Découverte de la 3D

Le terme « 3D » est le diminutif de trois dimensions.



Je vais tout de suite y répondre.
Pour vous expliquer ça, je vais utiliser des schémas.

Les dimensions sont des axes qui servent de repères. Vous allez tout de suite comprendre pourquoi il y en a trois.

Si nous devions travailler sur une dimension, sur un axe donc, nous devrions utiliser un repère :



Une forme ne peut pas être représentée avec une dimension, par contre on peut toujours représenter un déplacement. Sur l'image ci-dessus j'ai représenté une sphère en vert qui ne peut se déplacer que par rapport à un axe représenté ici en rouge. Les flèches orange indiquent ses déplacements possibles : vers la gauche et vers la droite.

Pour deux dimensions cette fois, son utilisation est très fréquente.
Par exemple ici, sur le Site du Zéro, la page est affichée en deux dimensions.
Des formes peuvent être représentées à partir de deux dimensions comme en témoigne cette image ci-dessous :



Comme vous pouvez le voir sur cette image, j'ai nommé les axes. Celui à l'horizontale se nomme X et celui à la verticale Y. Retenez le noms des axes, vous verrez par la suite que nous travaillerons énormément avec les axes et il faut impérativement connaître leurs noms et leur direction par c?ur. Heureusement, il n'y en a que trois différents !

Tout comme avec une dimension, la 2D permet aussi d'effectuer des déplacements, mais selon deux axes cette fois :



De nouveaux déplacements sont maintenant possibles. La sphère peut toujours se déplacer de gauche à droite, mais elle peut maintenant se déplacer de haut en bas.



Voyons pour finir la 3^e dimension, celle qu'utilisent les logiciels de 3D comme Maya.
Cet axe se nomme Z. Pour nommer les dimensions, on emploie donc les trois dernières lettres de l'alphabet : X, Y et Z.
L'axe Z quant à lui permet de gérer la profondeur :





Du calme, je comprends parfaitement votre réaction.
Dites-vous seulement que la profondeur n'est que virtuelle. Vous pouvez donc vous déplacer virtuellement en profondeur et tourner autour des formes présentes dans la scène.
J'ai fait une vidéo pour vous montrer un peu comment ça se passe. Cette vidéo nécessite que vous ayez QuickTime.



En 3D la liberté est totale, on peut tout déplacer où l'on veut dans l'espace :



Comme avant, les déplacements se font de gauche à droite, de haut en bas et en plus d'avant en arrière.

Dans les logiciels de 3D, pour se repérer dans ce monde infini, on a créé un centre appelé « origine » ou encore « centre du monde ».



Ainsi, lorsque vous aurez à créer une forme comme un polygone (cube, sphère, cylindre...) verra ces propriétés par rapport à l'origine (celui de la scène ). Ce qui veut dire, que lorsque le polygone est parfaitement à l'origine, il aura les valeurs X=0, Y=0, Z=0. Si on déplace le polygone par rapport à l'axe X la valeur sera modifiée X=1, Y=0, Z=0.

Je vais voir si vous avez compris :
si on déplace le polygone en hauteur et en profondeur, quelles valeurs seront modifiées (c'est très difficile houlala ) ?
Pour voir la réponse, cliquez ci-dessous sur "secret".

Secret (cliquez pour afficher)

Pour mes exemples j'ai pris la valeur 1 mais en réalité elles sont infinies. Elles vont même vers le négatif. Par exemple en allant vers la gauche du centre du monde la valeur de X passe en dessous de zéro alors que si on va vers la droite elle augmente.
Nous reverrons tout ça lorsque nous aurons à déplacer les polygones dans la scène.

J'en ai presque fini avec la 3D mais je préfère vous parler d'un dernier point très important.
Ce point important est que la 3D s'affiche de plusieurs façons. Rappelez-vous que même si l'affichage varie, on garde toujours nos 3 axes X, Y et Z (sinon ce ne serait plus de la 3D ).

