INFOGRAPHIE 3D
La synthèse d' image 3D, souvent abrégée 3D (Pour 3 dimensions), est un ensemble de techniques permettant la représentation d' objets, de personnages,de paysages ... en perspective sur un ordinateur. Par la suite, ceux ci s' assemblent pour créer par exemple des films tels que Némo, ou bien la quasi totalité des jeux vidéo présents de nos jours sur les consoles NOUVELLES GENERATIONS (PS3, XBOX 360, WII). Voici ci-dessous un exemple de personnage réalisé grâce a l'infographie :
On peut constaté que le résultat est vraiment spectaculaire, on croirai voir une figurine. Je vous laisse imaginer toutes les possibilités que nous permet cette technologie.
HISTOIRE DE LA 3D
La dénomination «images 3D» est le nouveau nom donné à ce qu' on appelait déjà lors de la Renaissance «peinture en perspective». Voici l' une des nombreuses peintures datant de la Renaissance, celles-ci étant entre autre les ancêtres de la 3D:
De nos jours,les dessins sont calculés numériquement en partant des données numériques tridimensionnelles (d'où le terme 3D). Les images de synthèse informatique actuelles reposent sur les mêmes principes de projection sur un plan qu'utilisaient les peintres durant la Renaissance. Les images de synthèse ont débutées au début des années 50 aux États-Unis. Elles étaient réservées à la recherche universitaire plus particulièrement. En l'espace de 40 ans la technique de formation d' image de synthèse a énormément évoluer permettant par exemple à la NASA de faire de superbes simulations de navettes, de paysages futuristes ou encore de visages humains. Mais c' est à partir des années 90 que l' image de synthèse, et en règle général la 3D, se démocratisèrent et se développèrent de façon importante. Elles se développent notamment avec l'arrivée de matériels plus puissants permettant le temps réel. Puis un peu plus tard dans les ordinateurs grand public et dans les consoles de jeux du type playstation. Avant d' expliquer les techniques pour créer une image de synthèse, il est important d' expliquer ce qu'a permis «le temps réel».
Avant «le temps réel», les ordinateurs calculaient tout grâce au processeur central, mais le fait que les ordinateurs demandaient de plus en plus de puissance obligea les constructeurs à commercialiser des cartes spéciales 3D, les PCI ou aussi appelées les cartes graphiques. Sans ces cartes PCI les images de synthèse, dans les jeux vidéo par exemple, ne seraient pas aussi belles au niveau estétiques. En effet, maintenant elles calculent tout à la place du processeur central. De nos jours les cartes graphiques intègrent (pour la très grande majorité) des fonctions d'accélération 3D. Les images de synthèse sont vraiment spectaculaire de nos jours, comme le montre par exemple cette magnifique image d' un paysage imaginaire.
SYNTHESE DE L'IMAGE
La synthèse d' image 3D se décompose essentiellement en deux étapes :
Modéliser ce que l'on veut visualiser ou représenter. Cette étape est appelée modélisation.
Effectuer la visualisation de ce que l'on a modélisé. Cette étape est appelée rendue.
La modélisation La modélisation se décompose en plusieurs étapes. Ces étapes sont dans l' ordre de :
Déterminer la (les) scène(s) devant être représentée(s).
Modéliser géométriquement cette (ces) scène(s).
Placer des textures, des matériaux et des lumières.
Programmer.
Principes de base pour la modélisation d'une scène
Première action:
Le repère, dans lequel va être effectuée la modélisation de la scène, est un espace est orthonormé direct à trois (x,y,z) dimensions (on peut le trouver aussi parfois à 2 dimensions). L' origine du repère (qui n'est pas représenté sur l' image suivante) est généralement appelé O. Ces coordonnées sont O =(0,0,0). Un point est représenté par un triplet unique. Par exemple on peut avoir comme coordonnées X= (1,0,0 ); Y= (0,1,0); Z= (0,0,1);
Deuxième action:
On modélise par assemblage hiérarchique d' objets en commençant par unir ces objets pour obtenir une scène.
La modélisation se fait à l'aide d'objets canoniques et d'ensembles de facettes (voir image ci-contre).
La modélisation se fait également avec des objets C.S.G (Constructive Solid Geometry). En plus de l'union, deux opérations s' ajoutent. Ces deux opérations sont l' intersection et la différence. Cette modélisation est plus puissante car elle ajoute deux techniques essentielles qui permettent de créer un nouvel objet grâce à l'intersection et à la soustraction de deux objets. Cette image nous le montre bien :
Transformations géométriques 3D
Pour fabriquer les différentes figures qui vont nous servir à construire tout ce dont notre image de synthèse aura besoin, on applique principalement trois transformations mathématiques:
La translation.
La rotation.
Les homothéties (aussi appelées Zooms).
Créer un objet placé, orienté et dimensionné reviendra à réaliser dans l'ordre une translation, une rotation et un zoom, puis à créer l'objet canonique. Cette suite d' image le montre très bien :
Inconvénients et avantages de cette technique de modélisation
Les deux principaux inconvénients sont que cette technique est complexe mais surtout qu' elle est limitée à quelques types d' objet canonique.
Néanmoins les avantages de cette technique sont que l' on possède une meilleure connaissance de chaque objet, les opérations mathématiques sont facilitées et on a la possibilité de lier intrinsèquement à la modélisation les objets d' une scène qui le sont dans la «scène réelle».
