Jouer avec la lumière et inventer un monde
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Qui aurait pu imaginer toute l’ingénierie nécessaire pour produire une image du film Avatar! L’expertise d’Adrien Gruson, nouveau professeur au Département de génie logiciel et des technologies de l’information, consiste à calculer la distribution de la lumière dans une scène virtuelle afin de développer les algorithmes qui généreront les images les plus réalistes possibles. Ces images sont réelles ou virtuelles? Le but est de les rendre indiscernables les unes des autres.
Adrien Gruson est tombé dans le cyberespace comme Obélix dans la potion magique. Son père possède Archividéo, une entreprise qui développe des algorithmes visant à générer des visualisations 3D de villes entières. Dès l’âge de 2 ou 3 ans, Adrien manipule de ses petits doigts la souris de son Atari ST qui lui ouvre la porte des jeux vidéo, et plus tard de la programmation. Très jeune, il s’amuse à développer des applications en Visual Basic.
Lorsque vient le temps de choisir son champ d’études, Adrien suit les conseils de son père et s’inscrit à l’École supérieure d’ingénieurs de Rennes, sa ville natale. Comme il cumule déjà pas mal d’expérience en informatique, Adrien s’intéresse à un volet qu’il ne connaît pas, les images de synthèse. Commence alors un périple d’algorithmes et de stratégies d’échantillonnage.
Tout est mathématique
Et pourtant, le jeune Adrien déteste les mathématiques. Il a même réussi à obtenir un zéro pour son cours de calcul intégral au lycée. À quoi ça sert d’apprendre les maths toute façon?
Maintenant, il sait. Sans maths, pas algorithmes, pas d’images. Adrien aimerait convaincre les étudiants et les étudiantes de l’importance des modèles mathématiques en simulation numérique. Ces outils mathématiques sont les véritables créateurs des images de synthèse, même si ce n’est pas toujours évident à première vue.
Après l’obtention de sa maîtrise en informatique en 2011, Adrien poursuit ses études de doctorat à Rennes sous la direction de Kadi Bouatouch. Sa thèse oriente ses recherches vers la création d’algorithmes plus robustes pour simuler le transport de la lumière. Pendant son parcours, il rencontre un autre de ses mentors, Jaroslav Křivánek, professeur agrégé à l’université Charles de Prague et chercheur renommé dans la simulation du transport de la lumière. Adrien termine son doctorat en 2015. Quatre ans plus tard, Křivánek meurt dans un accident. Pour Adrien, Jaroslav Křivánek demeure le plus grand formateur qui a croisé sa route, et ses enseignements continuent de l’inspirer.
Rendu en temps réel ou hors ligne : le dilemme
Deux approches principales sont utilisées pour créer des images de synthèse : le rendu en temps réel, où la vitesse d’affichage des pixels est une priorité absolue, et le rendu en temps non réel, qui cherche à obtenir une image de très haute qualité à coût raisonnable.
Adrien Gruson est perfectionniste. Or la perfection exige du temps. « Pour pouvoir générer Toy Story 4 de Pixar en 2019, à l’aide d’un seul ordinateur, il aurait fallu plusieurs centaines d’années tellement la quantité de calculs nécessaires est énorme. Ils y sont parvenus en quelques mois parce qu’ils ont utilisé beaucoup, beaucoup d’ordinateurs. »
Image photoréaliste ou plausible? Au cinéma, on préfère l’image la plus réaliste possible, tandis que dans l’univers des jeux vidéo, où l’interactivité prédomine, les images peuvent être moins léchées, mais doivent s’afficher à une fréquence minimale. Évidemment, la fabrication d’images ultraréalistes prend plus de temps et coûte plus cher puisqu’elle requiert des simulations du transport de la lumière plus complexes.
Bien qu’Adrien ait opté pour la spécialisation en rendu en temps non réel, son but ultime est de « développer des algorithmes capables de générer des images en temps réel de très haute qualité comme dans les films ». Donc, pouvoir offrir le meilleur des deux mondes.
Entrée sur scène
Auparavant, on numérisait le réel dans l’univers virtuel, bientôt ce sera le contraire. Ainsi, on a numérisé les traits de l’acteur Paul Walker, décédé avant la fin du tournage de Fast and Furious 7, pour ensuite le faire revivre sur l’écran. Adrien est convaincu que ce nouveau procédé, et surtout, la fusion récente d’un grand studio de postproduction en cinéma et d’une société de développement de logiciels de jeux vidéo propulsera les avancées technologiques dans le domaine du génie logiciel.
Transmettre son savoir à l’ÉTS
Adrien Gruson, professeur à l’ÉTS
Au cours de ses études à la maîtrise, Adrien effectue un stage dans le laboratoire de Sumanta Pattanaik, professeur associé en sciences informatiques à l’Université de Floride centrale. C’est dans ce contexte qu’Adrien se penche sur la perception visuelle et sur les algorithmes qui permettent de mimer la perception de l’appareil visuel humain. D’ailleurs, son mémoire porte sur le mappage tonal, une étape essentielle lors de l’affichage d’images ultraréalistes sur écran.
Adrien Gruson a choisi l’ÉTS parce que les étudiantes et les étudiants ont la réputation d’être forts techniquement et que la formation est axée sur la pratique. « Parfois, les cours à l’université peuvent être très théoriques, mais pas obligatoirement appliqués. Et ça peut poser des problèmes dans l’industrie. »
On compte peu de grands experts dans le secteur de la simulation du transport de la lumière, alors pouvoir transmettre cette expertise à la jeune cohorte passionnée d’images de synthèse est très important pour Adrien Gruson.
La limite de l’expressivité de ce nouveau contenu numérique dépend principalement de la créativité des ingénieurs et ingénieures, et de leur capacité à développer de nouveaux processus numériques pour simuler de nouveaux phénomènes de lumière. Un pied dans le réel et l’autre dans le virtuel, Adrien voyage entre les deux univers avec aisance. Heureusement que sa petite Melina de quelques mois à peine lui rappelle l’urgence de la réalité et la beauté de marcher les deux pieds sur Terre.