Les logiciels d'infographie 3D proposent souvent d'afficher la scène de deux façons différentes que l'on va étudier tout de suite.

Il y a pour commencer la perspective, vous en avez sûrement entendu parler. C'est la 3D que nous voyons dans le monde réel. En perspective, si vous regardez un objet, il semble se déformer avec la profondeur, se rétrécir.
Par exemple quand vous êtes sur la route, les bords de route sont parallèles et pourtant la route est déformée :



L'endroit vers lequel s'éloignent les objets est appelé le « point de fuite » car on a l'impression que tout est aspiré vers ce point. Je ne vais pas vous en dire plus, c'est beaucoup de notions pour pas grand-chose au final. Retenez juste que les objets se déforment avec la profondeur :



La deuxième façon dont les logiciels gèrent la 3D est surnaturelle. Ce procédé s'appelle orthographic en anglais ou plutôt isométrique en français. Je préfère employer les termes anglais qui sont plus employés (durant tout ce cours, vous serez amenés à apprendre du vocabulaire en anglais, il faudra vous y faire).

La vue orthographic ne déforme rien même avec la profondeur : les arêtes parallèles restent tout le temps parallèles lorsque vous déplacez un polygone dans tous les côtés, les distances aussi restent identiques.
Il y a un inconvénient à ça c'est qu'on a un peu plus de mal à imaginer la scène, car l'éloignement de l'objet n'est pas perceptible.

Voici par exemple le même objet que je vous ai montré en perspective, il est cette fois-ci en orthographic :



Cette image démontre clairement ce que je vous ai expliqué. La partie à droite est normalement éloignée, pourtant elle fait exactement la même taille que la partie la plus proche à gauche.
Ce procédé est là pour vous simplifier la vie lorsque vous êtes amenés à voir votre polygone de face, de côté, de dessus... Imaginez que vous regardez un cube de face et que vous désirez voir toutes ses arêtes. Si la vue est en perspective nous nous perdons un peu, car je vous le rappelle, nous n'avons que les arêtes :



Alors comment s'assurer que ces deux sommets représentés par des points rouges sur l'image ci-dessous sont à la même hauteur ?



C'est à ce moment que l'orthographic intervient. En affichant le cube en orthographic, on peut vérifier si les deux sommets sont à la même hauteur :



Sur cette image on ne voit qu'un sommet, l'autre est en fait caché derrière. Comme il n'y a pas de déformation, toutes les arêtes gardent la même taille, et ce peu importe la profondeur. Nos sommets sont donc à la même hauteur. En même temps c'est un cube...

Les logiciels de 3D fonctionnent tous de la même façon. La vue en 3D est soit en perspective soit en orthographic (ça dépend des logiciels). Par exemple dans Maya la vue 3D est par défaut en perspective alors que dans Blender c'est de l'orthographic. Les vues de face, de côté, de dessus, etc. restent toujours en orthographic.

Que peut-on faire avec ce type de logiciel ? En voilà une grande question.
Eh oui, qu'est-ce que l'on peut bien faire dans un logiciel de 3D à part tourner autour de polygones et les déplacer selon les trois axes.

Si vous êtes venus ici et que vous avez décidé de lire ce cours, c'est que vous en saviez un minimum, je me trompe ?
Vous savez que vos jeux vidéo sont faits en 3D, ainsi que les films d'effets spéciaux ainsi et les pubs que vous voyez à la télévision. Il y a même des projets moins « médiatisés » faits en 3D tels que le design, les dessins techniques (pour concevoir des pièces industrielles par exemple), ou bien l'architecture pour modéliser une maison en 3D par exemple.
Tout ça, vous devriez connaître, mais une autre question se pose plutôt : qu'est-ce qu'on fait avec un logiciel de 3D pour arriver à ça ?
Ce cours est placé dans la catégorie « Modélisation 3D ». La modélisation est la base de tout logiciel de 3D. Sans modélisation vous ne pouvez rien faire. Sans modélisation... ok je vous explique.

