3D Computer Graphics – Fundamentals

1/ Espace 3D

1.1/ Repères / Coordonnées / Axes
  • Les Axes représentent l’Origine de la scène 3D
  • 3 Dimensions axe X axe Y axe Z

Y - UP

YUP

XY représente le PLAN ECRAN
-> Z représente le PLAN de PROFONDEUR

Z - UP

ZUP

XY représente le PLAN au SOL
-> Z représente la HAUTEUR

1.2/ Manipulateurs / Transformations
  • La description d’une Scène 3D est représentée par un liste d’Objets ( Géométries)
  • Chaque Objet dispose de son propre système de coordonnée

SRT (Scale/Rotation/Translation)

SRT

  • Sélecteur de déplacement « Fléché »
  • Sélecteur de Rotation « Cercle », entourant l’axe en question
  • Sélecteur d’Echelle « Cube »

Translation

  • Déplacement en fonction de l’Axe Sélectionné
  • En fonction de 2 Axes Sélectionné pour contraindre à un plan

Rotation

  • Rotation en fonction de l’Axe Sélectionné
  • En opérant un mouvement Horloger
  • Des touches de raccourcis permettent de contraindre à un certain « pas », exemple 45°

Scale

  • Mis à l’Echelle en fonction de l’Axe Sélectionné
  • Possibilité de garder le « Volume » en inversant la transformation des autres axes

Il faut utiliser les raccourcis claviers !!

Bon nombre de déplacement, de transformations s’opèrent en utilisant des combinaisons de touches, ou mêmes de gestures.

1.3) Systeme de Coordonnées

Suivant la manipulation souhaitée, on choisis l’Axe de Référence avant d’effectuer la transformation

Transformation - World Coordinates / Local Coordinates

On peu opérer une tranformation en fonction de différents Axes de référence

  • Origine de la Scène (World)
  • Origine de l’Objet (Objet / Local)

Edition - World Coordinates / Local Coordinates / Selection Coordinates

On peut manipuler une géométrie en fonction de différents Axes de référence

  • Origine de l’Objet (Objet / Local)
  • Origine de la Sélection (Moyenne des Normales)
  • Origine d’un Autre Objet
  • Origine de la Scène (World)

Au même titre que les logiciel 2d on peut effectuer des transformation avec Contraintes, pensez à utiliser les outils de magnétisme

2) Géométries

2.1) Polygon Mesh

La représentation des volumes avec des polygones est la méthode la plus commune.

Elle s’effectue par une liste de POINTS de maillage

Polygon Mesh - Format

mesh

Elements

  • POINTS : Coordonnées XYZ
  • POLYGON : Ensemble de POINTS
  • EDGES : lignes reliant les POINTS

Polygon Mesh - Détail

  • les POINTS représentent la description des coordonées de la forme
  • les POLYGONES représentent la surface tréssée entre les POINTS
  • les NORMALES représentent la direction souhaitée de l’éclairage

Quads / Triangles - Surface planaire

lorsqu’un polygone n’est plus plannaire l’ajout d’un EDGE permet de définir la déscription de la forme

Données de POINT splémentaires : Coordonnées de textures (UV)

les POINTS supportent une multitude de données supplémentaires.

les coordonnées de texture en sont l’exemple et permettent de représenter l’emplacement référent d’un point sur l’image de la texture

On peut manipuler les Polygon Mesh de la même manière que les Objets, en sélectionnant soit les points, les edges, les polygones. On utilise le système de coordonnée qui correspondra à l’opération souhaitée

2.2) Courbes / Bezier / Nurbs

Une courbe est représentée par une liste de POINTS de contrôle

Courbes - Format

curves

La courbe est subdivisée, en fonction des choix de l’utilisateur

  • Plus la représentation est subdivisée, plus elle est difficile à manipuler

Démo technique de l'échantillonage d'une courbe de bézier

les courbes en 3D, échantillonage dans l'espace

Les courbes permettent, en utilisant un faible nombre de points de control, de générer des surface complexes.

2.3) Nuages de Points (Point Cloud)

Les Nuages de POINTS sont généralement générés procéduralement.

  • Scan 3D / Kinect
  • Systeme de particules

Ils sont généralement utilisés pour représenter des ensembles de donnés volumineux

Scan 3D - Construction

Exemple 2

2.4) Voxels

La représentation de volumes par des VOXELS est particulièrement récente, elle comporte de forts atouts comparé au méthodes traditionnelles.

  • Système de données ordonné en grille très favorable à la Parallelisation de calculs (Multithreading)
  • Définition Adaptative, Localisée

C’est les PIXELS 3D (ex: les LEGO)

Les domaines d’application:

  • Assemblage de Volumes Complexes, Soustractions, Additions
  • Creation de Densités (Nuages, Fumée)
  • Creation de fluides
  • Sculpture 3D
  • Peinture 3D

Mesh -> Voxelization -> Re-Mesh

Examples:

Les voxels sont utilisés sur le Kinect de Microsoft pour détecter les volumes

Un logiciel de dessin « infini » existe, à base de voxels https://www.madewithmischief.com/

Les voxels sont aujourd’hui même utilisés comme source de calcul d’éclairage dans les jeux vidéos http://www.nvidia.fr/object/vxgi-technology-fr.html

 

 

 

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