IMAGE NUMÉRIQUE ET IMAGE DE SYNTHÈSE

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La création des scènes

Les scènes sont créées le plus souvent avec des logiciels informatiques spéciaux appelés modeleurs géométriques. Ces outils autorisent un travail au clavier et à la souris ou avec d'autres organes de saisie sur des stations de travail professionnelles. Ce ne sont plus des outils de dessin mais des outils permettant de fabriquer des éléments de la scène. La conception de ces modeleurs est le plus souvent orientée au départ par le type du modèle géométrique utilisé pour représenter une scène. Ainsi, lorsque le modèle à facettes planes, évoqué précédemment, est utilisé, le créateur de la scène dispose d'outils lui permettant d'ajouter des facettes dans la scène, de les déplacer, de les modifier ou de les supprimer. Il existe aussi des moyens de créer globalement des ensembles de facettes représentant des formes simples souvent utilisées (parallélépipèdes, prismes, tétraèdres, sphères, cylindres, etc.).

De nombreux modèles géométriques existent, fort différents du modèle à facettes planes. Présentons succinctement les principaux.

Les modèles C.S.G. (Constructive Solid Geometry), dans lesquels les objets sont obtenus par composition logique de formes élémentaires nommées objets primitifs (sphères, cylindres, etc.) (fig. 3). Les opérateurs de composition sont l'union, l'intersection et la différence. Les objets primitifs sont représentés uniquement par leurs propriétés mathématiques (par exemple, la sphère est définie par son centre et son rayon) et non pas par une approximation du bord à l'aide de facettes, comme dans le modèle à facettes. Un objet complexe est mémorisé sous forme d'un arbre dont les nœuds contiennent un des trois opérateurs et les feuilles une des formes primitives.

Image de synthèse : exemple d'un objet modélisé par un arbre CSG

Dessin : Image de synthèse : exemple d'un objet modélisé par un arbre CSG

Un exemple simple d'objet modélisé par un arbre CSG (Constructive Solid geometry). En haut, représentation symbolique de l'arbre. En bas, l'image de l'objet obtenu. Ici les formes primitives utilisées sont le prisme à base hexagonale, le parallélépipède rectangle et le cylindre. « U »... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le modèle d'énumération spatiale. Fondé sur l'usage de matrices de cubes dits voxels, il consiste à stocker une information « plein » ou « vide » dans une matrice à trois dimensions dont chaque case représente un point de l'espace. Cette matrice permet ainsi de définir les parties renfermant ou non de la matière. Ce modèle est à rapprocher de la manière dont les images sont mémorisées.

Enfin, certains modèles géométriques permettent la modélisation de surfaces courbes (surfaces de Bézier). La forme de ces surfaces est définie en modifiant la position de points de contrôle. Certains modeleurs permettent de créer des scènes mixtes utilisant plusieurs modèles simultanément dans la même scène.

Paysage virtuel

Photographie : Paysage virtuel

Pour ce monde imaginaire, le polyèdre géant a été obtenu par modélisation déclarative. Ici, la construction du polyèdre a été obtenue en déclarant quelques-unes de ses propriétés caractéristiques et non pas en construisant ses faces une à une comme on le fait d'ordinaire avec un... 

Crédits : P.et D. Martin/ Université de Nantes

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Quel que soit le type de modeleur utilisé, le travail de conception d'une scène présente plusieurs difficultés.

– D'abord, il faut placer correctement les différents éléments de la scène. Lorsqu'elle est tridimensionnelle, ce travail nécessite de tenir compte simultanément de plusieurs vues (vue de côté, de face, de dessus). En effet, une vue en perspective est souvent ambiguë car il manque à l'utilisateur une information de profondeur (il existe cependant des systèmes stéréoscopiques).

– La deuxième difficulté est la quantité énorme d'éléments à placer dans une scène dès que l'on souhaite modéliser des objets réels avec réalisme.

– Enfin, l'obligation de travailler avec le type de modèle géométrique qui est offert par le modeleur n'assure pas toujours que les objets créés vérifient bien les propriétés que l'on attend d'eux. Ainsi, pour prendre un exemple simple, un modèle élémentaire à facettes planes ne permet pas d'être certain que l'on a bien modélisé un objet volumique, puisque rien n'oblige que l'ensemble des facettes constitue un bord fermé. À l'opposé, un arbre C.S.G. ou une matrice de voxels représente toujours un volume (éventuellement non connexe) de par la définition même. Le fait d'avoir plus ou moins bien modélisé un volume est sans grande importance pour la création d'images artistiques ou publicitaires. En revanche, ce problème devient crucial dès que l'on entre dans le domaine de la C.F.A.O. (conception et fabrication assistées par ordinateur) car l'objectif est alors de concevoir des objets pour ensuite pouvoir les fabriquer, par exemple par usinage sur une machine à commande numérique. Il importe donc que le modèle de départ représente bien un volume.

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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
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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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
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Paysage virtuel
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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Pour citer l’article

Philippe MARTIN, Dominique MARTIN, « IMAGE NUMÉRIQUE ET IMAGE DE SYNTHÈSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/image-numerique-et-image-de-synthese/