Modéliser c'est quoi ? C'est tout simplement le fait de modifier une forme de base pour la rendre plus complexe.
On part souvent de polygones dits « primitifs ». Ces polygones sont ceux que vous apprenez à l'école primaire, j'espère que vous les connaissez... par exemple le cube, le pavé, le cylindre, la sphère... bref des formes simples quoi. Ensuite on va les modifier de tous les côtés.
Maya propose beaucoup d'outils pour étirer, couper, retourner... une vraie boucherie.
À partir de formes simples et de l'utilisation des outils de bases que propose Maya, vous pouvez créer tout et n'importe quoi, comme une voiture photoréaliste :



Faire de la 3D demande aussi d'être minutieux. De toutes façons, ça se verra tout de suite si vous avez fait une création en deux minutes lorsque vous présenterez vos travaux.
Heureusement, dans les logiciels de 3D vous pouvez charger une image en fond qui vous servira de guide. Avec la vue orthographic que je vous ai présentée il y a 30 secondes, vous pouvez créer votre forme virtuelle 3D comme si vous décalquiez, sauf que c'est en 3D. Vous avez donc une vue de face, de côté, etc. . Ces images-là conçues pour vous aider dans la modélisation, on appelle ça des « blueprints ». Vous verrez dans le cours comment les utiliser, il y a un chapitre annexe qui vous explique cela.

Vous voulez un exemple ?
À partir du logo de l'image de Zozor il est possible de le recréer en 3D. Et ça, en partant d'un simple carré 2D et en utilisant seulement 2 ou 3 types de déformations différentes !
Eh oui en 3D vous n'avez besoin de connaître que très peu d'outils pour modéliser, les principaux suffisent.

Donc, on commence par suivre les contours en ne travaillant qu'une partie de la tête de Zozor :



Sur l'image on peut voir beaucoup de carrés. Il s'agit de faces, tous les polygones sont constitués de faces, arêtes et sommets.

Pour créer le Zozor il faut s'aider des autres vues et de la vue en 3D pour que la création ait du volume et de la profondeur :



Pour la profondeur il a fallu improviser, car les images de Zozor de profil n'existent pas.

Un logiciel de 3D ne se limite pas seulement à ça. Comme vous pouvez le voir, il y a des couleurs, un éclairage et des ombres.

Pour gagner en réalisme il est possible de plaquer des images aux faces de vos polygones, ce qui permet tout de suite de donner une ambiance à la scène :



Et encore, ce n'est rien ! Regardez bien le sol de l'image, vous ne remarquez pas quelque chose ? On a l'impression qu'il est en relief. En fait, en 3D, vous pouvez ajouter une image pour simuler les reliefs, alors que tout est plat.
Comme vous pouvez le voir les différentes constructions reflètent le décor et brillent à la lumière. Les logiciels de 3D vous permettent de régler ce taux de brillance, de réflexion... on appelle ça la spécularité. Vous avez donc un contrôle total sur vos matériaux.

Pour l'éclairage, il suffit de placer des lampes dans la scène ou même simplement de générer un soleil, comme vous pouvez le voir sur l'image, il y a un éclairage qui arrive de l'extérieur.

Pour vous aider, Maya vous propose de voir en direct l'éclairage dans la scène 3D (sans les ombres et détails pour gagner en performance). Différents types d'éclairage sont disponibles : vous les verrez beaucoup plus loin dans le cours dans la partie dédiée au « lighting ».
Vous pouvez ensuite régler son intensité, couleur, etc., et les ombres apparaissent toutes seules lors du rendu, ce n'est pas magique ça ?
La lampe, elle, émet seulement de la lumière, elle est représentée par le symbole d'une ampoule dans la scène, c'est ce qu'on appelle une « entité ». Voici à quoi ça ressemble :

L'étape finale de votre création s'appelle le rendu. Le rendu permet de générer une image à partir des éléments de votre scène. Le programme qui génère une image s'appelle un moteur de rendu. Ça vous permettra de faire apparaître les ombres, de voir la texture qui simule le relief, une brillance réaliste, de la réflexion... Lorsque vous placerez une lampe dans la scène, vous verrez son entité apparaître. Par contre sur le rendu l'entité devient invisible (et heureusement, sinon ce ne serait plus réaliste ) et là où vous l'aviez placée, de la lumière sera diffusée.

