Conception 3D

Composants des modèles 3D – sommets, arêtes, polygones et autres

Les modèles 3D sont l’une des composantes essentielles de l’infographie 3D. Sans eux, il n’y aurait pas d’animation informatique – pas de « Toy Story », pas de « Wall-E », pas de grand ogre vert. Il n’y aurait pas non plus de jeux en 3D, et les publicités automobiles ne seraient pas aussi belles qu’aujourd’hui.

Chaque objet, personnage et environnement de chaque film d’animation ou jeu vidéo en 3D est composé de modèles 3D. Dans ce guide, nous décomposons les principales composantes d’un modèle 3D, en expliquant les faces, les bords, les sommets, etc.

Qu’est-ce qu’un modèle 3D ?

Un modèle 3D est une représentation mathématique de tout objet tridimensionnel (réel ou imaginaire) dans un environnement logiciel 3D. Contrairement à une image 2D, les modèles 3D peuvent être visualisés dans des suites logicielles spécialisées sous n’importe quel angle, où ils peuvent être mis à l’échelle, tournés ou modifiés librement.

Le processus de création et de mise en forme d’un modèle 3D est connu sous le nom de modélisation 3D.

Types de modèles 3D

Deux principaux types de modèles 3D sont utilisés dans l’industrie du cinéma et des jeux. La différence la plus apparente entre eux est la manière dont ils sont créés et manipulés (il y a aussi des différences dans les mathématiques sous-jacentes, mais c’est moins important pour l’utilisateur final).

NURBS Surface

Un B-spline rationnel non uniforme, ou NURBS, est un modèle de surface lisse créé par l’utilisation de courbes de Bézier (pensez à une version 3D de l’outil stylo MS Paint). Pour former une surface NURBS, l’artiste dessine deux ou plusieurs courbes dans un espace 3D, qui sont manipulées par des poignées mobiles appelées « control vertices » (CV) le long de l’axe x, y ou z.

L’application logicielle interpole l’espace entre les courbes et crée un maillage lisse entre elles. Les surfaces NURBS ont le plus haut niveau de précision mathématique et sont le plus souvent utilisées dans la modélisation pour l’ingénierie et la conception automobile.

Modèle polygonal

Les modèles polygonaux, ou « maillages » comme on les appelle souvent, sont la forme la plus courante de modèle 3D que l’on trouve dans l’industrie de l’animation, du cinéma et des jeux, et c’est sur eux que nous nous concentrerons dans le reste de l’article.

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Les composantes d’un modèle polygonal

Dans une bonne modélisation, les polygones sont soit à quatre côtés (quadruple – la norme dans la modélisation des personnages/organiques), soit à trois côtés (tris – utilisé plus communément dans la modélisation des jeux). Les bons modélisateurs recherchent l’efficacité et l’organisation, en essayant de maintenir le nombre de polygones aussi bas que possible pour la forme prévue.

Le nombre de polygones dans une maille est appelé poly-comptealors que la densité de polygones est appelée résolution. Les meilleurs modèles 3D ont une haute résolution là où plus de détails sont nécessaires, comme les mains ou le visage d’un personnage, et une basse résolution dans les zones peu détaillées du maillage.

En général, plus la résolution globale d’un modèle est élevée, plus il apparaîtra lisse dans le rendu final. Les maillages à faible résolution ont l’air de boîtes (vous vous souvenez de Mario 64 ?).

Les modèles polygonaux sont très similaires aux formes géométriques que vous avez probablement apprises au collège. Tout comme un cube géométrique de base, les modèles polygonaux 3D sont composés de visages, bords, et vertices. En fait, la plupart des modèles 3D complexes commencent par une forme géométrique simple, comme un cube, une sphère ou un cylindre. Ces formes 3D de base sont appelées objets primitifs. Les primitives sont ensuite modelées, façonnées et manipulées pour devenir l’objet que l’artiste tente de créer.

  • Visages: La caractéristique déterminante d’un modèle polygonal est que (contrairement aux surfaces NURBS) les maillages polygonaux sont à facettes, ce qui signifie que la surface du modèle 3D est composée de centaines ou de milliers de faces géométriques.
  • Edges: Une arête est un point quelconque de la surface d’un modèle 3D où deux faces polygonales se rencontrent.
  • Vertices: Le point d’intersection entre trois ou plusieurs arêtes est appelé un sommet (pl. vertices). La manipulation des sommets sur les axes x, y et z (affectueusement appelée « pousser et tirer les verts ») est la technique la plus courante pour donner à un maillage polygonal sa forme finale dans les logiciels de modélisation traditionnels comme Maya, 3Ds Max, etc.
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Les techniques sont très, très différentes dans les applications de sculpture comme ZBrush ou Mudbox.

Textures et shaders

Sans textures et shaders, un modèle 3D ne ressemblerait pas à grand-chose. En fait, vous ne pourriez pas le voir du tout. Bien que les textures et les shaders n’aient rien à voir avec la forme générale d’un modèle 3D, ils ont tout à voir avec son apparence visuelle.

  • Shaders: Un shader est un ensemble d’instructions appliquées à un modèle 3D qui permet à l’ordinateur de savoir comment il doit être affiché. Bien que les réseaux de shaders puissent être codés manuellement, la plupart des logiciels 3D disposent d’outils qui permettent à l’artiste de régler les paramètres des shaders avec une grande facilité. Grâce à ces outils, l’artiste peut contrôler la façon dont la surface du modèle interagit avec la lumière, notamment l’opacité, la réflectivité, la brillance et des dizaines d’autres paramètres.
  • Textures: Les textures contribuent également beaucoup à l’aspect visuel d’un modèle. Les textures sont des fichiers d’images bidimensionnelles qui sont mappées sur la surface 3D du modèle par un processus appelé « texture mapping ». La complexité des textures peut aller de simples textures de couleur plates jusqu’à des détails de surface complètement photoréalistes.

Les textures et les ombres sont un aspect important du pipeline de l’infographie, et devenir bon pour écrire des réseaux d’ombres ou développer des cartes de textures est une spécialité à part entière. Les textures et les shaders sont tout aussi importants pour l’aspect général d’un film ou d’une image que les modélisateurs ou les animateurs.

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