Est-il possible de reproduire numériquement la façon dont la lumière brille sur la soie, le kaléidoscope de couleurs sur les ailes de papillon, ou la structure des tissus, plastiques, et des pierres ? Une équipe de chercheurs du Realistic Graphics Lab de l'EPFL, dirigé par Wenzel Jakob, développe des modèles informatiques pour faire exactement cela. Leur processus commence par numériser méticuleusement tout matériel sur lequel ils peuvent mettre la main, à l'aide d'une machine sophistiquée appelée gonio-photomètre.

Imaginez que vous prenez une photo d'une voiture par une journée ensoleillée :la photo ne capturera son apparence que pour ce point de vue et cet éclairage spécifiques, mais il ne peut pas nous dire à quoi ressemblerait la même voiture d'un autre point de vue plus tard dans la soirée. Contrairement à un appareil photo, un gonio-photomètre mesure la lumière réfléchie par un matériau sous différents angles, capturant l'essence de ce qui donne à la surface peinte de la voiture son aspect particulier :brillant, nacré, métallique, délavé, etc. Les données résultantes sont beaucoup plus riches qu'une seule photographie et peuvent être utilisées pour générer des images informatiques photoréalistes d'objets fabriqués à partir de ces mêmes matériaux dans des scènes virtuelles arbitraires.

L'équipe de l'EPFL, dirigé par le professeur Wenzel Jakob, étudie la manière dont la lumière interagit avec divers matériaux afin que ce processus puisse être reproduit dans une simulation logicielle. « Notre objectif est de constituer une bibliothèque très complète de matériaux, et pas seulement de les recréer, mais aussi de comprendre mathématiquement ce qui les fait ressembler à ce qu'ils font, " explique Jakob. Les chercheurs ont l'intention de numériser des échantillons allant d'une feuille de papier et d'un morceau de plastique d'un stylo à une aile de papillon et même un morceau de tissu d'un costume de Dark Vador. " Ce genre de données matérielles est inestimable dans les domaines comme l'architecture, vision par ordinateur, ou l'industrie du divertissement. Nous avons récemment commencé à travailler avec Weta Digital et Industrial Light &Magic, qui font des films comme Avatar et Star Wars, " il ajoute.

Créer des images qui ressemblent à la réalité

Le gonio-photomètre est une machine impressionnante d'environ cinq mètres de long. Il est opéré dans une pièce, dont les parois ont été recouvertes d'un tissu noir pour absorber la lumière réfléchie par l'échantillon analysé. L'échantillon est placé au centre de l'appareil, où il est observé depuis la pointe d'un bras robotique qui tourne à une vitesse pouvant atteindre 3 mètres par seconde afin que les mesures puissent être prises rapidement pour de nombreuses configurations. "Une caméra conventionnelle n'enregistre que le rouge, informations de couleur verte et bleue qui sont visibles à l'œil humain. Nous utilisons à la place un spectromètre qui enregistre des centaines de longueurs d'onde dans tout le spectre visuel, s'étendant même aux UV et aux infrarouges. Cette richesse de données nous fournit beaucoup plus d'informations sur un matériau qui nous permet de simuler son apparence avec une extrême précision, " dit Jacob.

L'équipe a développé un nouvel algorithme qui prend le contrôle total du gonio-photomètre pour ne capturer qu'un petit sous-ensemble d'un espace quadridimensionnel incroyablement grand, permettant de numériser les matériaux beaucoup plus rapidement qu'auparavant. Le groupe de Jakob développe également le Mitsuba Renderer, une plate-forme logicielle open source largement utilisée qui simule la lumière par ordinateur pour créer des images photoréalistes de mondes virtuels. Avec les données acquises, ces simulations peuvent désormais atteindre un niveau de précision sans précédent.