Sensation physiologique de la décroissance de l'intensité lumineuse et montages photos.

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Bonjour à tous,

Mon frère s'intéresse aux montages faits sur ordinateur, il me pose pas mal de questions là dessus.

Il m'a demandé comment faire pour simuler sur ordinateur une source lumineuse (ajoutée) dans un environnement donné.
Par exemple, sur une photo d'une pièce de maison, on place dans la pièce une ampoule donnée.
Comment rendre compte de celle-ci?

Il m'a demandé comment décroit l'intensité lumineuse en fonction de la distance, pour faire le montage photo indiqué ci-dessus, s'il y avait une loi.

Mes réponses (excusez moi s'il y a des erreurs, je n'y connais rien) :
Ce qui compte pour ton montage photo c'est la sensation physiologique de la lumière.
Donc première réponse : essaye de faire varier avec ton logiciel ce que ce logiciel appelle "intensité lumineuse" en 1/r ou 1/r², et puis ajuste ensuite cette expression au feeling par rapport à la sensation donnée par la photo, et vois ce qui colle le mieux.
Ensuite je lui ai dit qu'à mon avis, la grandeur physiologiquement importante (ce qu'il appelle l'intensité lumineuse) était l'énergie reçue par unité de surface par l'oeil pendant un temps donné (ie la puissance par unité de surface).
Je lui ai donc dit : grosso modo, l'énergie lumineuse par unité de surface décroit en 1/r² (se répartit sur des sphères concentriques de rayon r ...).
Mais de toute façon à mon avis à un moment ou à un autre tu auras besoin de faire ça à l'oeil, ne serais-ce parce que la grandeur que tu peux modifier à l'ordinateur ne correspond pas à la sensation physiologique que l'on a d'intensité lumineuse, et que celle-ci est certes liée à l'énergie lumineuse reçe par unité de surface mais également à l'environnement (donc que le logiciel ne peut prétendre donner accès à l'énergie lumineuse par unité de surface)

Mes réponses sont-elles correctes (dans un but pratique) ? Voyez-vous un moyen de l'aider ?
Et les pros eux, comment font-ils ? Ceux qui font les effets spéciaux dans Star Wars et compagnie ? Comment rendre-compte des sabres laser, ... ?
Il y a bien un moment ou ils font ça à l'oeil non ? Parce que mon frère voudrait éviter (il voudrait entrer une formule et hop ça fait la même photo que si on avait placé la même source lumineuse dans la pièce), mais à mon avis ce n'est pas possible en pratique.

Merci d'avance.
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[LPFR]

Bonjour.
Vous avez raison quand vous dites qu'il faut faire ça à l'œil.
Une photo, un tableau ou un écran d'ordinateur ne peuvent pas donner un bon résultat que si la luminosité des objets représentés reste dans les limites de la résolution et de la luminosité maximum d'un écran.
Si vous représentez le soleil qui éclaire une scène, il ne sera pas plus brillant que la feuille de papier qu'il éclaire. Le soleil est plus de 2000 fois plus lumineux qu'une scène très bien éclairée. Alors que la luminosité d'un pixel va de zéro à 255. Donc, si mous mettez le soleil à 255, les reste des pixels devrait être à zéro.
C'est la même chose pour une ampoule dans une pièce. Si vous la regardez directement, elle est éblouissante. Une tache blanche sur votre écran ne le sera jamais.

Et les sabres laser de star-wars ne sont pas très lumineux. Ils le sont moins qu'un tube fluorescent.
L'astuce des effets spéciaux est précisément de ne pas essayer de simuler des choses impossibles à simuler.
Au revoir.

[Pio2001]

Impossible à faire de façon réaliste. Le mieux est de faire comme un peintre et d'ajouter des effets au feeling.

Quelques élément de réponse sur une simulation réaliste :

La sensibilité de l'oeil n'a aucune importance, puisque c'est un oeil qui regardera l'image au final. Pas besoin de la simuler pour envoyer directement le signal traité par la rétine dans le nerf optique ! Le spectateur viendra avec son oeil, et celui-ci fera la conversion intensité réelle -> stimulus. Nous, on n'a à s'occuper que de l'intensité réelle.

