UPThèses

Le contexte de cette thèse est celui des communications optiques sans fil pour des applications en environnements indoor. Pour discuter des performances d'une liaison optique sans fil, il est nécessaire d'établir une étude caractéristique du comportement du canal de propagation. Cette étude passe par l'étape de la mesure ou de l'estimation par la simulation de la réponse impulsionnelle. Après avoir décrit la composition d'une liaison et passé en revue les méthodes de simulation existantes, nous présentons nos algorithmes de simulation dans des environnements réalistes, en nous intéressant à leurs performances en termes de précision et de temps de calcul. Ces méthodes sont basées sur la résolution des équations de transport de la lumière par du lancer de rayons associées aux méthodes d'intégration stochastique de Monte Carlo. La version classique de ces méthodes est à la base de trois algorithmes de simulations proposés. En utilisant une optimisation par des chaînes de Markov, nous présentons ensuite deux autres algorithmes. Un bilan des performances de ces algorithmes est établi dans des scénarios mono et multi-antennes. Finalement, nous appliquons nos algorithmes pour caractériser l'impact de l'environnement de simulation sur les performances d'une liaison de communication par lumière visible, à savoir les modèles d'émetteurs, les matériaux des surfaces, l'obstruction du corps de l'utilisateur et sa mobilité, et la géométrie de la scène de simulation.

Les méthodes basées rayons sont connues pour simuler précisément les phénomènes d'ondes acoustiques, thermiques, radios ou encore optiques. L'efficacité de telles méthodes réside dans leur capacité à déterminer rapidement l'intersection la plus proche entre un rayon et les primitives géométriques composant l'environnement de simulation. Le plus souvent, une structure accélératrice est utilisée pour réduire la complexité algorithmique de la recherche. Ces trente dernières années, de nombreuses structures performantes ont été proposées. Cependant, toutes ont des inconvénients en fonction du type d'application et de la configuration de la scène. Nous proposons d'explorer une voie peu étudiée jusqu'alors, en utilisant une partition de l'espace convexe et contrainte (CCSP) comme structure accélératrice. Ce type de partition se distingue des structures classiques par plusieurs concepts apportant des propriétés uniques et intéressantes. Dans un premier temps, nous proposons une nouvelle structure accélératrice, de type CCSP, spécialement dédiée à la simulation en environnement architectural. Ensuite, nous utilisons ces résultats pour généraliser l'approche à des scènes quelconques. Nous nous concentrons notamment sur l'utilisation d'une tétraédrisation de Delaunay contrainte comme structure accélératrice et proposons un nouvel algorithme de parcours.

La simulation des réflexions lumineuses multiples à l'intérieur d'un environnement nécessite de résoudre une intégrale de premier ordre, récursive infinie, pour laquelle il n'existe pas de solution analytique dans le cas général. Certaines méthodes permettent de donner une solution théorique exacte, mais avec des temps de calcul trop important pour espérer produire plusieurs images par seconde dans un avenir proche. De nombreuses méthodes permettent de réaliser ces calculs de manière plus rapide, mais elles reposent sur des approximations dont les effets sont souvent visibles sur les images produites. Notre objectif est de proposer des solutions permettant de réduire les erreurs de calculs en exploitant deux approches complémentaires : (i) une homogénéisation des termes de l'équation de manière à la résoudre seulement à l'aide de quelques opérateurs simples ; (ii) la prise en compte précise des informations de visibilité pour réduire le biais des méthodes reposant sur une estimation de densité. A terme, notre objectif est de diminuer le coût des requêtes de visibilité de nos deux contributions. Pour cela nous envisageons notamment d'introduire des calculs hiérarchiques de visibilité de façon à amortir le coût global des requêtes.