3D Pipeline Serie - La modélisation



Cette première étape vise à mettre en forme l’objet par diverses méthodes. Le volume final sera défini par une surface constituée de polygones. Mais qu’est-ce qu’un polygone ?

Un polygone, aussi appelé face, est composé d’au moins 3 edges (arêtes) et 3 vertices (points). Ce minimum est défini par une réalité géométrique : pour que tous les points d’une face soient « alignés » et que cette dernière soit « plate », il est nécessaire que ces 3 points soient coplanaires, c’est-à-dire qu’ils fassent partie d’un même plan. Comme un plan est défini par un minimum de 3 points, 3 points seront toujours coplanaires. C’est pourquoi un polygone à 3 côtés sera toujours « plat ».


La plupart du temps, les modélisateurs chercheront à ajouter des polygones à 3 ou à 4 côtés en « tris » ou en « quad ». Pour une face à 4 points, un quad donc, nous veillerons à aligner tous les points sur un même plan. Dans l’absolu, la machine convertit de manière intelligente les quads en tris en ajoutant un edge de manière automatique afin de les manipuler plus facilement. Paradoxalement, il est possible aujourd’hui de créer des n-gones, c’est-à-dire des figures à plus de 4 côtés et non-coplanaires. Cependant, par souci d’optimisation, les modélisateurs évitent ce type de forme. De la même manière, la machine est capable de convertir un n-gone en plusieurs polygones de 3 ou de 4 côtés mais ce travail est généralement fait à la main.

L’objectif final de la modélisation est de créer un maillage pour constituer une surface de polygones optimisés contenant des tris ou des quads. La quantité de polygones est définie par l’usage qui sera fait du modèle.


Un court métrage mettra en scène des modèles plus détaillés qu’un jeu vidéo, dans lequel par souci de préservation des ressources de la machine, nous limiterons le nombre de polygones. Par ailleurs, le nombre de polygones peut être influencé par d’autres facteurs visant à optimiser une facette du processus. Aussi, il sera courant de constater des limitations de polygones sur certains courts métrages dans l’objectif de diminuer le temps de rendu total.


La modélisation est un processus artistique comme le dessin et la sculpture, dont l’objet sera ébauché et mis en place d’un point de vue des volumes et des espaces négatifs qui le composent. Puis petit à petit, sa forme sera affinée et précisée pour aboutir à un modèle plus complexe et détaillé.


Il est commun de passer par une phase de croquis qui aura pour but de permettre à l’artiste de prendre possession du modèle afin d’en imaginer les moindres détails et de générer des fichiers gabarits qui pourront être utilisés lors du travail de modélisation. Trois grandes méthodes existent pour créer des modèles 3D :


La modélisation polygonale

En modélisation polygonale, on travaille directement sur les faces, les vertices et les edges. Plus un objet aura de faces, plus sa surface sera détaillée et plus ses contours sembleront définis et lisses.

Nous démarrons souvent par une face unique qui initiera le maillage. Cette première face servira de points de départ pour créer de nouvelles faces qui viendront compléter la forme petit à petit. Les principaux outils d’édition d’un maillage lors de la modélisation sont :

  • L’extrusion, qui consiste à prolonger une face, un vertex (singulier de vertices) ou un edge dans une direction précise. L’extrusion d’une face crée de nouvelles faces dans les autres dimensions, tandis que l’extrusion d’un vertex crée un edge et l’extrusion d’une edge donne une face.

  • La coupe (cut & slice), qui comme son nom l’indique effectue des coupes à travers les polygones de l’objet. Les buts sont multiples : suppression d’un excédent de matière, création d’une ouverture, conversion d’un quad en tris pour affiner le contour etc.

  • Le remplissage, qui est un outil permettant de remplir les trous en créant des faces ou des edges entre les différents vertices déjà présents sur l’objet.

  • La soudure (merge), qui fusionne des points entre eux pour fermer des formes.

  • La révolution (lathe), permettant la création d’objets symétriques. Ces formes peuvent être des ressorts, des verres, des bouteilles etc.


La modélisation surfacique

La modélisation surfacique crée des surfaces à l’aide de plusieurs courbes de bézier. On l’appelle aussi NURBS (Non Uniforme Rational Basic Splines). Nous créons des courbes parfaites dans un espace 3D et le software génère les surfaces intermédiaires résultantes. L’avantage de ce type de modélisation est que les contours et surfaces sont parfaitement courbes et cela demande un minimum de ressources de la machine, là ou la modélisation polygonale exigerait un très grand nombre de polygones.


Il existe cependant un inconvénient : les modèles bruts en NURBS ne pourront pas être animés de manière conventionnelle, notamment pour les déformations dans leur forme de base. Il faudra passer par un modèle polygonal pour accomplir cette tâche. Cette méthode est souvent utilisée dans les domaines du transport (voiture, avion, bateau etc) et dans le domaine du design d’objet en général, principalement pour la grande précision des courbes.


Le sculpting

À l'image de la sculpture traditionnelle, la sculpture digitale est une méthode de modélisation largement utilisée par les studios professionnels. On distingue deux types de courants principaux : Zbrush avec sa technique exclusive de « pixols » (pixels 3D) et les autres qui appliquent des outils de sculpture sur des modèles possédant un grand nombre de polygones.


Les outils proposés dans les softwares pour sculpter sont des copies numériques des outils du sculpteur traditionnel. Le concept en est aussi très proche : nous allons tout au long du travail de sculpture enlever ou ajouter de la matière à l’objet. Petit à petit, l’objet va gagner en détails, jusqu’à arriver au modèle final. L’inconvénient du sculpting est qu’il sera nécessaire d’effectuer un travail de conversion afin de générer un modèle exploitable avec un nombre de polygones décent. Cette étape est fluidifiée dans la plupart des softwares et est appelée la « retopologie » du modèle.


Ces processus découleront souvent sur un modèle complexe fortement détaillé, avec un grand nombre de polygones. Ce modèle aura deux usages :

  • Servir de base pour la conception du modèle avec un maillage optimisé pour l’animation et la manipulation du modèle.

  • Être projeté sur le modèle optimisé afin de créer l’illusion du détail lors de la phase de texturing (= création de textures qui reprennent les détails pour les appliquer sur un modèle moins détaillé).

Le deuxième usage est à cheval sur l’étape suivante car il permet de générer des textures résultant de la projection de détails d’une surface à une autre. Les types de détails sont nombreux, il peut s’agir d’informations de forme, d’éclairage, de visibilité etc.

La modélisation est donc la base du processus de création dont vont dépendre les autres étapes. Le résultat de cette phase sera dépendant de l’usage du modèle. Les méthodes de modélisation sont vastes et permettent beaucoup de choses.

Le prochain article de cette série traitera du texturing et nous espérons que vous le lirez aussi avec plaisir.

A très bientôt,

Jean-Philippe ⚡️