video games, or even for pre-visualizing architectural projects. The understanding and technological advances of the last 20 years allow us to be able to create very realistic images. Indeed, it is sometimes difficult, if not impossible, to distinguish between a photo of a real object and a virtual image. But to achieve such a high degree of realism, it is necessary to create complex and costly algorithms capable of simulating the physical laws governing interactions between light and matter. Participating media are a perfect example, as they are unavoidable and must be integrated during the creative processes, whether for simulating smoke or clouds, or for creating a credible atmosphere. Despite the overpowering performance of modern computers, it is still currently impossible to reproduce participating media perfectly, and in a reasonable time. Some visual effects, such as caustics or multiple scattering, are difficult to reproduce for some kinds of algorithms, so one is often limited to a simplification of the interactions. This is even more true for real-time applications that often require rendering at 30 frames per second. The quantity and the quality of the images to be calculated can also be so important that it is necessary to develop new algorithms. This is the case for the film industry, which must be able to anticipate and plan its renderings on computer farms, often over a year, and at the same time strictly control the financial aspect. We will present in this thesis various techniques of simulation of participating media, analyse them, and propose certain directions for future work.

The study examines how the shape of the teeth is taken into account in the context of facial hyperdivergency. One aim was to check out the widely-held belief that the hyperdivergent patient has long teeth.Our study found no link between the shape of the teeth and facial hyperdivergency, thus confirming the results in the literature. We examined the issue of how to characterize dental shapes. We found three diversely-appreciated types of shape: rectangular, triangular and ovoid. Individualized management of tooth shape harmony enables the clinician to envisage recontouring the shape of a patient's teeth using interproximal enamel reduction. The anatomical demands of this type of tooth remodeling favor the less popular ovoid and triangular shapes. However, following treatment, they tend to adopt a more widely-accepted rectangular shape.Using a spreadsheet, we built a computational tool to perform the dimensional quantitative diagnosis and made drawings in order to approach the shapes from a qualitative point of view. This method enables us to determine the areas to be recontoured and to obtain a preview of our treatment objectives. The result is harmonious with respect to shapes, proportions and positions as well as from a functional and periodontal point of view.

Over the last twenty years, the main signal processing concepts have been adapted for digital geometry, in particular for 3D polygonal meshes. However, the processing time required for large models is significant. This computational load becomes an obstacle in the current context, where the massive amounts of data that are generated every second may need to be processed with several operators. The ability to run geometry processing operators with strong time constraints is a critical challenge in dynamic 3D systems. In this context, we seek to speed up some of the current algorithms by several orders of magnitude, and to reformulate or approximate them in order to reduce their complexity or make them parallel. In this thesis, we are building on a compact and effective object to analyze 3D surfaces at different scales : error quadrics. In particular, we propose new high performance algorithms that maintain error quadrics on the surface to represent the geometry. One of the main challenges lies in the effective generation of the right structures for parallel processing, in order to take advantage of the GPU., Au cours des vingt dernières années, les principaux concepts du traitement du signal ont trouvé leur homologue pour le cas de la géométrie numérique, et en particulier des modèles polygonaux de surfaces 3D. Ces traitements requièrent néanmoins un temps de calcul non négligeable lorsqu’on les applique sur des modèles de taille conséquente. Cette charge de calcul devient un frein important dans le contexte actuel, où les quantités massives de données 3D générées à chaque seconde peuvent potentiellement nécessiter l’application d’un sous-ensemble de ces opérateurs. La capacité à exécuter des opérateurs de traitement géométrique en un temps très court représente alors un verrou important pour les systèmes de conception, capture et restitution 3D dynamiques. Dans ce contexte, on cherche à accélérer de plusieurs ordres de grandeur certains algorithmes de traitement géométrique actuels, et à reformuler ou approcher ces algorithmes afin de diminuer leur complexité ou de les adapter à un environnement parallèle. Dans cette thèse, nous nous appuyons sur un objet compact et efficace permettant d’analyser les surfaces 3D à plusieurs échelles : les quadriques d’erreurs. En particulier, nous proposons de nouveaux algorithmes haute performance, maintenant à la surface des quadriques d’erreur représentatives de la géométrie. Un des principaux défis tient ici à la génération des structures adaptées en parallèle, afin d’exploiter les processeurs parallèles à grain fin que sont les GPU, la principale source de puissance disponible dans un ordinateur moderne.

The growing power of graphics processing units (GPU) in mainstream computers creates a need for a higher quality and complexity of virtual scenes. Managing this complexity for natural objects such as trees or grass fields or even animals is painstaking, due to the large amount of small objects decorating their surface. The diversity of such details, mandatory for realistic rendering of natural objects, translates in a longer authoring time, a higher memory requirement and a more complex evaluation. We review in this thesis the related works on data representations and on-the-fly generation methods used for the creation and real-time rendering of details over large surfaces. We focus our study on the particular case of grass fields and fur : the fuzzy visual appearance of those surfaces is obtained by the distribution of many self-similar blades or strands, creating a pattern closely related to a noise with structural features. We first present a procedural noise that aims at spatial modeling of self-similar elements and their distribution. The elliptical Gaussian function used as a modeling primitive and the controlled non-uniform distribution of elements allows for various type of patterns to be modeled, from stochastic to near-regular one, while including structural features. The by-example analysis process based on an ellipse fitting method allows a fast configuration of the noise for patterns reproduction. We further introduce an extension of this noise model for the authoring of procedural shell textures of strand-based or more complex volumetric details. For interactive authoring of such volumetric pattern, an image-order and an object-order rendering methods are proposed, both methods being optimized for an implementation on the GPU. Our rendering methods allow for interactive visualization of a visually-convincing result.; L’augmentation de la puissance graphique des ordinateurs grands publics entraîne avec elle une demande croissante de qualité et de complexité des scènes virtuelles. La gestion de cette complexité est particulièrement difficile pour les objets naturels tels les arbres et les champs d’herbe ou encore pour les animaux, pour lesquels de très nombreux petits objets très similaires viennent décorer les surfaces. La diversité de ces détails de surfaces, nécessaire à un rendu réaliste dans le cas des objets naturels, se traduit par une augmentation du temps de modélisation, du coût en stockage et de la complexité d’évaluation. Nous nous sommes intéressés aux différentes représentations et méthodes de génération à la volée pouvant être utilisées pour la création et le rendu temps réel de ces détails sur de vastes surfaces. Nous avons concentré notre étude sur le cas particulier des champs d’herbe et des fourrures : De nombreux brins quasi-similaires, distribués aléatoirement sur la surface, forment une apparence visuelle très proche d’un motif de bruit incluant des éléments de structure. Nous présentons dans un premier temps un bruit procédural axé sur la modélisation spatiale interactive d’éléments quasi-similaires et de leur distribution. L’utilisation de fonctions gaussiennes elliptiques comme primitive de modélisation, et la distribution non-uniforme contrôlée des éléments créés, permet de produire des motifs aléatoires ou quasi-réguliers incluant des caractéristiques structurelles. Une méthode d’analyse par décomposition en ellipses permet de préconfigurer ce bruit pour une reproduction rapide d’un motif donné. Nous présentons ensuite une extension de ce bruit pour la modélisation procédurale d’une surcouche volumique composée de détails de surfaces tels que des brins ou des objets volumiques plus complexes. Pour conserver une modélisation interactive du motif, une première méthode de rendu d’ordre image et une seconde méthode d’ordre objet sont proposées pour une évaluation optimisée du bruit par une carte graphique. Ces deux méthodes permettent une visualisation interactive et visuellement convaincante du résultat.

