b) Mais l'image de synthèse, qu'est-ce que c'est en fait ?

Précedent

      Après avoir parlé de la 2D numérique, nous allons parler de la 3D numérique, appelée plus couramment films en images de synthèse (ce qui est techniquement faux, en effet, la 2D numérique est aussi en images de synthèse puisque l'image a été reproduite par ordinateur).

- Petit historique :

L'image de synthèse est une discipline de l'infographie. Les premières images ont donc été conçues dans les années 1960, lors des "premiers" ordinateurs. Plus précisément en 1963, lorsque l’américain Ivan Sutherland met au point le premier logiciel graphique en utilisant un stylo optique. Les premières techniques d'image de synthèse sont utilisées dans le secteur de l'automobile donc dans un domaine industriel. Elles ne peuvent pas être utilisées pour le domaine du loisir car celles-ci sont trop chères, le financement d'un dessin animé n'est même pas concevable. Mais la technique s'est développée en s'améliorant pour devenir plus abordable et accessible. C’est à partir des années 1990, que l’image de synthèse et la 3D se développent considérablement  grâce aux ordinateurs de plus en plus performants. Cette technique sera donc utilisée dans le domaine du loisir, pour aboutir à des courts-métrages mais aussi des films, comme le fameux Toys story [Voir partie 2c pour l'étude de cas sur Pixar] qui a révolutionné l'animation. La 3D numérique est aussi utilisée dans les jeux vidéo, avec l'arrivée de la Playstation de Sony et de la Saturn de Sega et la Nintendo 64.

- La 3D numérique :

 Tout d'abord, il ne faut pas confondre la 3D avec l'image en relief, celle-ci obtenue à partir d'un calque optique qui rend l'image en relief (encore assez peu utilisée, mais les technologies sont en constante évolution). Une image en 3 dimensions est une image définie sur 3 axes (x, y, z) aussi appelé longueur, hauteur et profondeur. Ces 3 axes forment le repère.  Nous même vivons dans un "monde en 3D". Les photos et les films sont aussi des supports utilisant la 3D, tout comme les tableaux ou image en perspective. Nous allons maintenant vous expliquer brièvement (une explication longue serait trop complexe) le processus de création d'une image en 3D. 

Processus de création :  

a) Processus de la création de l’image en 3D :

Avant de créer une image de synthèse, il faut tout d'abord la dessiner, en faire une esquisse : il y a toujours des étapes manuelles même avec les nouvelles technologies.  Ensuite après les esquisses faites, il y a deux grandes étapes : la modélisation et le rendu.

1) La modélisation :

Elle consiste à représenter l'image en 3D, qu'on appellera vue 3D. On utilise des formes polygonales comme le cube, la pyramide, le pavé. On décompose donc l'image en polygone, soit avec un logiciel spécialisé (les plus connus sont 3D Studio Max  , Maya, XSI, et le logiciel open source, Blender), soit avec un scanner 3D qui scanne un objet réel décomposé grâce à un autre logiciel. Cette méthode est aussi appelée maillage, et l'image aura donc un aspect de fil de fer. Ceci étant dit il vaut mieux utiliser des formes simples pour atteindre la forme «  parfaite ». L’avantage de la modélisation polygonale, c'est qu’on peut modifier autant de fois qu’on veut le nombre d’arrêtes et des sommets. C’est une caractéristique importante surtout pour modéliser le visage humain qui a une forme très complexe. Les inconvénients sont que tout objet peut être représenté mais ne sera pas forcément d’une qualité aussi optimale que l’on ne croit, car si l'animation est fluide et réaliste, il faudra utiliser un grand nombre de polygones, ce qui utilisera la mémoire vive de la machine. Mais pour compenser ces inconvénients, les objets au premier plan comporterent beaucoup plus de détails que les images au second plan.

Le maillage fini, il ne reste plus qu'à choisir la caméra (ou les caméras, en effet, on peut en utiliser plusieurs pour avoir diverses vues) qui sera utilisée dans notre plan, qui consiste à choisir le point de vue. On choisit ses caméras suivant l'aspect qu'on veut obtenir de l'objet, la couleur, l'éclairage, les textures...

 

2) Le rendu

Apres avoir réaliser la modélisation (donc le maillage), il faut  ajouter la couleur à l'objet. C'est pourquoi on utilise le modèle du RGV (Red Green Blue). Ce sont les trois couleurs primaires qui permettent d'obtenir les différentes couleurs que nous connaissons. Pour définir une couleur on attribue à chaque canal une intensité qui peut varier de 0 à 255. Par exemple, le noir étant composé d'aucune couleur sera de < 0,0,0 > ou le blanc étant composé de toutes les couleurs sera de < 255,255,255 > (pour obtenir le blanc il faut que les 3 couleurs primaires soient de même intensités). Lorsque l'intensité d'une seul des couleurs est à 255, la couleur est dite primaire.