Il y a plusieurs courbes de compensation à prendre en compte. La première est la courbe de gamma. Les valeurs numériques de 0 à 255 codent des intensités lumineuses selon une échelle compliquée. La formule donnant l'intensité lumineuse en fonction de la valeur numérique est donnée sur ce site : http://www.brucelindbloom.com/index....GB_to_XYZ.html
Une formule approchée, plus simple consiste à élever la valeur à la puissance 2.2. Cela marche bien sauf dans les tons très sombres.

Normalement, si l'écran est parfait, il restitue une intensité lumineuse correspondant à cette formule.

Mais la photo elle-même ne respecte pas cette formule. L'intensité codée dépend du choix du constructeur. Les courbes des différents appareils sont mesurées par le site dpreview.com.
Aller à la review de l'appareil photo utilisé, et consulter la rubrique "Photographic tests (DR)".
La courbe donnée ici correspond toutefois à l'appareil utilisé en mode jpeg standard. Si une option quelconque est activée "paysage, haut contraste etc", la courbe ne sera pas du tout la même.
Sur des appareils compacts, il est probable qu'un microprocesseur analyse la scène et choisisse automatiquement une courbe adaptée.
Si la photo est prise en raw et le raw traité ensuite sur ordinateur, la courbe utilisée dépendra du logiciel et de ses multiples réglages possibles.

Ensuite, en imaginant que tu aies pu obtenir la courbe de correspondance entre les valeurs et la luminosité, il te faudrait connaître, pour chaque élément de la photo, sa reflextivité, sa distance, en 3D, à la source lumineuse à ajouter, et son environnement lumineux.

Par exemple, si tu veux ajouter une ampoule sur une table, il faut calculer, en compensant la perspective, la distance originale entre l'ampoule et le morceau de table à colorier (et non la distance sur la photo). L'angle d'attaque du rayon lumineux sur la surface, puis la réflexivité de la surface en fonction de l'angle d'attaque et de l'angle de vue.
Avec la distance, tu atténues en 1/r2 la luminosité originale de l'ampoule, puis tu multiplie par la réflexivité combinée. Il faut aussi ajouter les réflexions indirectes. Par exemple si une carafe d'eau est posée à côté, il faut calculer les reflets que la carafe renvoie sur la table.
Cela te donne l'intensité à ajouter à l'image.

Il faut alors calculer avec la courbe de correspondance de l'appareil (si elle est connue), la luminosité de départ. Additionner la luminosité trouvée, puis reconvertir en valeur avec la courbe de l'appareil.

Et ça c'est en noir et blanc. En couleur, c'est plus compliqué, car il faut choisir une méthode pour augmenter la luminosité : à teinte constante ? A saturation constante ? Un peu des deux ? Chaque concepteur d'appareil photo a sa recette, qui privilégie les couchers de soleils, le bleu du ciel, ou au contraire les couleurs des portraits, sachant qu'on ne peut pas tout avoir à la fois. En particulier une courbe de transfert qui respecte bien les couleurs des paysages, en conservant un ciel saturé au détriment de la nuance exacte du bleu d'origine, sera mauvaise pour les portraits, car le moindre écart de nuance se voit sur la peau.

Bref, c'est mission impossible. Faut y aller au pif.

Dans les effets spéciaux, dans les films, c'est fait à partir de simulation 3D. Tous les objets sont modélisés en 3D virtuelle, et le GPU de la carte vidéo effectue tous les calculs mentionnés ci-dessus.

Pour les sabres laser, d'après les sites qui en parlent, c'est simplement l'équivalent de dessin animé inscrusté dans l'image.
Et en effet, je viens de regerder attentivement le duel entre Luke et Darth Vader dans le Retour du Jedi : les sabres laser n'émettent absolument aucune lumière autour d'eux. Les visages et les objets restent tels qu'ils ont été filmés, sans sabres. Il n'y a que quelques coups de flash de temps en temps.

[Pio2001]

D'un point de vue plus pragmatique, pour aider ton frère, ci-joint une photo d'un élément très lumineux dans un environnement sombre. Le Soleil couchant se reflète sur un panneau routier.

Pour donner ainsi l'impression de lumière, alors que le panneau, sur l'image est simplement enregistré en blanc, il faut ajouter un halo tout autour.

[A voir en vidéo sur Futura]