In computer graphics, the physical phenomena simulated for the creation of animations, video games or the design of objects are found to be more and more complex:First, in terms of the computational cost, the scale of the simulations is more and more important;Then, in terms of the complexity of the phenomena themselves, which require the models to be able to change their state and shape.This growing complexity introduces new challenges in order to offer control on these large scale simulations to the user.In many cases, this control is reduced to a trial-and-error process in order to determine the parameters of the simulation which best meet the objectives of the user.In this thesis, we propose three techniques to tackle these challenges.First, we introduce a new adaptive model which allows to reduce the computational cost in Lagrangian simulations of particles.In contrast with re-sampling strategies, the number of degrees of freedom remains constant throughout the simulation.Therefore, the method is simpler to integrate into an existing simulator and the memory consumption remains constant, which can be an advantage in an interactive context.Then, we propose an algorithm which allows the detailed cutting of thin deformable objects.Our method relies on a dynamic update of the shape functions associated to the degrees of freedom, which therefore allows to keep a very low number of degrees of freedom while performing detailed topological changes.Finally, we focus on the control of the fluid animations and take inspiration from interactive methods of shape editing in the field of 3D modeling.We introduce a system where the user directly edits the result of the simulation, i.e. a sequence of meshes representing the surface of the fluid.We propose selection and editing spatio-temporal tools inspired from static shapes sculpting software.; En informatique graphique les phénomènes physiques simulés pour la création d'animations, de jeux vidéos ou la conception d'objets sont de plus en plus complexes:Tout d'abord en terme de coût de calcul, l'échelle des simulations étant de plus en plus importante;Ensuite en terme de complexité phénomènes eux-mêmes qui requièrent des modèles permettant de changer d'état et de forme.Cette complexité grandissante introduit de nouveaux défis quand il s'agit d'offrir à un utilisateur un contrôle sur ces simulations à grande échelle.Dans de nombreux cas, ce contrôle est réduit à un cycle d'essais et d'erreurs pour déterminer les paramètres de la simulation qui satisferont au mieux les objectifs de l'utilisateur.Dans cette thèse, nous proposons trois techniques pour répondre en partie à ces défis.Tout d'abord nous introduisons un nouveau modèle adaptatif permettant de réduire le temps de calcul dans des simulations Lagrangiennes de particules.À l'inverse des méthodes de ré-échantillonnage, le nombre de degrés de liberté reste constant au cours de la simulation.La méthode est ainsi plus simple à intégrer dans un simulateur existant et la charge mémoire est constante ce qui peut être un avantage dans un contexte interactif.Ensuite, nous proposons un algorithme permettant de réaliser la découpe détaillée d'objets fins et déformables.Notre méthode s'appuie sur une mise à jour dynamique des fonctions de forme associées à chaque degré de liberté, permettant ainsi de conserver un nombre de degré de liberté très faible tout en réalisant des changements topologiques détaillés.Enfin, nous nous intéressons au contrôle d'animations de fluide en s'inspirant des méthodes d'édition intéractive de formes en modélisation 3D.Dans ce système, l'utilisateur travaille directement avec le résultat d'une simulation, c'est à dire une suite de maillages représentant la surface du fluide.Des outils de sélection et d'édition spatio-temporelle inspirés des logiciels de sculpture de formes statiques lui sont proposés.

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., 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.

Between the first PhD in computer graphics (defended in 1968) and the first entirely synthetic advertisement broadcast on television (1983), computer-generated images became “new images”. The aim is not to assess these so-called new images according to their distinctive qualities of rupture or continuity, as the expression would suggest, but rather to study their mode of production and representation in order to determine what they show from the techniques employed, and the imaginative worlds that they convey at the time of the emergence of digital images, like so many creative suggestions but also ideological issues. Studied first from a technical, then from an aesthetic point of view, thanks to the cross-study of testimonies, grey literature and a formal analysis of the movies, these productions show a process of recovery of the medium, before and after the image. This PhD not only defines an “official” history of computer-generated images in France, replacing as precisely as possible the productions in their technical, political and cultural environment, but it also reveals when computer-generated images are innovating products, from their places of fabrication to their places of legitimacy. The conclusions question the different local circulations of people, tools and images, at a time when the cultural policies of the year 1981 promotes the bond between art and computer, and the indiscipline of creations.; Entre la première thèse en informatique graphique (soutenue en 1968) et la première publicité entièrement synthétique diffusée à la télévision (en 1983), les images de synthèse se transforment en “nouvelles images”. Il ne s’agit pas d’évaluer ces prétendues images nouvelles en fonction de leurs qualités distinctives de rupture ou de continuité que l’expression a tendance à appeler, mais d’étudier leur mode de production et de représentation afin de déterminer ce qu’elles montrent des techniques employées, et les imaginaires que ces dernières véhiculent au moment d’émergence de l’image numérique, comme autant de propositions créatives mais aussi d’enjeux idéologiques. Étudiées d’un point de vue technique puis esthétique, grâce à l’étude croisée de témoignages, de littérature grise, et de l’analyse formelle des films, ces productions donnent à voir un processus de réappropriation du médium, avant et après l’image. Si elle définit une histoire « officielle » des images de synthèse en France, en replaçant aussi précisément que possible les productions dans leur environnement technique, politique et culturel, cette thèse a finalement mis en évidence les temps des images de synthèse en tant que produit innovant, depuis leurs lieux de fabrication jusqu’à leurs lieux de légitimation. Ses conclusions mettent en jeu les différentes circulations locales des hommes, des outils et des images, au moment où la politique culturelle de 1981 favorise la jonction art-ordinateur, et l’indiscipline des créations.