Between perception and digital images: a perspective
Entre perception et images numériques : une perspective
Résumé
The scientific context of the work presented in this manuscript concerns the contributions of perceptual data to the generation of photo-realistic synthetic images.
First of all, an overview of perception-related issues is effected, focusing on identifier the variables involved during the perception of an image, digital or otherwise. Certain parameters are taken into account, first and foremost visual acuity and contrast sensitivity. The question of 3D perception, for its part, raises theoretical and practical issues that are explored through the lens of depth perception cues: monocular cues familiar to painters and graphic artists, and binocular cues involved in stereoscopic vision. We then focus on the general problem of lighting simulation, for which the use of Monte-Carlo algorithms enables photo-realistic images to be produced. These methods are based on the modeling of light sources, materials, geometry and light transfer in a virtual scene.
Although they produce very high quality images, they are characterized by relatively slow convergence, leading to the appearance of visual artifacts. High spatial frequency noise is particularly noticeable in the early stages of the calculation. This fades with the number of samples, but tends to remain very noticeable. Moreover, it is difficile to determine a precise stopping criterion for the calculation.
Our contributions focus on these artifacts, using real data from user experiments afin order to determine where they are visible in an image and up to what level computations are required to make them imperceptible. This work has been carried out within a transdisciplinary framework, combining the methods and results of experimental psychology with digital image computation techniques.
Le contexte scientifique des travaux présentés dans ce manuscrit concerne les apports des données perceptives à la génération d’images de synthèse photo-réalistes.
Tout d’abord un tour d’horizon des problématiques liées à la perception est effectué, en s’attachant à identifier les variables impliquées lors de la perception d’une image, numérique ou non. Certains paramètres sont `a prendre en compte, au premier lieu desquels l’acuité visuelle et la sensibilité au contraste. La question de la perception 3D pour sa part soulève des problèmes théoriques et pratiques qui sont explorés par le biais des indices de perception de la profondeur : les indices monoculaires qui sont connus des peintres et artistes graphiques ainsi que les indices binoculaires impliqués dans la vision stéréoscopique. Nous nous focalisons ensuite sur la problématique générale de la simulation d’éclairage, pour laquelle l’utilisation des algorithmes de Monte-Carlo permet de produire des images photo-réalistes. Ces méthodes se basent sur une modélisation des sources de lumière, des matériaux, de la géométrie et du transfert de la lumière dans une scène virtuelle. Bien qu’elles permettent d’obtenir des images de très grande qualité, elles se caractérisent par une convergence relativement lente et induisent l’apparition d’artefacts visuels. Un bruit de haute fréquence spatiale est notamment visible dans les premières phases du calcul. Celui-ci s’estompe avec le nombre d’´échantillons mais tend `a rester très perceptible. De plus, il est difficile de déterminer un critère d’arrêt précis du calcul.
Nos contributions se focalisent sur ces artefacts, en utilisant des données réelles issues d’expériences utilisateurs afin de déterminer où ils sont visibles dans une image et jusqu’`a quel niveau les calculs sont nécessaires pour les rendre imperceptibles. Ces travaux ont été menés dans un cadre transdisciplinaire associant les méthodes et résultats de la psychologie expérimentale aux techniques de calculs d’images numériques.
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