Maya vous propose le mode d'affichage « High Quality ». Celui-ci vous permet d'avoir un éclairage plus réaliste dans la scène, d'améliorer la brillance de vos polygones, de voir la simulation des reliefs avec la texture spéciale, de corriger certains bogues d'affichage, mais en gros ça s'arrête là.
Vous devrez donc faire un rendu pour voir l'emplacement des ombres.

Si les ombres ne sont pas visibles directement dans la scène, c'est parce qu'elles demandent beaucoup de calculs.
Lorsque vous faites un rendu, vous laissez votre ordinateur effectuer des calculs pour avoir une image réaliste. À force de vouloir gagner en réalisme, un rendu peut durer plusieurs heures, et je ne vous parle même pas d'une animation. Tout ce que je peux vous conseiller c'est d'avoir l'ordinateur le plus puissant possible.

Pour résumer tout ce qui a été dit sur la création d'une image ou animation, j'ai fait un petit schéma :



Ce schéma n'est qu'une synthèse de ce qui se passe réellement où il y a nettement plus d'étapes. Mais bon, le nombre des étapes varie aussi selon vos créations.

Là en gros je vous ai parlé du placement de polygones primitifs ainsi que de leurs modélisations, du placement des textures (on dit texturing) et de l'éclairage (lighting).
Vous verrez le reste si vous avez le courage de lire tout le cours... mais non ne partez pas !

Ce sera tout pour cette petite synthèse sur le fonctionnement d'un logiciel de 3D.

Maintenant que vous savez dans l'ensemble comment ça marche, nous allons en profiter pour récapituler les principaux avantages et inconvénients de Maya. Ensuite nous aurons fini pour ce chapitre, ouf !

