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Il existe deux catégories de logiciels 3D ( les logiciels 3D classiques et les générateurs de paysages ) qui obéissent tous aux mêmes grands principes de fonctionnement que l'on peut classer sous forme de cinq modules:
* MODELEUR
* MODULE DE CALCUL 3D
* MODULE DE TEXTURATION
* MOTEUR DE RENDU
* MODULE D'ANIMATION
1) les logiciels 3D classiques :(AMAPI 3D, CINEMA 4D, RHINOCEROS, 3D STUDIO MAX, MAYA, LIGHTWAVE), avec leur foule d'options, leur modeleur et leur éclairage global haut de gamme. Ils sont généralement très sophistiqués et chers.
Ils ont chacun leurs spécificités que l'on ne retrouve pas chez les autres. Ils demandent des mois d'apprentissage pour les maîtriser à fond.
2) les générateurs de paysages :(BRYCE, VUE D'ESPRIT) beaucoup plus simples d'utilisation, aux résultats étonnants, sont bon marché (230 euros en moyenne).
Les générateurs de paysages ne possèdent pas l'éclairage haut de gamme des logiciels 3D classiques. Leur modeleur ne sait modeler que des fractales pour simuler des paysages.
Les générateurs de paysages savent importer les objets créés par les modeleurs externes. Cette possibilité est très intéressante.
LE MODELEUR
Le modeleur est un logiciel 3D à part entière. Il permet de générer des objets des plus simples aux plus compliqués.
1) Il met à notre disposition des formes toutes prêtes (appelées primitives): sphère, cube, tore, pyramide dont on peut modifier les paramètres.
2) Il permet d'extruder des objets: l'extrusion consiste à générer un volume en déplaçant une section quelconque perpendiculairement à une courbe quelconque. L'exemple parlant est le dentifrice que l'on extrude sur la brosse à dents. Imaginez que l'orifice du tube soit en forme d'étoile?... Les patissiers font la décoration de leurs gateaux en extrudant la crème au travers de douilles de section dentelée. Le modeleur fait de même: vous dessinez la section que vous désirez, puis le chemin que vous désirez, et le modeleur se charge de dessiner la forme extrudée.
3) Il permet les opérations booléennes entre objets:
.... il sait faire l'UNION de deux objets partiellement imbriqués.
.... il sait faire l'INTERSECTION de deux objets partiellement imbriqués.
.... il sait faire la SOUSTRACTION de deux objets partiellement imbriqués.
4) Il permet d'étirer, d'aplatir, de vriller, de cintrer, de chanfreiner un objet suivant n'importe lequel de ses tois axes.
5) Il sait travailler en mode polygonal où la surface des objets est un réseau de minuscules facettes.
6) Il sait travailler en mode NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) où la surface des objets est générée par le déplacement d'une courbe de Bézier (courbe mathématique quelconque avec ses points d'inflection) perpendiculairement à une autre courbe de Bézier.
7) Il existe dans le logiciel 3D qui s'appelle AMORPHIUM un modeleur très intuitif: on travaille avec lui comme on travaille avec de la pâte à modeler. C'est déconcertant de facilité. Finis les menus déroulants et les cases à cocher. Le seul problème de ce modeleur est qu'il ne permet pas de créer d'objets géométriques, mais uniquement des objets aux formes modelées, mais il sait importer les objets des autres modeleurs.
8) Le modeleur des générateurs de paysages est particulier. C'est à proprement parler un éditeur de terrains qui permet de créer toutes sortes d'érosions et toutes sortes d'élévations.
Cet éditeur travaille uniquement avec des fractales. Elles sont parfaitement adaptées pour simuler le relief.
LE MODULE DE CALCUL 3D
C'est lui qui calcule et stocke en mémoire les coordonnées(x, y, z) des points composant la surface des objets.
Pendant une rotation ou une translation suivant l'un des trois axes (X, Y, Z), c'est lui qui recalcule les nouvelles coordonnées des points de l'objet.
L'utilisateur fait appel à ses services lors des rotations, des translations, et des déformations homothétiques.
LE MODULE DE TEXTURATION
Il permet de plaquer trois catégories de textures sur les objets fraîchement sortis du modeleur:
1) Les textures BITMAP sont des textures en mode points. Une photo, une peinture, peuvent servir de texture. On les plaque à la manière du papier cadeau qui emballe les paquets. De part leur nature les textures bitmap ne peuvent pas être beaucoup étirées.
