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Thèse: Simulation numérique à partir de la géométrie 3D et d’un gonioréflectomètre virtuel

12 Octobre 2022


Catégorie : Doctorant


Sujet de thèse :

Simulation numérique à partir de la géométrie 3D et d’un gonioréflectomètre virtuel

Présentation du contexte de la thèse :

Cette thèse se place dans le projet ANR REFLECTIVITY qui propose de développer de nouvelles techniques pour mesurer la BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) des surfaces routières et les utiliser pour optimiser les installations d’éclairage public, la visibilité de la signalisation horizontale ou lutter contre les îlots de chaleur urbains.

Les objectifs scientifiques du projet sont:

- La création d’une base de données en laboratoire de BRDF de surfaces routières.

- Le développement d’une nouvelle méthodologie de mesure virtuelle de la BRDF des surfaces routières basée principalement sur la géométrie 3D de ces surfaces.

- Le développement de méthodes de prédiction de la BRDF en fonction de différents phénomènes.

- La déclinaison opérationnelle de ces nouvelles connaissances dans les domaines de l’aménagement urbain et des infrastructures routières.

Mots clés :

Mesure par traitement d’images, simulation d’éclairage, BRDF

Description du sujet de thèse

L’objectif de cette thèse vise à fournir les outils nécessaires pour numériser la géométrie 3D des surfaces routières puis d’en estimer la BRDF via des méthodes de simulations numériques. A partir de la caractérisation géométrique réalisée avec un dispositif portable de mesure 3D développé au laboratoire XLIM, et de caractéristiques optiques issues de mesures colorimétriques ou de BRDF de composants élémentaires issues d’une base de données, le travail de thèse aura pour objectif de modéliser numériquement des surfaces qui dépendront des différentes formulations possibles afin d’en prédire la BRDF. Ces travaux se baseront sur les récents travaux du laboratoire XLIM pour la prédiction de la BRDF d’une surface en fonction de ces propriétés micro-géométriques. Les outils développés seront adaptés à l’utilisation de structures de données spécifiques pour la simulation de surfaces à géométrie et apparence complexes. En effet, une chaussée est très hétérogène car composée de plusieurs matériaux (liant et granulats), de caractéristiques optiques différentes. Il sera intéressant de pouvoir vérifier si la mesure virtuelle d’une portion de chaussée nécessite une surface structurée (granulats liés par le bitume) ou si des modèles statistiques de constitution de la chaussée (pourcentage de granulat par rapport au liant) sont suffisants. Pour chaque surface, il faudra explorer 7 dimensions : 4 pour les directions d’incidence et de réflexion, 2 pour le plan tangent et une pour les longueurs d’onde, ce qui risque de générer des temps de calcul extrêmement longs.

Les développements informatiques utiliseront la parallélisation des calculs pour un déploiement du code sur les fermes de calculs hébergées à XLIM. Le gonioréflectomètre virtuel s’inspirant des méthodes classiquement utilisées en synthèse d’images réalistes, le travail s’appuiera sur l’expertise en méthodes de résolution plus abouties (par exemple Metropolis Light Transport), pour diminuer les temps de calculs. Il sera aussi intéressant de mesurer seulement la BRDF dans ses directions les plus contributives afin de procéder à une compression des données ou une re-paramétrisation. L’évaluation des simulations numériques s’appuiera sur les mesures de BRDF réalisées dans le projet, notamment celles classiquement réalisées sur des chaussées : les tables-r. Dans un second temps, les BRDF numériques pourront être comparées aux mesures du gonioréflectomètre. Une attention particulière sera portée sur la méthodologie d’évaluation des données de la simulation numérique. Les métriques usuelles (MSE, RMSE, PSNR, SSIM) seront utilisées ou adaptées tout comme des métriques plus spécifiques aux applications visées.

Présentation du laboratoire d’accueil

Le laboratoire XLIM UMR CNRS 7252 est centré sur les domaines de l'électronique et les hyperfréquences, l'optique et la photonique, la CAO, les mathématiques, l'informatique et l'image, dans les domaines des réseaux télécom et espace, des environnements sécurisés, de la bio-ingénierie, des nouveaux matériaux, de l'énergie et de l'imagerie.

XLIM est un Institut de Recherche pluridisciplinaire, localisé sur plusieurs sites géographiques, à Limoges sur les sites de la Faculté des Sciences et Techniques, de l'ENSIL, d’Ester-Technopole, à Brive sur le site de l'IUT GEII et à Poitiers sur le site de la Technopole du Futuroscope.

XLIM fédère un ensemble de plus de 480 enseignants-chercheurs, chercheurs CNRS, ingénieurs, techniciens, post-doctorants et doctorants, personnels administratifs.

La thèse proposée se fera au sein de l’axe ASALI, équipe ICONES, et sera située sur le site de la Technopole du Futuroscope (Chasseneuil du Poitou).

Financement

Contrat doctoral,

3 années de thèse sur projet ANR

Profil du candidat

Le profil du candidat(e) recherché(e) est de type ingénieur ou universitaire avec un très bon dossier. Il devra posséder de bonnes connaissances en informatique graphique et en traitement du signal avec un goût pour les travaux expérimentaux.

Le candidat devra maîtriser le développement informatique (C/C++) afin de proposer des outils pour des calculs intensifs (multithread/GPU).

Des connaissances en optique seront un plus mais pas obligatoire.

Une bonne capacité d’expression orale et écrite en français et en anglais