3D Pipeline Serie - C'est quoi la 3D ?

La 3D est un terme englobant une série de disciplines ou d’étapes de production bien souvent méconnues du grand public. Elle se définit comme l’ensemble de techniques et de méthodes permettant de générer des objets, des images et des vidéos en faisant appel à des caméras virtuelles et des moteurs rendus, simulant de manière mathématique chaque élément d’un univers 3D créé par les designers. L’objectif final peut prendre trois directions : le rendu pré-calculé, le temps réel et le design d’objets.

Voyons ensemble ces trois finalités de plus près.

Le rendu pré-calculé désigne un rendu d’images à destination de films d’animation ou d’images de synthèse destinées à tout usage. Le style varie de réaliste à stylisé, dépend de la direction artistique et résulte d’un réglage du moteur de rendu. Aussi, pour toute production vidéo, il se compose d’une succession d’images qui seront calculées et montées sous forme de film. Les temps de rendu sont relativement longs car les calculs mathématiques en oeuvre sont très complexes afin de réaliser de parfaites simulations de la réalité.

Le rendu en temps réel est utilisé dans les jeux vidéos. Le débit de sortie des images est suffisant élevé que pour donner l’illusion du mouvement comme pour un film d’animation. De même que pour les rendus simples, le moteur de rendu -communément appelé moteur de jeu- permettra de faire varier le style entre réaliste et stylisé.

Et enfin, le design d’objets réels permet de générer des plans ou des fichiers de production sur base de réalisations virtuelles. Ces objets sont conçus en respectant une échelle précise et en fonction de leur utilité future.

Les processus de production.

Chaque production ou élément 3D est le résultat d’une succession d’étapes de production qui sont généralement directement dépendantes des finalités énoncées plus haut. Même si dans l’absolu la modélisation reste un point de passage obligatoire, d’autres étapes viennent se succéder.

Par exemple, pour le design d’un objet réel, les étapes suivantes sont possibles et répondent à des besoins de conception : simulation de contraintes, simulation de production, édification de plan orthonormé… Les étapes listées plus bas correspondent aux besoins pour la production d’une image de synthèse, d’un film d’animation et d’un jeu vidéo. Tout en sachant qu’un fichier 3D, même destiné à générer des objets réels, pourrait toujours être exporté dans un but représentatif et passer par les étapes ci-dessous :

• La modélisation

Cette première étape vise à mettre en forme l’objet par diverses méthodes : extrusion de faces, extrusion de points, extrusion d’arêtes, révolution, sculpting etc.

En fonction du niveau de détails recherché et de la structure, le modèle sera composé d’un nombre de polygones correspondant à la finalité du projet. La modélisation est un processus créatif qui pourrait être comparé à la sculpture, ou l’on donne forme petit à petit en retirant de la matière et en ajoutant des détails pour aboutir à la réalisation finale.

• Le texturing

Cette étape est caractérisée par un dépliage du modèle, dit dépliage UV, un peu comme une boîte en carton dépliée qui devient totalement plate. Ce dépliage met à plat les polygones et permet d’appliquer des textures sur le modèle. Il s’agit d’une étape relativement longue et complexe, proportionnelle à la complexité du modèle.

• Les matériaux et les shaders

En parallèle au texturing s’effectue la création des matériaux, qui permettent de définir l’interaction d’un objet avec la lumière par l’intermédiaire des shaders. Cette notion de shaders et matériaux peut aisément être expliquée avec l’exemple du bois :

Le bois serait un shader, il possède une série de caractéristiques qui permettent d’affirmer qu’il s’agit bien de bois : présence de fibres, de noeuds, la couleur plus ou moins chaude etc. Les essences de bois : sapin, chêne, peuplier etc représenteraient les matériaux. Bien qu’il s’agisse de bois dans chaque cas, ils diffèrent par la densité des fibres, la quantité de noeuds, la couleur etc. Leurs caractéristiques varient mais restent équivalentes. Le shader définit donc l’apparence d’une série de matériaux obéissant à un même concept.

• Les éclairages

Comme dans tout studio, qu’il soit réel ou virtuel, l’éclairage permettra de mettre en valeur les sujets ou les scènes. Les softwares 3D d’aujourd’hui proposent des éclairages similaires au réel. Qu’il s’agisse de lumière naturelle ou artificielle, il est possible de trouver un équivalent qui simulera la lumière avec réalisme.

• Le rigging

Le rigging correspond à l’étape de mise en place des différents os du squelette par rapport à la modélisation. La conception du squelette prend en compte les liens qui existent entre chaque os (par exemple pour un être humain, l’épaule entraine le bras, qui entraine à son tour l’avant-bras, qui entraine le poignet et ainsi de suite). Le rigging génère une marionnette virtuelle, le rig, ainsi que des poignées qui seront utilisées pour le manipuler et l’animer.

• Le skinning

Dans l’étape de skinning, on lie chaque point du modèle aux os du rig. Chaque point sera influencé par au moins un os et le résultat permettra au modèle de suivre la déformation de l’armature en se déformant à son tour. En fonction de la finalité du projet, le nombre d’os pouvant influencer un point varie de quatre (pour le jeu vidéo) à une infinité (pour le pré-calculé).

• L’animation

Comme son nom le laisse deviner, cette étape correspond à la mise en mouvement des objets par l’intermédiaire de clés d’animations qui sont posées sur une ligne du temps. Les objets vont alors se mettre en mouvement lors de la lecture de cette dernière. Il est possible d’animer des objets par rapport à leur position, leur rotation, leur taille et beaucoup de paramètres supplémentaires peuvent aussi être animés : variation de couleur, intensité de l’éclairage, variation de matériaux… La seule limite étant l’imagination de l’animateur.

• Le rendu

Le rendu est l’étape finale du pipeline. On peut avoir un rendu en temps réel ou bien un rendu en pré-calculé. Le moteur de rendu va donc transformer l’univers virtuel 3D en images 2D. La succession des images donnera l’illusion du mouvement dans le cas du temps réel. Les images seront rendues très vite (plus de 60 images par seconde).

Dans le cas du pré-calculé, les temps de rendu sont plus longs et peuvent aller parfois jusqu’à plusieurs heures par image. Ceux-ci nécessiteront un montage en post-production pour être remis sous la forme de séquences vidéos.

Cette énumération pourrait paraitre un peu sommaire compte tenu de la complexité de ces étapes. De plus, malgré l’ordre de succession proposé, il est évident que certaines de ces étapes peuvent s’effectuer en parallèle les une des autres.

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A très bientôt,

Jean-Philippe