Avantages

La première société qui développa Maya et qui est... vous le savez très bien, Alias, s'est penchée sur la 3D à partir de 1983. C'est en 1998 que Maya fut créé, il a fallu pour ça combiner des années d'études, de développement et les meilleurs logiciels de 3D de la marque. Après sa création, les développeurs ont continué à l'améliorer pendant 10 ans. Cela explique pourquoi ce logiciel offre des possibilités hors norme en terme de fonctionnalités, de puissance, de stabilité... parce qu'il a été développé pendant plus de 30 ans ! Pour ceux qui penseraient que je bluffe, je vous invite à consulter les 11 Awards remportés par le logiciel en seulement 5 ans ! Maya constitue le logiciel idéal pour les superproductions hollywoodiennes ou encore les jeux nouvelle génération. Rien que le fait de travailler avec un logiciel aussi riche permet d'en apprendre énormément dans ce vaste domaine qu'est l'infographie 3D. Sachez que beaucoup de vocabulaire et de technologies se sont formés autour de ce logiciel, je pense par exemple aux résolveur IK, au Paint Effect, à la technologie NURBS, en matière de tracking... . Si vous ne comprenez pas ces mots, ce n'est pas grave, vous êtes là pour apprendre, vous verrez tout ça. Se lancer dans la 3D avec Maya c'est bien, mais avoir en plus de la bonne documentation et des bons tutoriels c'est mieux. Heureusement il existe des tutoriels sur le SdZ, mais aussi une superbe documentation officielle vous est offerte avec le logiciel. Elle est très complète avec des images, des schémas et même des vidéos (pouvant être visionnées en français). Le tout fait 300 Mo et est gratuit donc ça vaut vraiment le coup de l'installer. Ce n'est pas tout, vous pouvez aussi la consulter en ligne depuis n'importe quel endroit ! Puisque le logiciel appartient désormais à Autodesk, il offre une grande compatibilité avec leur produit. Surtout avec leur deuxième logiciel phare : 3ds max, ce qui vous permet de travailler en collaboration avec de nombreux infographistes. La société développe pour leurs logiciels le format d'échange FBX. Il permet une très grande compatibilité entre les logiciels Autodesk. Avec ce format, vous pouvez importer une animation d'un autre logiciel de 3D sans soucis. Par moment il peut arriver qu'il y ait des problèmes de compatibilité, comme par exemple les technologies de Maya non disponibles dans 3ds max et inversement. Mais les logiciels se rapprochent de plus en plus technologiquement. Tant que l'on y est et que l'on parle de format d'import / export, vous pouvez échanger avec Maya des fichiers avec de très nombreux logiciels de 3D autres que ceux d'Autodesk comme Blender par exemple. Maya gère le format « .obj », un format universel qui permet d'exporter vers tous les logiciels de 3D ! Dans Maya la gestion des formats est simplifiée grâce à un plug-in manager qui vous permet d'activer ou de désactiver des formats. Il se met aussi à jour lorsque vous rajoutez des plug-in dans le dossier « plug-in » de Maya. Donc si un format manque, vous n'avez pas de soucis à vous faire. Vous pouvez toujours demander dans le forum quel format permet d'exporter vers tel logiciel pour un maximum de compatibilité. Les plug-in ne se limitent pas à ajouter des formats à Maya, ils permettent aussi d'ajouter des fonctionnalités au logiciel. Il y a par exemple le plug-in Mental Ray (intégré dans Maya) qui est un moteur de rendu très répandu et puissant. Un des avantages de Maya c'est que vous n'avez pas vraiment besoin d'ajouter de nouveaux plug-in, car les possibilités du logiciel sont énormes, vous pouvez déjà faire énormément de choses. Il fournit de nombreux modules et permet de gérer la chevelure, les vêtements, les fluides, la capture de mouvement, les particules, la fourrure, les effets spéciaux en Paint Effect, la création de dessin animé 3D en toon shading, l'intégration du moteur physique Nucleus, le moteur de rendu puissant Mental Ray, la gestion des derniers algorithmes de modélisation (curves, NURBS, Sub-D, polygonale)... Je vais continuer sur la partie modification du logiciel. En plus des plug-in qui permettent d'ajouter des fonctions au logiciel, il est aussi possible d'ajouter des « scripts » pour effectuer de petites tâches plus rapidement. Il vous faudra connaître le MEL, vous verrez ce n'est pas bien compliqué. Le MEL interagit directement avec Maya, chaque action que vous faites dans Maya écrit une commande MEL et inversement. Comme je vous l'ai dit plus haut, Maya intègre par défaut le moteur de rendu Mental Ray. Vous pouvez aussi intégrer le moteur de rendu le plus puissant au monde, Renderman de Pixar. Il a été spécialement travaillé pour être pleinement compatible avec