2) Les textures procédurales sont des fonctions mathématiques (fractales, fonctions circulaires, fonctions aléatoires) qui sont intégrées d'origine au module de texturage. Elles sont définies par le constructeur du logiciel 3D. Le module de texturation fournit, sous forme graphique, les outils mathémathiques pour modifier et mixer à l'infini ces textures.
L'avantage des textures procédurales par rapport aux textures bitmap, c'est qu'elles peuvent être agrandies indéfiniment sans perte de qualité et qu'elles ne présentent aucun raccord lorsqu'elles sont plaquées sur un objet.
3) Les textures transparentes ou semi transparentes sont elles aussi plaquées sur les objets pour simuler les liquides ou les matières vitreuses. Elles laissent passer les rayons lumineux, mais leur imposent comme dans la réalité, des angles de réfraction et de réflexion.
LE MOTEUR DE RENDU NUMERIQUE
Le moteur de rendu est un des modules les plus importants du logiciel 3D. C'est lui qui arrive en fin de traitement, c'est lui qui calcule et affiche sur l'écran, en deux dimensions, la scène pixel après pixel. Ce travail laborieux (de plusieurs secondes à plusieurs heures suivant la définition demandée) s'appelle le rendu ou rendre la scène.
De sa rapidité de calcul va dépendre le confort d'utilisation, de la puissance de ses algorithmes va dépendre la qualité photoréaliste de l'image finale.
Pour en arriver là, il doit d'abord éliminer les faces cachées des objets pour s'éviter des calculs inutiles. Ensuite il doit transformer les coordonnées 3D (x, y, z) des points qui restent visibles en coordonnées 2D pour affichage des pixels correspondants sur l'écran. Pour déterminer la couleur du pixel il doit tenir compte de la couleur de la texture et de la couleur difusée par les objets environnants. Pour déterminer la brillance du pixel il doit tenir compte de la distance et de la position des sources lumineuses, de la brume et de la présence des zones d'ombre. Lorsqu'il rencontre des textures transparentes il doit tenir compte des angles de réfraction et de réflexion des rayons lumineux.
Certains moteurs de rendu émulent la profondeur de champ d'un objectif photographique diaphragmé.
La touche finale est l'anticrénelage ou antialiasing qui lisse les pixels positionnés en marches d'escalier.
Les principaux modes de rendu 3D sont:
* Le lancer de rayon ou raytracing qui fonctionne sur le principe du trajet inverse de la lumière: un rayon imaginaire sort de l'oeil du spectateur, frappe l'objet, et en fonction de la surface rencontrée et de la position des sources lumineuses, prend une couleur et une brillance données.
Dans le raytracing seuls les rayons éfficaces(ceux qui parviennent à l'oeil du spectateur) sont pris en compte, donc économie en temps de calcul.
Ce mode de rendu est dépassé en qualité par l'éclairage global.
* L'éclairage global des moteurs de rendu haut de gamme calcule pour chaque point de l'objet à afficher la quantité et la couleur(radiosité) de la lumière diffusée par les objets environnants.
Cela demande beaucoup plus de calculs que pour le raytracing.
L'effet réaliste est saisissant, on ne sait plus si c'est de la photo ou de l'image de synthèse.
LE MODULE D'ANIMATION
Le module d'animation permet de définir des trajectoires et de déplacer le long de ces trajectoires les objets créés, ainsi que les sources lumineuses et la caméra.
Pour une animation véridique des objets articulés (personnages, animaux, ...) on décompose ceux-ci en sous objets(tête, tronc, membres) que l'on anime suivant des trajectoires individuelles, mais liées à la trajectoire principale.
Les textures peuvent également être animées.
CONSEILS
1) Pour l'amateur pressé, le bon compromis est d'avoir un logiciel 3D classique (gratuit en ancienne version: CINEMA 4D, AMAPI 3D), associé à un générateur de paysages récent et bon marché (BRYCE, VUE D'ESPRIT).
Du logiciel 3D classique, il ne se servira que du modeleur pour générer des objets aux formes complexes. Il exportera ces objets au format 3DS(3D Studio) ou DXF(Autocad). Par la suite il les importera dans son générateur de paysages pour les texturer, les éclairer, les animer.
2) Pour réaliser une belle image de synthèse, savoir se servir d'un logiciel 3D c'est bien, savoir appliquer les règles de la composition photographique c'est mieux.
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