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la radiance - introduction

remarque : un anglicisme fortement enraciné a conduit beaucoup de monde à utiliser le terme "radiosité" pour traduire "radiosity". Ce mot n'existe pas en français, et il faut lui substituer "radiance".

c'est un fou...

...qui repeint son plafond, en rouge ! Un autre fou arrive, et lui demande : "tiens, tes murs sont tout roses !", à quoi le fou répond : "c'est normal, la lumière blanche qui pénètre dans la pièce éclaire les murs blancs et le plafond rouge, la lumière qui passe sur le plafond rebondit et va déposer un peu de rouge sur les murs blancs. Ça s'appelle la radiance !". Alors, l'autre fou lui dit "accroche-toi au pigment, j'enlève le scale".

sans radiance avec radiance

la petite Larousse a de beaux Roberts

RADIANCE : "Quotient du flux lumineux que rayonne une surface par son aire." (le petit Robert).
On peut aussi appeler ce phénomène "éclairement", mais cela comporte un risque de confusion.

En physique, la radiance s'exprime en "lux", c'est à dire en "lumen" par m². "Quotient (rapport) du flux lumineux (en lumen) que rayonne une surface par son aire (en m²)."

Cette définition, si elle permet de comprendre un peu mieux le principe de la radiance, ne nous préoccupe pas beaucoup, puisque POV-Ray travaille avec des valeurs lumineuses abstraites, et pas en unités physiques.

Pour faire simple, on peut dire que chaque surface est une source lumineuse en soi, par sa capacité à rediffuser une partie de la lumière qu'elle reçoit. Dans la réalité, la majeure partie de la lumière visible est due à ce phénomène, la part de lumière directe étant relativement faible. Pensez par exemple au rapport entre la lumière directe du soleil et celle diffusée par le ciel. Le matin, dans une pièce exposée au nord, aucune lumière directe n'entre, mais la radiance produite par le ciel, puis les murs, etc.. suffit à éclairer la pièce. C'est la radiance qui donne le "modelé" des ombres, en produisant des nuances là où la lumière ne semble pas pouvoir arriver.

quels algorithmes ?

Très souvent, les logiciels calculant la radiance utilisent une méthode qui consiste à diviser tous les objets de la scène en plein de petits triangles (plus de triangles = plus de finesse), et puis à calculer les transferts d'énergie successifs entre les triangles, chacun recevant et émettant une certaine quantité d'énergie lumineuse. C'est la méthode utilisée par des logiciels comme Radiance (gratuit) ou LightScape (très cher).

POV-Ray, utilisant de nombreuses primitives définies mathématiquement, ne peut pas pratiquer cette division en triangles, et doit donc recourir à une autre méthode, dite "monte-carlo", qui consiste à faire un échantillonnage statistique de l'environnement autour des points dont on cherche le niveau d'illumination, afin de déterminer l'influence de cet environnement sur la couleur du point. C'est également la méthode choisie par des logiciels tels que BMRT (presque gratuit), LightWave (cher), Mental Ray (très très très cher), ou encore le déjà mythique Arnold (probablement cher, quand il sortira).

Petit motif de fièreté : POV-Ray a adopté le modèle "monte-carlo" en 1996, même si il a fallu attendre MegaPOV (début 99 ?) pour révéler tout son potentiel.

Il n'y a pas une "bonne" et une "mauvaise" méthode de radiance, ni une "vraie" et une "fausse". La méthode par triangulation convient très bien pour des géométries simples, et a l'avantage de permettre des déplacements de caméra dans la scène sans devoir recalculer la "solution" de radiance. La méthode "monte-carlo" est plus adaptée à des scènes complexes, puisque la solution n'est calculée que pour ce qui est visible, mais un recalcul complet est nécessaire à chaque fois.

Il semblerait que la méthode "monte-carlo" devienne de plus en plus populaire, après avoir longtemps été considérée, à tort, comme boîteuse.

local/global : mise au point

Souvent, on voit les termes "illumination locale" et "illumination globale" appliqués respectivement au lancer de rayons et à la radiance. Cet usage ne pose généralement pas de problèmes, mais masque la vraie signification de ces termes, au point que certains parlent d'illumination locale à propos de la radiance de type "monte-carlo".

En fait, "local" désigne une propriété qui dépend du point de vue (de la caméra), tandis que "global" désigne une propriété indépendante du point de vue.

Donc, par exemple, la couleur apportée par la réflexion sur une surface est une propriété locale, puisqu'elle change avec le point de vue. Par contre, la couleur (le pigment) d'une surface est une propriété globale, puisque indépendante du point de vue. La radiance est toujours une propriété globale, l'émission lumineuse des surfaces entre elles étant indépendante du point de vue, quelle que soit la méthode de calcul choisie.

Rédacteur: Fabien Mosen