Présentation
Auteur(s)
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Michel LUCAS : Professeur à l’École Centrale de Nantes
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Eric LANGUÉNOU : Maître de conférences à l’Université de Nantes, Institut de Recherche en Informatique de Nantes
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Lire l’articleINTRODUCTION
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 :
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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 ;
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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 ;
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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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Visualisation des scènes tridimensionnelles1. Modélisation des scènes tridimensionnelles
1.1 Modèles pour la synthèse d’image
La synthèse d’image fait une grande consommation de modèles afin de permettre la production d’une présentation graphique. On peut répertorier au moins les modèles suivants :
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le modèle géométrique, qui permet de définir et représenter les formes des objets : les différentes familles de modèles géomé-triques différent de par les primitives utilisées, les possibilités de structuration de la scène et les facilités de passage d’un modèle à un autre ;
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le modèle d’aspect, qui permet de décrire l’apparence extérieure d’un objet : on range essentiellement dans cette catégorie les techniques de modélisation de textures ;
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le modèle d’illumination, qui tient compte de tous les para-mètres définissant les jeux d’ombre et de lumière sur un objet : les images dites réalistes sont caractérisées par la grande richesse du modèle d’illumination ;
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le modèle de vision, qui correspond à la notion de prise de vue : il autorise la définition du type de projection employé, du placement de l’observateur, dans certains cas des mouvements de la caméra (ou de l’appareil de photo) ;
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le modèle d’affichage, qui tient compte des potentialités des surfaces de visualisation. On distingue ainsi couramment les dispositifs de production de dessin au trait et ceux produisant des images. D’autres paramètres peuvent encore intervenir : le nombre de points pour une image donnée, le nombre de couleurs différentes susceptibles d’être utilisées.
C’est la collaboration entre ces différents modèles qui permet de construire l’image finale. Le point clé est qu’un modèle, par définition, n’est qu’une approximation de la réalité. Plus le modèle est proche de celle-ci, meilleur il sera. Cependant, sauf cas idéal, le modèle introduit forcément des erreurs. Il faut donc tenir compte de celles-ci pour pouvoir apprécier la qualité (la correction) d’une image donnée. Il faut, pour qu’une image soit bonne, que l’ensemble des modèles utilisés soit de niveau homogène : il ne sert à rien d’avoir un modèle d’illumination hyper-sophistiqué, si c’est pour produire un dessin au trait !...
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