Stochastic processes and algorithms for the synthesis and rendering of textures

Processus stochastiques et algorithmes pour la synthèse et le rendu de textures

Nicolas Lutz (1, 2)

1 ICube - Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie
2 UNISTRA UFR MI - Université de Strasbourg - UFR Mathématique et Informatique

N computer graphics, virtual worlds following aestheticism considerations require to represent objects with much detail, typically provided by textures. Texture synthesis allows to introduce controlled randomness in the process of texture generation and rendering, enabling them to be larger, less expensive in memory consumption, and to limit repetition and alignment artifacts. In this thesis, we formalize texture synthesis as implementations of stochastic processes. This formalization helps us understand procedural noise algorithms, and we show that a class of processes whcih had not yet been used in texture synthesis, cyclostationary processes, can be exploited to synthesize textures with a regular global organization (such as brick walls). One of our contributions also concerns the creation of a texture filtering technique, for an aperiodic tiling synthesis technique called “content exchange”. This filtering enables to render a surface textured with the content exchange, without flickering artifacts or Moiré effects.

En informatique graphique, les mondes virtuels suivant des considérations d'esthétisme demandent de représenter des objets avec de nombreux détails, classiquement apportés par les texture. La synthèse de textures permet d'introduire de l'aléa contrôlé dans le processus de génération et de rendu des textures, qui peuvent alors être plus larges, moins coûteuses en occupation mémoire et limiter les artefacts de répétition et d'alignement. Dans cette thèse, nous formalisons la synthèse de textures en tant qu'implémentation de processus stochastiques. Cette formalisation nous aide à comprendre les algorithmes de bruit procédural, et nous montrons qu'une classe de processus n'ayant pas été utilisé dans la synthèse par le passé, les processus cyclostationnaires, peuvent être exploités pour synthétiser des textures à organisation globale régulière (comme des murs de briques). Une de nos contributions porte également sur la création du filtrage d'une synthèse par pavage apériodique nommée « échange de contenus ». Le filtrage permet d'effectuer le rendu d'une surface texturée avec cette synthèse sans artefacts de scintillements ou effets de Moiré.

Mots clés: Computer science; Texture synthesis; Procedural noise; Rendering; Filtering

Mots clés: Informatique; Synthèse de textures; Bruit procédural; Rendu; Filtrage

Domaines: Synthèse d'image et réalité virtuelle [cs.GR]; Traitement des images [eess.IV]

Nicolas Lutz. Processus stochastiques et algorithmes pour la synthèse et le rendu de textures. Synthèse d'image et réalité virtuelle [cs.GR]. Université de Strasbourg, 2021. Français. ⟨NNT : 2021STRAD003⟩. ⟨tel-03431631v2⟩