Maya, il se nomme même : « Renderman for Maya ». Ce moteur évolué et plus simple d'utilisation que Mental Ray a reçu un Award. Sur le site de Pixar vous pouvez voir tous les grands films qui utilisent ce moteur. Maya détient une forte réputation dans le domaine de l'animation, c'est pour cela qu'il est très utilisé pour les films, surtout en matière de capture de mouvement que l'on appelle motion capture. Le module Maya Live permet de gérer le motion capture. Comment ça marche ? Eh bien on place des capteurs sur une personne entre les articulations, et les mouvements qu'il effectue sont reproduits dans le logiciel de 3D. Mais ce n'est pas tout, le moteur physique intégré gère le mouvement des cheveux, donc si vous tournez la tête vos cheveux virtuels se déplaceront et seront soumis à la gravité. Mieux encore, vous pouvez même ajouter du vent sur les cheveux virtuels ! Maya permet aussi de faire du tracking, c'est-à-dire d'imiter le mouvement de la caméra en analysant le déplacement du décor en prenant des points de repère. En fait, vous tenez une caméra dans le monde réel et la caméra virtuelle de la scène 3D va suivre exactement les mêmes mouvements, même les légers tremblements. On retrouve ça dans les scènes de guerre où la caméra tremble à cause des attaques, mais aussi pour simuler la vue des yeux d'un personnage. Le tracking peut aussi être généré à partir d'une animation. Maya possède deux moteurs physiques, Dynamotion et Nucleus. Le moteur Dynamotion commence à se faire vieux, le logiciel migre petit à petit au fil des versions vers Nucleus. Pour savoir si un module est géré par Nucleus il y a un petit « n »devant. Par exemple « Maya Cloth » qui était géré par Dynamotion est devenu « Maya nCloth » puisqu'il est maintenant géré par Nucleus. Ce moteur ou plutôt « résolveur » (c'est comme ça qu'on appelle un moteur physique) calcule en direct dans la scène la physique. Vous pouvez configurer la msse d'un objet, la gravité, etc. Pour les fluides Maya permet de gérer la densité et la température des liquides ! Avec Maya 2010 des logiciels vous sont fournis : Autodesk Toxik pour le compositing, Autodesk MatchMover pour le tracking et Autodesk BackBurner pour le rendu en réseau. Vous en saurez plus dans le chapitre sur les fonctionnalités de Maya. La communauté Maya est grande, surtout en Amérique du Nord et en Europe. Beaucoup de professionnels l'utilisent ce qui vous permet d'obtenir de l'aide de leur part. Les studios de films d'animation, de design, de jeux vidéo, de publicité... utilisent Maya ce qui vous permet aussi de trouver un emploi. Comme vous le savez Maya déborde de fonctions, et son apprentissage est long. De toutes façons, le connaître à 100 % relève du défi. À chaque fois que j'ouvre Maya, j'en apprends tous les jours, je fouille dans de nouveaux paramètres. Ce tutoriel est là pour vous guider sur les bases du logiciel et quelques fonctionnalités avancées. Après l'avoir lu vous pourrez commencer vos premières créations. De plus, l'interface est très intuitive et une barre d'aide est disponible, elle vous renseigne sur chaque outil et sur la façon de les utiliser. Vous verrez que les fonctions principales de Maya sont très faciles à prendre en main. Vous pourrez comprendre les chapitres de ce tutoriel avec un minimum d'attention. Regardez quand même le niveau de difficulté dans le cadre de la page en haut à droite. Quand vous aurez fini de lire ce tutoriel, vous pourrez vous perfectionner sur Internet avec les nombreux tutoriels, vidéos et livres disponibles.

Inconvénients

Maya est payant et coûte cher. Mais rassurez-vous son prix baisse constamment. A sa sorti Maya coutait 8000 dollars, aujourd'hui le prix est descendu à 3500 dollars (soit 4500 dollars de moins !). On peut s'attendre à de nouvelle baisses de prix. Avant il existait une version étudiante gratuite, plus ancienne que la version commercialisée. Cette version n'existe plus, pour utiliser Maya gratuitement vous aurez le droit à une démo de 30 jours de la dernière version de Maya. Pour certains c'est un avantage, ça leur permet de tester la toute dernière version de Maya avant de l'acheter.

Eh bien voilà, nous avons fini ce long chapitre, ouf !
Je pense vous en avoir assez dit dans ce chapitre, je commence à avoir mal aux doigts moi.
Pour voir si je n'ai pas écrit tout ça pour rien, j'ai rédigé un petit QCM.
Un QCM, ça veut dire "Question à Choix Multiples". Des questions vous sont posées et plusieurs réponses vous sont proposées. Vous devrez cocher celle que vous pensez être la bonne.
Je tiens à le préciser, il n'y a qu'une bonne réponse par question.

Pour chaque réponse fausse, une explication vous informera sur ce qui ne va pas.