Vidéo YouTube intitulée « Every 3D Concept Explained (Basics), » créée par la chaîne « Digitalist, » visant à détailler les concepts fondamentaux de la 3D.
L’auteur y explore d’abord la définition de l’espace 3D en introduisant les axes x, y, et z, avant de définir les éléments de base d’un modèle 3D, tels que les sommets (vertices), les arêtes (edges), et les faces (faces ou polygons). La discussion progresse vers la modélisation en expliquant des concepts clés comme la topologie, les boucles (loops), l’extrusion, et les N-gon, ainsi que les différentes méthodes de représentation 3D, comme les maillages (meshes), les courbes, et les NURBS. Enfin, la transcription aborde les transformations (location, rotation, et scale), en mettant l’accent sur les angles d’Euler et le problème du blocage de cardan (gimbal lock), ainsi que les notions d’espace mondial, objet, et local.
Un Aperçu des Méthodes de Création 3D
Tout comme un sculpteur peut utiliser de l’argile, du bois ou de la pierre pour donner vie à une forme, un artiste 3D dispose de plusieurs « matériaux » numériques pour créer ses modèles. Comprendre ces différentes approches n’est pas qu’un simple exercice technique ; c’est la clé pour libérer votre potentiel créatif. Ce document explore les méthodes les plus courantes pour représenter la 3D, en se concentrant sur le comment et le pourquoi de chaque technique, afin de vous donner une base solide pour construire votre vision.
1. La Méthode Fondamentale : Les Maillages (Modélisation Polygonale)
1.1. Introduction aux Maillages
Les maillages (ou meshes en anglais) sont la méthode de création 3D la plus répandue, utilisée dans la quasi-totalité des jeux vidéo et des films d’animation. Le nom vient du fait qu’un modèle 3D créé de cette manière ressemble à un « filet » ou une « maille » composée de points, de lignes et de surfaces connectés entre eux.
1.2. Les Blocs de Construction d’un Maillage
Chaque maillage, qu’il s’agisse d’un simple cube ou d’un personnage complexe, est construit à partir de trois composants fondamentaux :
- Le Sommet (Vertex) : C’est la brique la plus élémentaire. Imaginez-le comme un simple point ou un « clou » planté dans l’espace 3D, défini par des coordonnées uniques (X, Y et Z).
- L’Arête (Edge) : Il s’agit d’une ligne droite qui relie deux sommets. Les arêtes forment le « squelette » du modèle, délimitant sa structure de base.
- La Face (Face/Polygon) : C’est la surface plane créée lorsque des arêtes forment une boucle fermée (par exemple, trois arêtes pour un triangle). Les faces sont les parties visibles du modèle qui captent la lumière et affichent les textures.
1.3. L’Importance de la Forme des Faces
Les faces peuvent avoir différentes formes. Les plus courantes sont les triangles (3 côtés) et les quads (4 côtés). Cependant, en coulisses, les programmes 3D convertissent systématiquement toutes les faces en triangles pour les calculs de rendu.
Les artistes 3D essaient généralement d’éviter les « n-gons » (polygones avec plus de quatre côtés). La raison est simple : lorsqu’un modèle doit être déformé (pour une animation) ou lissé, un n-gon peut causer des problèmes. Le logiciel peine à le trianguler correctement, ce qui peut entraîner des artefacts visuels, des scintillements et un ombrage incorrect.
Bien que les maillages soient incroyablement polyvalents, leur nature polygonale rend difficile la création de surfaces parfaitement lisses. En zoomant suffisamment, on finira toujours par voir les angles. C’est ce qui nous amène à la méthode suivante, conçue spécifiquement pour la perfection des courbes.
2. La Quête de la Courbe Parfaite : Courbes et NURBS
2.1. Les Courbes : Plus que des Lignes Brisées
Pour créer des lignes parfaitement fluides, les artistes peuvent utiliser des courbes. Cette approche est très similaire aux outils vectoriels que l’on trouve dans des logiciels comme Illustrator ou Figma, mais appliquée à un espace tridimensionnel. Au lieu de connecter des sommets par des lignes droites, on utilise :
- Points de Contrôle (Control Points) : Des points qui ancrent la courbe dans l’espace.
