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Un Light Stage à Supélec !

Alors que les géants de la création multimédia s’arrachent les meilleurs infographistes pour concevoir des films et des jeux-vidéo toujours plus réalistes, des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont mis au point un scanner 3D haute résolution permettant de capturer les propriétés lumineuses (texture et réflectance) de n’importe quel objet, vivant ou non.

Les raisons de tels travaux de recherche ? Le cerveau humain est capable de discerner les images de synthèse des images réelles avec un taux de réussite dépassant l’entendement. Cette capacité est d’autant plus affutée qu’il s’agit d’un visage humain, la plus petite imperfection lui faisant perdre toute trace de réalisme.

C’est ici que la technologie Light Stage intervient. Celle-ci est capable de générer un modèle lumineux 3D ultra-haute définition d’un visage humain voire d’un acteur complet ! Il suffit alors d’utiliser un algorithme adapté pour intégrer ce modèle dans une scène donnée. Le résultat est bluffant, et même nos cerveaux ne parviennent plus à faire la différence.

Un groupe de quatre étudiants de l’école Supélec s’est lancé dans la réalisation d’un tel système, une première en France !



La technologie Light Stage mise en lumière

Cartographie des normales, obtenues par un Light Stage

Un modèle complet de visage humain est donné par un modèle 3D ultra fin associé à une texture et à une matrice de réflectance. La prouesse réalisée par la technologie Light Stage actuelle est notamment la capture de ce modèle 3D, les technologies antérieures ne permettant l’extraction que d’un modèle grossier par stéréoscopie.

L’obtention d’un tel degré de détail est rendue possible grâce à l’exploitation des propriétés spécifiques de la peau : la lumière directement réfléchie conserve sa polarisation, alors que celle réfléchie par transluminescence la perd partiellement. Par filtrage et différence, il est possible d’extraire la réflexion spéculaire du visage, selon toutes les directions de l’espace.

C’est cette information qui, par transformations mathématiques assez simples, révèle les moindres détails de la géométrie du visage, jusqu’au moindre pore de la peau !



De la théorie à la pratique… une affaire de discrétisation !

Afin d’obtenir les photographies nécessaires au calcul de ce modèle ultra précis, il faudrait théoriquement éclairer le visage avec des sources polarisées depuis toutes les directions de l’espace (soit une infinité) ! Heureusement, de sympathiques hypothèses (optique linéaire et propriétés de l’échantillonnage) nous permettent de nous contenter d’un éclairage très discrétisé en polarisations et en angles d’incidence.

La répartition sur une sphère d’un nombre fini de sources polarisées permet d’obtenir les répartitions lumineuses nécessaires à l’obtention des informations tant convoitées. La capture s’effectue avec quelques appareils photos habillement espacés. Le Light Stage est né !



Une réalisation « made in Supélec »

Modélisation informatique d’une partie du Light Stage Supélec


Le principal inconvénient d’un tel appareil est son coût de réalisation : il a fallu le réduire au maximum, sans pour autant faire de compromis.

La grande majorité des pièces a donc été réalisée dans les locaux de l’école (structure en aluminium notamment) puis assemblée par l’équipe en charge du projet (depuis les sources lumineuses, jusqu’aux cartes électroniques de commande, en passant par l’alimentation électrique).

Tout ce système est intégralement pilotable à distance par informatique, et le software a également été réalisé en interne ! Mais pas le droit à l’erreur : afin de ne rien laisser dans l’obscurité, le système a été globalement conçu et modélisé par informatique avant de sortir de terre.



Le Light Stage Supélec en chiffres

La structure une fois assemblée

La réalisation de cet appareil ne nécessitera pas moins de 4 APN Canon EOS 1200D, 60 mètres de profilé en aluminium, 156 LEDs et lentilles, 350 mètres de câble, près de 500 vis et écrous, 750 colliers plastiques, 5000 soudures… !

A pleine charge, il ne consommera pas moins de 250 ampères sous 7,5V pour un éclairage équivalent à 210 ampoules à incandescence de 75W.



Un projet ambitieux ?

Oui, mais l’enjeu en vaut la chandelle ! Non seulement un tel appareil présente des applications dans le domaine du multimédia, mais il pourrait également permettre d’effectuer une caractérisation 3D de n’importe quel objet, et pas seulement une caractérisation optique, un peu comme un IRM !

Premier fonctionnement prévu pour début 2015 !


Mise à jour : le 28/04/2015 13:44