Le tissu a longtemps été difficile à reproduire numériquement en raison de la myriade de façons dont les fils peuvent être tissés ou tricotés. Désormais, des chercheurs de Cornell, en partenariat avec la société technologique NVIDIA, ont développé une méthode pour créer des images numériques de tissu qui capturent plus précisément la texture des textiles.
La nouvelle étude de l’équipe, présentée le 16 décembre lors de la conférence SIGGRAPH Asia 2025 de l’Association for Computing Machinery à Hong Kong, modélise la façon dont la lumière interagit avec les fils – à la fois en traversant et en se reflétant sur le tissu. Cette avancée est la dernière en date à émerger du laboratoire de Steve Marschner, professeur d’informatique au Cornell Ann S. Bowers College of Computing and Information Science, qui travaille sur ce problème depuis plus de deux décennies.
Les gens de l’industrie du film se plaignent toujours de la difficulté à reproduire le tissu, explique Marschner, qui faisait partie d’une équipe ayant reçu un Technical Achievement Award en 2004 de l’Academy of Motion Picture Arts and Sciences pour des travaux sur la reproduction de matériaux translucides. « C’est juste difficile de le faire bien paraître. Ça a toujours l’air faux. »
À son niveau le plus petit, le tissu est composé de minuscules fibres torsadées ensemble pour former un brin appelé pli. Plusieurs plis sont torsadés ensemble pour former un fil, qui est ensuite tissé ou tricoté pour créer le tissu. Contrairement à des matériaux comme le métal ou la peau, qui ont une surface solide et continue, le tissu est juste un tas de fibres flottant dans l’espace qui sont maintenues ensemble par friction, affirme Marschner.
La forme des fibres varie également selon le matériau. Coupez une fibre de laine et l’extrémité sera presque ovale ; les fibres de coton ont une forme de rein et la soie ressemble à des polygones à trois ou quatre côtés.
« Cela rend la structure tellement intéressante mais si difficile à modéliser, déclare Yunchen Yu, doctorante en informatique et première auteure de l’étude. Je pense qu’il n’y aura jamais un seul modèle de tissu que tout le monde utilisera. »
Marschner a commencé à rechercher des méthodes pour reproduire le tissu lorsqu’il est devenu professeur assistant à Cornell en 2002. Son premier doctorant, Piti Irawan, Ph.D. ‘08, a développé une méthode simple qui modélisait comment la lumière se réfléchit différemment sur les fibres à différents points de la surface du tissu.
Après avoir réalisé que la structure des fibres sous-jacente dicte l’apparence d’un tissu, Marschner a commencé à modéliser le tissu de manière plus complète. Avec Shuang Zhao, Ph.D. ’14, et Kavita Bala, provost et professeure d’informatique, il a utilisé un scanner microCT pour imager à l’échelle des fibres tissées. Ce niveau de détail leur a permis de reproduire le tissu plus précisément, mais le scan était coûteux et prenait du temps.
Finalement, ils ont rendu le processus plus efficace, de sorte qu’ils n’avaient pas besoin de scanner chaque tissu qu’ils reproduisaient. Ce travail s’est transformé en un projet parallèle avec Brooks Hagan, professeur à la Rhode Island School of Design, qui a permis aux designers d’intérieur de visualiser les textiles pour la production de tissus sur mesure.
Pendant ce temps, le laboratoire de Marschner travaillait avec Doug James, alors professeur associé d’informatique à Cornell, maintenant à Stanford, pour faire des simulations physiques de la façon dont les fils et les fibres sont arrangés dans les matériaux tissés et tricotés, et comment cela affecte leur apparence. L’équipe a fait des progrès dans la reproduction des motifs dans le tissu tricoté, et la prédiction de l’apparence finale d’un motif de tricot lorsqu’il est exécuté avec du fil.
Dans la nouvelle étude avec Andrea Weidlich, chercheuse principale chez NVIDIA, Yu est allée plus loin en considérant comment la lumière interagit avec le tissu, à la fois comme un rayon et comme une onde. Elle a modélisé les rayons lumineux qui rebondissent sur les fibres – similaire au modèle initial d’Irawan – et les ondes lumineuses qui se courbent et se diffractent en passant à travers les interstices entre les fibres. C’est le premier modèle de tissu à prendre en compte l’optique ondulatoire, et il s’appuie sur ses récents travaux sur la reproduction des plumes irisées.
Au début, elle a essayé de modéliser l’apparence du tissu entièrement en utilisant l’optique ondulatoire, mais la simulation était trop gourmande en calcul. Ensuite, elle a découvert qu’utiliser l’optique géométrique, environ 1 000 fois plus rapide, fonctionne bien pour générer la couleur moyenne du tissu et l’apparence des reflets. Elle a alors pu réserver les simulations plus lentes d’optique ondulatoire pour reproduire la lumière traversant le tissu par l’arrière, et pour les subtils éclats, scintillements et imperfections qui rendent les images particulièrement réalistes.
Avec cette méthode, Yu doit simuler comment la lumière interagit avec chaque nouveau type de tissu qu’elle reproduit. Mais, finalement, elle espère employer l’intelligence artificielle pour sauter l’étape de simulation, rendant le modèle plus rapide et plus flexible.
Marschner s’attend à ce que l’incorporation de techniques d’IA générative soit la clé d’une modélisation plus efficace du tissu pour l’industrie du jeu et de l’animation. Cela aboutira à des rendus de meilleure qualité, non seulement pour les films d’animation à gros budget, mais aussi pour des utilisations plus répandues, comme dans les jeux vidéo.
« Nous avons parcouru un long chemin depuis 2002, déclare Marschner. C’est amusant de regarder en arrière certaines choses que nous pensions vraiment bien paraître à l’époque. »
Article : Realistic Cloth Rendering with a Ray-Wave Hybrid Shading Model – Journal : ACM Transactions on Graphics – DOI : Lien vers l’étude
