Synthèse d’image : Animation de scènes tridimensionnelles

1.1 - Modèles pour la synthèse d’image
1.2 - Nature et représentation des objets
1.3 - Structuration des modèles

Figure 3 - Arbre de construction
1.4 - Quelques familles de modèles
1.5 - Construction interactive de scènes

2 - Visualisation des scènes tridimensionnelles

2.1 - Bases de la visualisation réaliste
2.2 - Modèles d’illumination

Figure 11 - Modèle de T. Whitted
2.3 - Images réalistes

Figure 15 - Bilan énergétique Figure 17 - Hémicube

3 - Animation de scènes tridimensionnelles

3.1 - Animation par images clés et modèles descriptifs
3.2 - Modèles générateurs
3.3 - Modèles comportementaux
3.4 - Acquisition de trajectoire

4 - Applications de l’image de synthèse

4.1 - Visualisation scientifique
4.2 - Simulation
4.3 - Jeux électroniques
4.4 - Réalité virtuelle
4.5 - Cinéma, effets spéciaux et dessin animé

5 - Conclusion

Présentation

Auteur(s)

Michel LUCAS : Professeur à l’École Centrale de Nantes
Eric LANGUÉNOU : Maître de conférences à l’Université de Nantes, Institut de Recherche en Informatique de Nantes

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INTRODUCTION

Les images de synthèse ont envahi notre univers. De nombreux génériques de télévision sont produits par ordinateur, ainsi que tout ou partie de quelques spots publicitaires. Certains films comportent des séquences dans lesquelles des images de synthèse viennent compléter une image réelle. On sait même, à partir de séquences filmées, créer des acteurs de synthèse qui peuvent peupler des films que l’acteur original n’a pas tournés. Les études d’impact sur l’environnement de la réalisation de tel ou tel ouvrage d’art bénéficient dès maintenant de paysages réalistes produits par ordinateur. Les chirurgiens peuvent s’exercer sur une reconstitution informatique à chercher le meilleur chemin pour une intervention. Les présentations commerciales d’un nouveau modèle de voiture peuvent se faire sur image avant même que le moindre prototype n’ait été construit. L’apprentissage du pilotage d’un nouvel avion se fait couramment sur des simulateurs de vol.

Cette omniprésence est le résultat de plusieurs facteurs :

les progrès réalisés du point de vue de la technologie des ordinateurs ; des puissances de calcul et de stockage de jour en jour plus grandes sont offertes, qui permettent d’envisager des applications de plus en plus complexes ;
la maîtrise de plus en plus affirmée sur les procédés de modélisation et de visualisation : en particulier, l’usage massif des modèles physiques (que ce soit pour la modélisation des solides articulés ou pour le calcul des ambiances lumineuses) a fait passer de l’ère pragmatique à l’ère scientifique. Les résultats sont plus proches de la réalité, ce qui leur donne une grande force ;
les efforts pour proposer aux utilisateurs (artistes, concepteurs, infographistes) des outils graphiques qui soient d’une grande simplicité d’emploi, et proches des modes de pensée de chacun. La plus grande attention apportée à la conception des interfaces entre l’utilisateur et la machine est un facteur déterminant de succès.

La création d’une image de synthèse met en œuvre de nombreuses techniques, appartenant à des champs disciplinaires variés. Pour comprendre les limitations existant aujourd’hui encore, il est souhaitable de connaître les grandes lignes des procédés de calcul employés dans les systèmes de production de telles images. Dans cet article, nous commencerons par décrire l’ensemble des modèles qui sont nécessaires à la création d’une image. Nous évoquerons ensuite les différentes étapes conduisant à la création d’une image réaliste. Enfin, quelques applications de l’image de synthèse seront présentées.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-h3748

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3. Animation de scènes tridimensionnelles

On distingue différents types d’animation :

l’animation différée, réalisée en prenant les images vue par vue à l’aide d’une caméra, l’animation étant obtenue seulement lors de la projection du film ;
l’animation continue, obtenue grâce à des temps de calcul suffisamment brefs pour modifier l’image vingt quatre fois par seconde (le temps qui s’écoule étant simulé) ;
l’animation en temps réel, dans laquelle deux images consécutives représentent exactement l’état dans lequel se trouve un système fonctionnant en temps réel.

Dès l’apparition des premiers logiciels graphiques, aux environs des années 1960, le désir d’utiliser l’ordinateur comme nouvel outil d’expression pour l’animation est apparu. Dans une première phase, on chercha à imiter les techniques du dessin animé traditionnel. Le moyen principal de conception est alors un éditeur graphique qui permet aussi bien de réaliser les images clés de l’animation que d’indiquer l’évolution des différents paramètres (taille, couleur, forme) en fonction du temps. L’ordinateur fournit également la possibilité de calculer automatiquement des images intermédiaires entre deux images clés, en fonction du nombre d’images et de contraintes telles que points de passage obligés, respect de la forme globale, type d’interpolation.

Depuis les années 1980, les techniques d’animation par ordinateur se sont généralisées à la simulation de beaucoup de processus dynamiques ou phénomènes naturels, en faisant appel à des modèles physiques ou comportementaux de plus en plus complexes [16].

Un système d’animation par ordinateur offre aux animateurs des outils de description et de contrôle du mouvement et de la déformation d’objets mobiles (acteurs) au milieu d’objets fixes (décor). La possibilité de spécifier l’évolution...

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