- Poignées (Handles) : Des leviers attachés à chaque point de contrôle qui permettent de manipuler la tension et la direction de la courbe qui les traverse.
Le principal avantage des courbes est leur niveau de détail techniquement infini. Contrairement à un maillage, peu importe à quel point vous zoomez sur une courbe, elle restera toujours parfaitement lisse.
2.2. Des Courbes aux Surfaces : Les NURBS
Les NURBS (acronyme de Non-uniform rational B-splines) sont la technique qui permet de transformer ces courbes en surfaces 3D complexes et mathématiquement précises. En utilisant un réseau de courbes, on peut générer des surfaces d’une fluidité et d’une exactitude parfaites.
Cette précision est cruciale dans des industries comme le design automobile, aéronautique ou la conception de produits, où chaque millimètre compte. L’inconvénient majeur est que les modèles NURBS sont plus difficiles à modifier et à animer. C’est pourquoi, pour une utilisation dans les jeux ou les effets visuels, ils sont très souvent convertis en maillages polygonaux à la fin du processus de conception.
Au-delà des polygones et des courbes, d’autres paradigmes de représentation 3D existent, chacun reposant sur une logique entièrement nouvelle.
3. Autres Paradigmes de la 3D : Un Tour d’Horizon
Il existe de nombreuses autres manières de représenter des données en 3D. Voici un aperçu rapide de quelques approches notables.
3.1. Les Voxels : La 3D en Blocs
Les voxels sont des « pixels de volume ». Au lieu de définir une surface, ils remplissent un volume avec des cubes. L’analogie la plus simple et la plus connue est le jeu Minecraft, où l’intégralité du monde est composée de blocs.
3.2. Les Surfaces Implicites : La 3D par les Formules
Une surface implicite n’est pas définie par une collection de points ou de polygones, mais par une formule mathématique. La surface existe partout où la valeur d’un champ de force dépasse un certain seuil. L’effet visuel le plus parlant est celui de bulles de liquide qui fusionnent de manière organique lorsqu’elles se rapprochent, créant une surface unique et fluide.
3.3. Autres Méthodes Notables
- Nuages de Points (Point Clouds) : Il s’agit simplement d’un ensemble de points bruts dans l’espace, chacun avec ses propres coordonnées. C’est souvent le résultat initial d’un scan 3D, avant que ces points ne soient connectés pour former un maillage.
- Géométrie Solide Constructive (CSG) : Cette méthode consiste à construire des modèles complexes en combinant, coupant ou fusionnant des formes géométriques simples (cubes, sphères, cylindres) entre elles à l’aide d’opérations booléennes.
Afin de clarifier quand utiliser chaque approche, le tableau suivant synthétise les informations que nous venons de voir.
4. Synthèse : Quelle Méthode Choisir ?
Le tableau ci-dessous résume les principales méthodes, leur concept fondamental et leurs domaines d’application les plus courants.
| Méthode | Idée Centrale | Cas d’Utilisation Typiques |
|---|---|---|
| Maillages (Polygones) | Construire des formes avec des points, des lignes et des faces. | Jeux vidéo, films d’animation, effets visuels. |
| Courbes & NURBS | Créer des surfaces parfaitement lisses avec des courbes mathématiques. | Design industriel, conception de voitures, d’avions. |
| Voxels | Remplir l’espace avec des cubes ou « pixels 3D ». | Mondes destructibles (comme Minecraft), simulations médicales. |
| Surfaces Implicites | Définir une forme avec une formule mathématique. | Fluides, effets de « métaball », formes organiques. |
En conclusion, il n’existe pas de « meilleure » méthode universelle pour créer des modèles 3D. Le choix dépend entièrement du projet, des contraintes techniques et du résultat final souhaité. Un artiste qui modélise un personnage pour un jeu vidéo utilisera les maillages, tandis qu’un ingénieur qui conçoit une carrosserie de voiture s’appuiera sur les NURBS. Considérez ces différentes approches comme une boîte à outils complète. Maîtriser quand et pourquoi utiliser chaque outil est ce qui vous permettra de donner vie à n’importe quelle création imaginable.
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