LE RENDU
Le rendu permet de changer l'espace 3D en une image 2D. En effet, le rendu peut être créé par des programmes de moteur de rendu 3D.
Le rendu est composé de plusieurs étapes. Tout d'abord, il y a la création de l'éclairage (c'est-à-dire d'illumination), ensuite, on projette sur un plan d'observation et enfin, on effectue le dessin en appliquant des textures.
ILLUMINATION
Illumination Locale
L'illumination locale peut être créée grâce à 2 algorithmes différents :
-L'algorithme de Gouraud. Il s'agit d'un moyen de rendu qui consiste à insérer sur l'image 2D, ligne par ligne et d'après les intensités de ses voisins, les valeurs d'intensité de l'intérieur d'un polyèdre.
-L'algorithme de Phong. Il s'agit d'un ombrage 3D ; cela permet d'obtenir un volume et un effet de matière par rapport à la source de lumière et des propriétés de réflexion de la lumière de la matière en chaque point du polyèdre.
Illumination Globale
L'illumination globale est permise grâce au calcul des échanges d'énergie lumineuse entre les éléments de la scène en prenant en compte leurs caractères de réflexion et d'absorption. Il faut, pour cela, dissocier la scène en plusieurs éléments.
Illumination globale totale grâce au logiciel Maxwell 1.0.
PROJECTION
L'écran étant une surface plane, toute image de plus de deux dimensions devra être modifiée pour pourvoir y être représentée. Ainsi, il est nécessaire de réaliser ce que l'on appelle les projections.
Il existe 2 types de projection : les projections parallèles et les projections perspectives.
Les projections parallèles se découpent en 2 types :
- Les projections axonométriques permettent de choisir librement un angle d'observation, c'est à dire, l'angle formé par la droite de projection et le plan du même nom.
- Les projections obliques. Le plan de projection est perpendiculaire, non plus à la direction de projection comme précédemment, mais à l'un des axes du repère de l'objet.
La projection perspective.
Dans ce type de projection, le centre de projection se situe à une distance finie du plan de projection. Il permet d'obtenir un effet visuel semblable à celui perçu par l'oeil humain.
Les " parallèles " sont simples à mettre en oeuvre mais elles ne sont pas très réalistes contrairement aux projections perspectives. Celles-ci donnent mieux l'illusion dune image 3D.
DESSIN
Il y a différent type de dessin, cela dépend du type de perspective.
En effet, il existe :
- L'algorithme du Z-Buffer qui permet d'éliminer des parties cachées. Lors qu'on visualise une scène, cet algorithme enlève l'affichage de tout objet ou morceau d'objet masqué par un autre objet.
-Le lancer de rayon qui effectue en sens inverse le parcours des rayons lumineux qui s'impriment sur la rétine de l'observateur pour déterminer comment ces rayons ont été créés.
En partant depuis l'oeil de l'observateur, on traverse l'écran virtuel sur lequel est matérialisée l'image créée, puis on rentre dans la scène de manière à déterminer de quel(s) objet(s) un rayon lumineux provient, et ainsi, à déterminer ses caractéristiques chromatiques.
Il existe d'autres procédés qui sont utilisés pour avoir des effets plus réalistes sans que cela ne soit plus compliqué à créer.
Il y a donc :
- Application de textures photoréalismes venant d'objet réel.
- Le placage de relief qui est une technique utilisée surtout dans le monde du jeu vidéo et qui permet de donner du relief aux objets, textures en 2D ou en 3D par le placage, dans certains cas, d'une image sur l'objet.
- Les textures d'éclairage.
Fait avec l'outil de modélisation Google SketchUp.
LOGICIELS Il existe de nombreux logiciels qui permettent de pratiquer l'infographie. Les plus utilisés sont :
- ADOBE PHOTOSHOP : Logiciel de retouche d'images
- ADOBE ILLUSTRATOR : Logiciel de dessin vectoriel
- QUARKXPRESS : Logiciel de Mise en Page et de PAO (Publication Assistée par Ordinateur)
Voici les 3 logiciels de base. Mais, il existe d'autres logiciels qui remplissent les mêmes taches que ceux cités si dessus.
De plus, il existe des logiciels qui sont spécialisés dans le processus de modélisation. Ils sont de 2 types :
- automatique c'est-à-dire qu'on veut une représentation sur ordinateur d'un objet réel, le plus connu est scanner 3D.
- manuel grâce à un logiciel 3D tels que 3D studio Max, Maya, Lightwave, Modo, Cinema4D
CONCLUSION
Pour finir, l'infographie 3D est loin d'avoir livré tous ces secrets. En effet, nous pourrons voir ces nouvelles innovations dans l'industrie des jeux vidéo ou bien du cinéma avec les films 3D mais aussi les films d'animations, notamment grâce à des studios tels que PIXAR qui nous délivre chaque année, des films d'une telle prouesse technique mais aussi émotionnelle, qu'on en oublierait presque qu'il s'agit seulement qu'un amas de pixel fait par un ordinateur.
BIBLIOGRAPHIE
http://fr.wikipedia.org/wiki/Infographie_3D
http://frago.wordpress.com/les-logiciels-dinfographie/
http://rvirtual.free.fr/programmation/OpenGl/Sdin/menu_entree.htm
http://fr.wikipedia.org/wiki/Infographie_3D
http://www.quadpilot.com/News.htm
http://vertex.polygon.free.fr/index.phpoption=com_content&task=view&id=181&Itemid=30