Doctorant (H/F) en informatique graphique et simulation thermique pour le rendu infrarouge

Description du Poste

Sujet De Thèse

L'équipe STORM de l'IRIT (https://www.irit.fr/storm/site/), spécialisée en informatique graphique, recrute une doctorante ou un doctorant dans le cadre du projet MC-OP financé par les programmes interdisciplinaires de la MITI du CNRS, avec l’équipe GREPHE du LAPLACE (https://www.laplace.univ-tlse.fr/grephe/), spécialisée en énergétique.

Le rendu réaliste en synthèse d’images et la simulation thermique en physique reposent sur une formulation similaire du problème à résoudre et une méthode de résolution identique : formulation probabiliste du problème de transport et méthodes de Monte-Carlo pour sa résolution. Ces méthodes numériques sont les seules à permettre d’attaquer des problèmes multi-physiques et multi-échelles (e.g. îlots
de chaleur urbains). L’opérationnalité de ces méthodes repose sur le développement conjoint de : la formulation de la physique considérée dans un espace de chemins, mené par la communauté physique, et la construction de ces chemins dans des géométries complexes, travaux menés par la communauté d’informatique graphique.
Ainsi, les transferts de chaleur ont récemment été exprimés sur la base de « chemins thermiques » (par la communauté physique) qui sont une alternance entre chemins conductifs (transport par mouvement brownien), chemins convectifs (transport par écoulement) et chemins radiatifs (transport par rayonnement), couplés dans un seul espace de chemins. En exploitant les méthodes de construction efficaces de chemins en géométrie complexe (conçues par la communauté d’informatique graphique), ces chemins thermiques ont permis de développer une méthode de rendu infrarouge, qui permet déjà de répondre à des enjeux
industriels et académiques forts. Toutefois, des verrous limitent sa pleine opérationnalité.
C’est dans ce contexte de synthèse d’images infrarouges par simulation thermique en espace de chemins que ce sujet de thèse en informatique graphique se positionne.

Verrous scientifiques :
Les principaux verrous de la méthode, qui apparaissent dans certaines situations, portent sur :
- le temps de calcul impraticable en raison du piégeage de certains chemins dans des sous-parties du système (typiquement dans les conducteurs métalliques ou les éléments de très faible épaisseur) ;
- la présence de non linéarités dans un ou plusieurs des modèles ou dans le couplage entre modèles, une
difficulté théorique de premier plan lors de la traduction statistique en espace de chemins (ainsi qu’une source de biais lorsque ces chemins doivent être tronqués du fait des branchements qui traduisent la non-linéarité) ;
- la présence résiduelle de biais dans certains des estimateurs les plus incontournables (e.g. brownien en milieu confiné même en l’absence de non-linéarités).
Le verrou principal abordé dans cette thèse sera le dernier, c’est-à-dire à la reformulation des modèles probabilistes aux interfaces des solides, pathologiques en raison des biais qu’ils introduisent dans les calculs (par la présence de non-linéarités ou de paramètres numériques). En particulier, le couplage du mouvement brownien avec les autres modes de transfert au travers des interfaces des parties solides est
un problème réputé difficile ; les schémas actuels basés sur une discrétisation spatiale font apparaître un paramètre numérique. Or il s’est avéré que les solutions standard de réduction des biais au travers des paramètres numériques n’ont pas donné de solution satisfaisante. Cela nous conduit à devoir repenser totalement la façon avec laquelle ces couplages aux interfaces doivent être traités.

Objectifs de la thèse:
De récents travaux en informatique graphique ont précisément attaqué la question de débiaiser complètement les schémas de diffusion stationnaire décrits en espace de chemins (mouvement brownien) avec une intention
d’opérationnalité en géométrie complexe. Ils appuient leurs considérations théoriques sur des travaux récents de la littérature de mathématiques appliquées sur les méthodes de Monte-Carlo et ajoutent de nouvelles abstractions informatiques destinées au suivi des nouveaux chemins en géométrie complexe.
Ces approches constituent le socle théorique principal sur lequel nos propres schémas aux interfaces seront développés au regard de nos objectifs et de nos contraintes :
1. Dans les travaux que nous venons d’évoquer, les interfaces du domaine physique sont considérées comme de simples conditions aux limites ; or dans le contexte de la thermique couplée, les interfaces deviennent le lieu du couplage et, le chemin continuera en basculant d’un mode de transfert à un autre,
ce qui induit des contraintes nouvelles.
2. Un besoin immédiat réside dans la prise en compte du caractère instationnaire des transferts thermiques, contrairement aux travaux effectués par les communautés d’informatique et de mathématiques.
3. Enfin, il est essentiel de préserver un sens physique associé aux chemins en termes de propagation
causale. En effet, la visualisation des chemins permet d’interpréter les mécanismes à l’œuvre, c’est-à-dire la façon avec laquelle l’énergie se transporte dans l’espace et le temps des sources vers les capteurs, permettant notamment l’analyse d’images infrarouges.
Du point de vue de la modélisation, la thèse portera sur la formulation de nouveaux schémas aux interfaces adaptés à notre contexte de simulation thermique couplée que nous venons d’énoncer. Ces schémas seront de préférence non biaisés ou leur biais caractérisé. Du point de vue de l’opérationnalité des algorithmes ainsi développés, la construction efficace de chemins pourra nécessiter la mise en place de structures de données adaptées aux requêtes informatiques récurrentes, ainsi que des stratégies de réduction de variance.
La personne recrutée devra posséder un diplôme de niveau Master 2 ou diplôme d’ingénieur en informatique graphique, en mathématiques appliquées ou en physique fondamentale ou énergétique, ainsi que :
- Expérience en modélisation et en programmation C/C++ ;
- Connaissances en probabilités, statistiques et méthode de Monte-Carlo pour le rendu (path-tracing) ;
- Capacités d’analyse et de résolution de problèmes ;
- Compétences de communication écrite et orale en anglais et en français ;
- Appétence pour l’interdisciplinarité et le travail en équipe.
Des compétences ou expériences dans les domaines ci-dessous seront un plus :
- Modélisation et simulation physique ;
- Calcul scientifique et résolution d’équations aux dérivées partielles.

Votre Environnement de Travail

La thèse sera menée au sein de l'équipe STORM de l’IRIT (https://www.irit.fr/).
Elle se déroulera aussi en étroite collaboration avec l'équipe
GREPHE du LAPLACE (https://www.laplace.univ-tlse.fr/). Les locaux des deux laboratoires se situent tous deux sur le site de l'Université de Toulouse (campus Paul Sabatier).
L’école doctorale de rattachement sera l’École Doctorale Mathématiques, Informatique,
Télécommunications de Toulouse (https://ed-mitt.univ-toulouse.fr/as/ed/edmitt/page.pl).
Pour plus de détails sur le contexte scientifique : M. Bati et al. « Coupling Conduction, Convection and Radiative Transfer in a Single Path-Space: Application to Infrared Rendering ». ACM Trans. Graph. 2023.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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