Brevet FR3125146A1 — publié le 20230113

Procédé pour générer une image de synthèse prédictive d’une scène réelle, comprenant : - une ou plusieurs étapes d’acquisition d’environnements lumineux de la scène réelle, pour délivrer des données de mesures physiques en relation avec ladite scène réelle, - une ou plusieurs étapes de traitement des données de mesure physique, pour délivrer des informations de caractérisation physique de ladite scène réelle, - une ou plusieurs étapes de simulation prédictive, exploitant les informations de caractérisation physique, pour délivrer une simulation prédictive tridimensionnelle de ladite scène réaliste, avec un rendu physico-réaliste. Voir Figure 1 Procédé et système de génération d’images de synthèse prédictive, et équipement d’acquisition d’environnements lumineux mis en œuvre dans ce système DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé de génération d’images de synthèse prédictive d’une scène réelle. Elle vise également un système de génération d’images de synthèse prédictive mettant en œuvre ce procédé, ainsi qu’un équipement d’acquisition d’environnements lumineux implémenté dans ce système. ETAT DE LA TECHNIQUE Il existe une demande considérable pour des outils numériques d’aide à la conception intégrant des simulations de scènes réelles qui soient les plus réalistes possibles pour les concepteurs. On parle alors de simulations physico-réalistes. Les systèmes classiques de génération d’images virtuelles généralement conçus pour l’Industrie Créative fonctionnent dans le référentiel tri chromique RGB très éloigné de la réalité physique des interactions lumière/matière. On peut citer des logiciels de simulation de systèmes optiques, tels que le logiciel SPEOS de la société Ansys, développé pour prédire l’illumination et les performances optiques de systèmes afin de gagner du temps et des coûts de prototypage, et le logiciel THEIA-RT de la même société, qui procure un rendu en temps réel basé sur la physique. EP3526697A1 divulgue un procédé informatique de modélisation d'au moins une source de lumière, comprenant: une étape de réception de données d'entrée comprenant des données de caractéristiques des matériaux constituant la source de lumière; et une étape de création, à partir de données de caractéristiques des matériaux reçus, ainsi que de données géométriques et de données de caractéristiques d'émission lumineuse de la source lumineuse, un modèle de données représentant la lumière source, ces données géométriques décrivant la source de lumière et définissant une pluralité de volumes et de surfaces; dans lequel, lors de la création du modèle de données: les données es caractéristiques des matériaux sont liées aux volumes et aux surfaces des données géométriques, et aux données des caractéristiques d'émission lumineuse de la lumière la source sont liées aux surfaces des données géométriques; et une étape de stockage du modèle de données dans l'ordinateur. On peut également citer le logiciel OCEAN développé par la société Eclat Digital, qui procure une simulation spectrale et polarisée pour du prototypage virtuel avec un rendu d’image photo-réaliste, ainsi que le logiciel 3D EXCITE développé par la société Dassault Systems qui fournir une solution de visualisation temps réel. Pour autant, ces outils logiciels de simulation optique ne permettent pas encore une validation de l’aspect final du produit manufacturé. Il y a de fait rupture dans la chaîne de conception numérique et des recours à des maquettes physiques restent nécessaires ce qui augmentent considérablement les coûts et les délais. Le but de la présente invention est de dépasser les limitations des procédés de simulation existants et de procurer aux concepteurs un nouvel outil de simulation physico-réaliste d’une qualité telle qu’il puisse délivrer des simulations prédictives dites iso-photographiques d’une scène qui soient indiscernables par rapport à une photographie réelle de cette scène prise au même moment et dans les mêmes conditions. Cet objectif est atteint avec un procédé pour générer une image de synthèse prédictive d’une scène réelle, comprenant : une ou plusieurs étapes d’acquisition d’environnements lumineux de la scène réelle, comprenant des étapes de mesures physiques en relation avec ladite scène réelle, une ou plusieurs étapes de traitement des données de mesure physique, pour délivrer des informations de caractérisation physique de ladite scène réelle, une ou plusieurs étapes de simulation prédictive, exploitant les informations de caractérisation physique, pour délivrer une simulation prédictive tridimensionnelle de ladite scène réelle, avec un rendu physico-réaliste. Les étapes d’acquisition