Modélisation et animation 3D

Mathématiques liées à la 3D

L’informatique étant un domaine fortement lié aux mathématiques, 3D n’en est pas exempt. Ainsi, il est plus que fréquent d’approcher la 3D par les mathématiques géométriques. La 3D utilise pratiquement les mêmes définitions que les maths, pratiquement car certaines nécessités obligent souvent à ajouter quelques propriétés afin de correspondre aux prérequis de l’informatique. Par exemple : la définition d’un point ou d’une « vertice » (de l’anglais : « vertex » ) est la même suivant la dimension de l’espace. C’est le croisement de 2 droites dans un espace à 2D, 3 plans en 3D,… cependant, une vertice implémente des informations autre que ses propres coordonnées avec elle , telles les informations liées aux matériaux et textures y afférent. Majoritairement, on parle de vecteurs, de matrices ainsi que des transformations. On utilise généralement dans la 3D un repère orthonormé (0, ⃗, ⃗, ⃗⃗) muni de vecteurs unitaires sur les axes x, y, z pour pouvoir s’orienter. A la suite de quoi, on définit les vecteurs se trouvant dans l’espace par scalaire avec les vecteurs unitaires. Par exemple un vecteur ⃗ (2,3,1)=(2 ⃗ +3 ⃗ +1 ⃗⃗). [3] [6]

Concepts et techniques de modélisation

Les idées principales de la modélisation sont les mêmes qu’en sculpture car la modélisation 3D n’est autre que la création d’un personnage ou un modèle ayant trois dimensions (comme dans le monde réel). Cela en utilisant les techniques et les outils fournis par un logiciel adéquat. Les logiciels que l’on emploie à cette fin seront des logiciels de modélisations tels Blender, 3DS Max, Maya, Softimage . Ces outils fourniront un ensemble d’instruments qu’on peut utiliser pour sculpter ou modéliser, un objet de son imagination vers une représentation 3D dans l’ordinateur. Ce modèle 3D peut alors être amélioré, animé ou simplement affiché selon les besoins de celui qui le crée : le designer. Chaque modèle 3D, dans sa représentation dans l’ordinateur est composé généralement de centaines de vertices, un designer 3D n’a cependant pas besoin de dessiner chacun des vertices car c’est là qu’interviennent les logiciels de modélisation. Ils fournissent une grande variété d’instruments qu’un designer peut utiliser pour créer un modèle « polygonal ». Il ne fera que concevoir les plans préliminaires qui définiront la forme du modèle en trois dimensions et le logiciel fera correspondre exactement cela en un « maillage polygonal ».Pour faire ces plans, il existe un assez grand nombre de façons permettant de modéliser. [1][2][4]

Notions

Dans le monde réel, les sources de lumières émettent des photons qui voyagent normalement suivant des lignes droites jusqu’à ce qu’elles rencontrent une surface ou un objet. Quand un photon rencontre cette surface, il peut être absorbé, réfléchi ou transmis. Certains de ces photons peuvent atteindre la rétine d’un observateur et seront convertis en signal qui sera calculé par le cerveau et similairement, ils peuvent aussi être captés par une caméra. Ainsi la formation d’une image comme résultat d’une interaction avec un environnement 3D peut être simulé sur un ordinateur. L’environnement est remplacé par des modèles 3D géométriques et l’interaction de la lumière avec ce modèle est simulée avec un large panel d’algorithmes. C’est ce processus de la synthèse d’image par simulation du comportement de la lumière qu’on appelle rendu. Le processus de rendu peut se décomposer en plusieurs phases dont :
– Le calcul de l’éclairage.
– La projection dans le plan d’observation.
– Le dessin avec application des textures.
Le processus de calcul de rendu est généralement confié à un programme nommé moteur de rendu. Il peut être intégré soit dans un logiciel ou implémenté directement dans des cartes graphiques spéciales. Lorsqu’il s’agit des moteurs de rendu logiciels, le programme de calcul s’effectue avec l’aide du processeur central et de la mémoire vive (CPU + RAM), alors que lorsqu’il s’agit des moteurs de rendu accélérés matériellement, la tâche est accomplie à l’extérieur du CPU, sur des cartes graphiques haut de gamme spécialement dédiées à cet effet avec ses processeurs et ses propre mémoires vives (GPU + VRAM) [1][4].

Direct3D

Direct3D est une composante de la collection d’API DirectX de Microsoft. Il est apparu avec DirectX 2.0 en 1996 et est disponible avec les systèmes d’exploitation Windows et sur le logiciel Wine ainsi que sur certaines consoles de jeux vidéo de Microsoft. Il y a eu plusieurs versions de DirectX cependant les évolutions majeures ne firent apparition qu’aux versions 8 et postérieures. Ceci avec l’apport de nouvelles architectures, l’apparition des pixels et vertex shaders. Direct3D est conçu de façon à donner accès aux capacités graphiques avancées des cartes d’accélération 3D tout en permettant une indépendance matérielle et une abstraction en fournissant une interface commune au programmeur. Il sert notamment au rendu des images 3D où les performances sont requises. Avec le temps, certaines fonctionnalités ont migré ou fusionné, c’est notamment le cas avec DirectDraw et Direct3D en DirectX Graphics [19][20][21].

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I
I.1. Les aspects actuels
I.2. Historique
I.3. Généralités
I.4. L’espace 3D
a. Mathématiques liées à la 3D
b. Les fondations de la 3D
I.5. La caméra et la perspective
I.6. Les sources de lumière et les ombres
I.7. Méthodes
I.8. Intérêts de la 3D
CHAPITRE II
II.1. Modélisation
II.1.1. Concepts et techniques de modélisation
a. Modélisation par primitives
b. Modélisation par « NURBS »
c. Modélisation par surface
d. Modélisation polygonale
e. Modélisation procédurale
f. Modélisation « B-Rep »
II.1.2. L’après-modélisation
II.2. Affichage
II.2.1. Notions
II.2.2. Techniques
a. Illumination
b. Dessin
II.3. Animation
II.3.1. Définition
II.3.2. Techniques d’animation
a. Animation descriptive
b. Animation basée physique
c. Animation comportementale
d. Animation de particule
e. Animation par contraintes
f. Animation par habillage
II.3.3. Animation de personnage
a. Définition
b. Animation par morphing
c. Animation par squelette et habillage
d. Animations communes à un personnage
CHAPITRE III
III.1. Définition
III.2. Les outils
III.2.1. Matériels
III.2.2. Logiciels
a. OpenCV
b. Direct3D
c. Autodesk 3DS Max
III.3. Le logiciel 3DMocap V1.0
III.3.1. Mise en œuvre
a. Partie Motion Capture
b. Passage motion capture – animation 3D
c. L’animation
III.3.2. Les fonctionnalités
a. La fenêtre principale
b. Les conditions d’utilisations
c. Essai
CONCLUSION
ANNEXE I
ANNEXE II
ANNEXE III
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES