IMAGE NUMÉRIQUE ET IMAGE DE SYNTHÈSE

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L'image de synthèse

Pour préciser les différences qui distinguent les images numériques et les images de synthèse, nous allons examiner trois exemples de création.

À partir d'une image sur papier, on peut produire une copie sous forme d'une image numérique en utilisant un scanner. Ce périphérique d'ordinateur permet d'obtenir un fichier numérique. Il réalise une numérisation de l'image initiale, mais ce n'est pas une image de synthèse.

On peut aussi créer une image numérique de toutes pièces avec des logiciels de dessin. À l'aide d'outils virtuels simulant des crayons, pinceaux, brosses, gommes ou autres aérographes, l'utilisateur dessine ou peint directement, du moins de manière virtuelle, sur la surface de son écran d'ordinateur. Il a, avec ces outils, le pouvoir de choisir la couleur de chaque pixel de son image, individuellement ou par groupes entiers. Il n'est pas dans l'habitude d'appeler ces images-là des images de synthèse, bien qu'elles soient numériques et entièrement créées artificiellement.

La dernière méthode produit quant à elle des images de synthèse. Ici, contrairement à l'utilisateur d'un logiciel de dessin, le créateur ne travaille pas directement au niveau de l'image. Celle-ci n'est en fait que le résultat du calcul d'un programme de l'ordinateur qui utilise un ensemble de données que l'on nomme une scène. La scène est fournie sous forme de données numériques qui modélisent non pas l'image des objets qui la composent, mais ces objets eux-mêmes. Ces données numériques permettant de représenter dans la mémoire d'un ordinateur la forme d'un ou de plusieurs objets constituent un modèle géométrique de la scène. À titre d'exemple, on peut mémoriser la forme des objets en stockant un ensemble de petits polygones nommés facettes. Chaque facette est elle-même représentée par la liste des coordonnées de ses sommets exprimées dans un repère cartésien fixé.

À partir d'un modèle géométrique, un programme de visualisation va calculer (pixel par pixel) l'image de la scène. Aux modèles géométriques sont ajoutées des informations supplémentaires comme la position de l'observateur, la couleur des objets, l'emplacement et l'intensité des sources d'éclairage, etc. Le processus de création d'une image de synthèse passe donc d'abord par la définition des objets qui constituent la scène. Ensuite, dans un deuxième temps, il s'agit d'un véritable travail de photographe, qui effectue son cadrage, détermine l'éclairage, etc. À partir d'une scène donnée, plusieurs images différentes peuvent être produites. Il devient possible aussi de créer des films d'animation entièrement en synthèse d'images. Entre chaque image, on modifie à l'aide d'un logiciel certains paramètres de la scène pour produire l'effet d'animation. Ces paramètres peuvent être géométriques (mouvement) mais aussi plus abstraits comme, par exemple, l'éclairage (coucher de soleil...). Toute donnée numérique figurant dans le fichier de description de la scène est sujette à produire un effet d'animation.

Actuellement, les algorithmes de visualisation ont permis d'atteindre un réalisme remarquable. On sait tenir compte de quantités de paramètres, permettant de réaliser de manière entièrement automatique, à partir d'une scène donnée, des images réalistes de qualité photographique : le virtuel devient difficile à distinguer du réel. Toute l'optique géométrique a été introduite dans ces programmes (lancer de rayons ou ray casting et programmes de radiosité) (fig.1). Ils sont capables de calculer les effets de couleurs, de transparence, de réflexion, de simuler de manière correcte les miroirs (plans ou non), les effets de réfraction, etc. La réalisation de ces images nécessite du temps et des calculs importants ; les machines doivent être rapides et bien pourvues en mémoire. Une panoplie d'algorithmes, moins pointus pour le réalisme mais plus rapides, servent aussi quotidiennement à la visualisation de scènes (algorithme du tampon de profondeur ou Z-buffer) (fig.2). Même sur des machines familiales, ils sont capables d'afficher des scènes complexes en temps réel, c'est-à-dire en permettant l'interactivité avec l'utilisateur (par exemple dans le domaine des jeux vidéo).

Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons

Dessin : Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons

Principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons. On calcule les points d'intersection de la scène avec la droite définie par le point d'observation et un pixel de l'écran. Seul le point le plus près de la fenêtre est conservé. Un rayon secondaire joignant ce point à une source de... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par tampon de profondeur

Dessin : Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par tampon de profondeur

Dans le cas de l'affichage d'une scène par tampon de profondeur, chaque objet est projeté sur la fenêtre d'affichage dans un ordre quelconque. Lors de cette opération, des points de l'objet sont affichés un par un. Il ne faut afficher un point que s'il est visible, c'est-à-dire le plus... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Si une image est par nature à deux dimensions, seule la scène peut mériter le qualitatif de tridimensionnelle. On voit trop souvent l'expression « images tridimensionnelles » employée à tort, ce qui ne fait qu'obscurcir ces noti [...]

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Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons

Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par lancer de rayons
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par tampon de profondeur

Image de synthèse : principe d'affichage d'une scène par tampon de profondeur
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Image de synthèse : exemple d'un objet modélisé par un arbre CSG

Image de synthèse : exemple d'un objet modélisé par un arbre CSG
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Crédits : P.et D. Martin/ Université de Nantes

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Écrit par :

  • : maître de conférences en informatique, chercheur à l'Institut de recherche en informatique de Nantes
  • : maître de conférences en informatique, chercheur à l'Institut de recherche en informatique de Nantes

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Philippe MARTIN, Dominique MARTIN, « IMAGE NUMÉRIQUE ET IMAGE DE SYNTHÈSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 17 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/image-numerique-et-image-de-synthese/