d’environnements lumineux peuvent avantageusement comprendre une pluralité de prises de vue hyper-spectrale de la scène réelle, selon une pluralité de positions angulaires. Les étapes de traitement des données de mesures physiques peuvent comprendre des étapes pour délivrer une cartographie lumineuse de la scène réelle, des étapes pour délivrer une réponse spectrale de la scène réelle, et des étapes pour délivrer des fonctions de réflectance relatives à des matériaux impliqués dans la scène réelle. Les étapes de simulation prédictive sont de préférence spectrales et polarisées, et agencées pour produire une image brute simulée de la scène réelle. Le procédé de génération d’une image de synthèse prédictive selon l’invention peut alors comprendre : une étape préalable pour prendre une photographie de la scène réelle et délivrer sous forme numérique une image brute capturée de ladite scène réelle, une étape pour développer numériquement respectivement ladite image brute capturée et ladite image brute simulée, agencé pour générer respectivement une photographie réelle et une photographie prédite de ladite scène réelle. L’étape de développement numérique peut comprendre une étape pour démosaïquer l’image brute capturée et l’image brute simulée. Il s’agit ainsi avec la présente invention de proposer l’ensemble des outils nécessaires à la génération d’images de synthèse « Iso-Photographique » c’est-à-dire indiscernables d’une photographie prise au même moment dans les mêmes conditions. Toute intervention liée à une éventuelle estimation esthétique de l’utilisateur est écartée. La particularité de cet outil de simulation est d’associer phénomènes physiques et méthodes mathématiques pour livrer des résultats théoriques susceptibles d’être utilisé dans le champ de la réalité virtuelle. Tous les phénomènes physiques en cause sont pris en considération, en particulier l’aspect spectral et la polarisation de la lumière. La résolution de l’équation du rendu est exacte (Illumination Globale par la méthode de Monte-Carlo). À ce titre les résultats sont prédictifs et répétables, condition indispensable à la crédibilité de tels outils de simulation de conception de l’aspect visuel d’un objet. Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé une utilisation du procédé de génération d’image de synthèse dans un outil de Conception de l'Apparence Assistée par Ordinateur. Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un système pour générer une image de synthèse prédictive d’une scène réelle, pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, comprenant : des moyens pour acquérir des environnements lumineux de la scène réelle, comprenant des moyens de mesures physiques de la scène réelle, pour délivrer des données de mesures physiques en relation avec ladite scène réelle, des moyens de traitement des données de mesure physique, pour délivrer des informations de caractérisation physique de ladite scène réelle, de des moyens de simulation prédictive, exploitant les informations de caractérisation physique, pour délivrer une simulation prédictive tridimensionnelle de ladite scène réaliste, avec un rendu physico-réaliste. Les moyens d’acquisition d’environnements lumineux peuvent avantageusement comprendre une caméra disposée sur une platine motorisée pour procurer une pluralité de positions angulaires de prise de vue. Les moyens de traitement des données de mesures physiques peuvent comprendre des moyens pour délivrer une cartographie lumineuse de la scène réelle, des moyens pour délivrer une réponse spectrale de la scène réelle, et des moyens pour délivrer des fonctions de réflectance relatives à des matériaux impliqués dans la scène réelle. Les moyens optiques de mesures physiques et les moyens de traitement des données de mesures physiques peuvent avantageusement être intégrés au sein d’un dispositif polarimètre spectral (DSP). Les moyens de simulation prédictive peuvent en outre être agencés pour produire une image brute simulée de la scène réelle, et le système de génération d’images de synthèse prédictive peut en outre comprendre : des moyens pour prendre une photographie de la scène réelle et délivrer sous forme numérique une image brute capturée de ladite scène réelle, des moyens pour développer numériquement respectivement ladite image brute capturée et ladite image brute simulée, agencés pour générer respectivement une photographie réelle et une photographie prédite de ladite scène réelle. Les moyens de développement numérique peuvent comprendre des moyens pour démosaïquer l’image brute capturée et l’image brute simulée. Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un équipement pour acquérir des environnements lumineux d’une scène réelle, mis en œuvre dans un système de génération d’image de synthèse selon l’invention, comprenant une caméra hyper-spectrale pourvue d’un objectif grand angle, cette caméra comprenant un réseau de diffraction et des lignes de capture spectrale entrelacées et étant disposée sur un plateau motorisé de façon à procurer une pluralité de positions angulaires. Cet équipement d’acquisition d’environnements lumineux peut en outre comprendre des moyens pour synchroniser la rotation de la caméra avec les vitesses d’obturation en relation avec les temps d’intégration. La caméra hyper-spectrale peut en outre être programmée pour effectuer une pluralité de captures consécutives d’une scène réelle présentant de hautes dynamiques lumineuses, à des vitesses différentes. L’équipement d’acquisition d’environnements lumineux peut en outre comprendre des moyens locaux pour stocker temporairement des données de capture d’une scène réelle. DEFINITIONS Balance des blancs : réglage qui permet, sur un appareil de prise de vues électronique, d'adapter la dominante de couleur à l'éclairage Courbe gamma : La caractéristique de transfert d'un transducteur optique électronique Environnement lumineux : Image omnidirectionnelle (360 x 360 degrés) mémorisant l’illumination incidente en un point particulier de l’espace. Imagerie hyper-spectrale : technologie permettant d'obtenir l'image d'une scène dans un grand nombre de bandes spectrales à la fois étroites et contigües Image Raw : désignation générique d'un type de fichier d'images numériques issues d’appareils photo numériques ou de scanners. Un fichier Raw contient les données brutes du capteur et les paramètres nécessaires à la transformation en fichier image visible sur écran Image de synthèse : Image créée par un ordinateur à partir d'un modèle numérique Isophotographie :Image de synthèse indiscernable d’une photographie prise au même moment dans les mêmes conditions Réflectance d’un matériau : Proportion de lumière réfléchie par la surface du matériau DESCRIPTION DES FIGURES La est un synoptique illustrant un exemple de réalisation d’un procédé de génération d’image de synthèse prédictive selon l’invention ; La illustre un processus de comparaison entre une photo réelle et une photo prédite par le procédé de génération selon l’invention ; La illustre un exemple d’un processus connu de dématriçage d’une image Raw, mis en œuvre dans le procédé de génération d’image selon l’invention La illustre un exemple d’un algorithme de traitement implémentant le procédé de génération d’image selon l’invention ; et La est un schéma représentant un équipement d’acquisition d’environnements lumineux mis en œuvre dans un système de génération d’image selon l’invention. Procédé pour générer une image de synthèse prédictive d’une scène réelle, comprenant : - une ou plusieurs étapes (I) d’acquisition d’environnements lumineux de la scène réelle, comprenant des étapes de mesures physiques en relation avec ladite scène réelle, - une ou plusieurs étapes de traitement des données de mesure physique, pour délivrer des informations de caractérisation physique de ladite scène réelle, - une ou plusieurs étapes (II) de simulation prédictive, exploitant les informations de caractérisation physique, pour délivrer une simulation prédictive tridimensionnelle de ladite scène réelle, avec un rendu physico-réaliste. Procédé de génération d’image de synthèse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes de mesures physiques comprennent une pluralité de prises de vue hyper-spectrales (IC) de la scène réelle, selon une pluralité de positions angulaires. Procédé de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes de traitement des données de mesures physiques comprennent des étapes (IA) pour délivrer une cartographie lumineuse de la scène réelle. Procédé de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes de traitement des données de mesures physiques comprennent des étapes (IC) pour délivrer une réponse spectrale de la scène réelle. Procédé de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes de traitement des données de mesures physiques comprennent des étapes (IB) pour délivrer des fonctions de réflectance relatives à des matériaux impliqués dans la scène réelle. Procédé de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes de simulation prédictive sont spectrales et polarisées. Procédé de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes (II) de simulation prédictive sont agencées pour produire (21) une image brute simulée (23) de la scène réelle, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : une étape préalable (20) pour prendre une photographie de la