 


Ensuite vient l'ajout des textures. Pour expliquer clairement, les textures sont des images en 2D que l'on "colle" sur chaque polygone, afin que l'objet final ait une certaine texture. C'est ici qu'on comprend pourquoi on a choisi de modéliser un objet sous forme de polygones : comment mettre une image 2D sur une sphère parfaitement lisse ?

Il y a plusieurs méthodes de projections de texture. Le mapping est le fait d'appliquer une texture sur une surface. Il existe donc de nombreuses sortes de mapping, comme :

- Le mapping planaire: l'image est projetée selon un plan

- Le mapping cylindrique: l'image est enroulée autour d'un objet cylindriquement     

- Le mapping sphérique: on applique l'image en la projetant sphériquement

On peut ainsi dire que le réalisme de l'objet dépend de son maillage mais aussi surtout de son mapping. Après, cela fait, notre objet paraît réel car il ressemble à des éléments de notre vie grâce aux textures. Une seule chose manque pour que le rendu final soit le plus réaliste : l'éclairage.

L'éclairage est assez complexe à expliquer en effet il existe différentes manières de modéliser une lumière naturelle, mais aussi les réflets, les ombres, plusieurs lumières qui se superposent... Tout cela est contrôlé par logiciels et calculs, et peut être modélisé de différentes manières que je ne détaillerai pas car l'explication serait trop longue.

 Exemple d'un objet éclairé par deux lumières différentes : on aperçoit deux ombres, mais aussi deux reflets, et un dégradé de la couleur.

 

Notre image est ainsi terminée, après les deux grandes étapes qui sont la modélisation et le rendu. Il ne reste plus qu'à animer l'objet grâce au logiciel d'animation 3D . Notons que depuis quelques temps les logiciels permettant de créer et animer les objets en 3D sont de plus en plus accessibles à tous public. Leur fonctionnement varie selon leur type ou leur accessibilité, et est très complexe d'où une formation conséquente avant l'utilisation de ceux-ci. 

Il y a plusieurs techniques qu'on peut differencier :

- l'interpolation entre deux clés : l'animateur choisit une image de départ, et une image de fin (les deux sont appelés positions clés). Le logiciel réalise les positions intermédiaire pour créer le mouvement. Cela facilite donc le travail de l'animateur, qui n'a pas à dire tous les points parcouru par l'objet synthétisé, l'ordinateur se charge de calculer les points intermédiaires. Plus il y a de points choisis par l'animateur entre les positions, plus le mouvement sera précis et réaliste. L'animateur peut choisir différentes options durant le mouvement, comme un mouvement acceleré entre les positions clés, que l'ordinateur calculera grâce à une courbe définie par l'animateur (une courbe expotentielle donnera donc une accelération soudaine et rapide à un moment donné).

Le film Toys story fut réalisé grâce à cette technique. Chaque personnage a été décrit par plus de 700 points, qu'on peut modifier indépendamment. Lorsque l'on veut, par exemple, froncer un sourcil sur un personnage, chaque point est intorpolé par l'ordinateur pour correspondre au mouvement.

- la captation, qui est l'autre grande technique d'animation : on place des capteurs sur des sujets humains ou autre, et lorsqu'on fait un mouvement, celui-ci est retranscrit sur l'ordinateur grâce aux capteurs. Cela facilite énormement l'animation des corps humains, pourtant difficile à animer .

- Une dernière technique moins connue, qui se fonde uniquement sur les lois de la physique (forces,...). On constitue l'objet à animer de segments, par exemple un corps humain, où les articulations sont des axes (x,y,z). Mais cette technique n'est plus trop utilisée car elle n'est pas précise : c'est très dur d'avoir un résultat correct et réaliste pour l'animation du corps humain, car cette technique est trop rigide.

L'animateur pourra rajouter de nombreux effets divers grâce à des logiciels 3D pour rendre l'animation encore plus réaliste. Ces logiciels ne cessent de se développer, ce qui correspond à une animation toujours plus fluide et réelle.

Ainsi, nous avons une animation de l'objet qui n'est qu'ésquisse au tout début de ce long travail. Nous allons maintenant étudier le plus grand studio d'animation : le studio Pixar.

 Suite

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