scène réelle et délivrer sous forme numérique une image brute capturée (22) de ladite scène réelle, - une étape(24) pour développer numériquement respectivement ladite image brute capturée (22) et ladite image brute simulée (23), agencée pour générer respectivement une photographie réelle (25) et une photographie prédite (26) de ladite scène réelle. Procédé de génération d’image de synthèse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de développement numérique (24) comprend une étape pour démosaïquer l’image brute capturée (22) et l’image brute simulée (23). Utilisation du procédé de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans un outil de Conception de l'Apparence Assistée par Ordinateur. Système pour générer une image de synthèse prédictive d’une scène réelle, pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant : - des moyens (1) pour acquérir des environnements lumineux de la scène réelle, pour délivrer des données de mesures physiques en relation avec ladite scène réelle, - des moyens de traitement des données de mesure physique, pour délivrer des informations de caractérisation physique de ladite scène réelle, - des moyens de simulation prédictive, exploitant les informations de caractérisation physique, pour délivrer une simulation prédictive tridimensionnelle de ladite scène réaliste, avec un rendu physico-réaliste. Système de génération d’image de synthèse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d’acquisition d’environnements lumineux (1) comprennent une caméra hyper-spectrale (2) disposée sur une platine motorisée (3) pour procurer une pluralité de positions angulaires de prise de vue d’une scène réelle (6). Système de génération d’image de synthèse selon l’une des deux revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de traitement des données de mesures physiques comprennent des moyens pour délivrer une cartographie lumineuse de la scène réelle (6). Système de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement des données de mesures physiques comprennent des moyens pour délivrer une réponse spectrale de la scène réelle (6). Système de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des quatre revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement des données de mesures physiques comprennent des moyens pour délivrer des fonctions de réflectance relatives à des matériaux impliqués dans la scène réelle. Système de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des quatre revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens optiques de mesures physiques et les moyens de traitement des données de mesures physiques sont intégrés au sein d’un dispositif polarimètre spectral (DSP). Système de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des cinq revendications précédentes, dans lequel les moyens de simulation prédictive sont agencés pour produire une image brute simulée de la scène réelle (6), caractérisé en ce qu’il comprend en outre : des moyens pour prendre une photographie de la scène réelle et délivrer sous forme numérique une image brute capturée de ladite scène réelle, des moyens pour développer numériquement respectivement ladite image brute capturée et ladite image brute simulée, agencés pour générer respectivement une photographie réelle et une photographie prédite de ladite scène réelle. Système de génération d’image de synthèse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de développement numérique comprennent des moyens pour démosaïquer l’image brute capturée et l’image brute simulée. Equipement pour acquérir des environnements lumineux d’une scène réelle, mis en œuvre dans un système de génération d’image de synthèse selon l’une quelconque des revendications 10 à 17, comprenant une caméra hyper-spectrale (2) pourvue d’un objectif grand angle, cette caméra (2) comprenant un réseau de diffraction et des lignes de capture spectrale entrelacées et étant disposée sur un plateau motorisé (3) de façon à procurer une pluralité de positions angulaires. Equipement d’acquisition d’environnements lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens pour synchroniser la rotation de la caméra (2) avec les vitesses d’obturation en relation avec les temps d’intégration. Equipement d’acquisition d’environnements lumineux selon l’une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméra (2) est programmée pour effectuer une pluralité de captures consécutives d’une scène réelle présentant de hautes dynamiques lumineuses, à des vitesses différentes. Equipement d’acquisition d’environnements lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens locaux pour stocker temporairement des données de capture d’une scène réelle.