Synthèse d'image
La synthèse d'image a pour but la création assistée par ordinateur d'images numériques.
Si la qualité et la puissance des matériels informatiques sur lesquels les premières images ont été conçues (dans les années 1960), que ce soit pour le calcul des images ou pour leur affichage, ne permettait pas le photo-réalisme, la grande tendance des années 80 allait vers un certain photo-réalisme. Celle-ci quasiment atteinte dans les années 90 (en temps différé), voire en temps réel (années 2000), on observe un retour à une certaine liberté graphique dans la conception des images.
Ces images sont souvent rangées dans les catégories suivantes, de façon non exhaustive :
- 2D, que ce soit par le biais du dessin, ou par le biais de processus algorithmiques divers et variés (images fractales, stéréogrammes, traitement d'image sur des sources photographiques ou dessinées, etc.)
- 3D, à partir de modèles tentant de modéliser en trois dimensions les scènes qui vont constituer les images ;
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Techniques de modélisation en synthèse d'images 3D
- CSG (Constructive Solid Geometry) : les objets sont définies par des opérations (unions, intersections, ...) sur des formes géométriques (polyèdres, sphères, cônes, Bézier, splines, nurbs, ...). Cette méthode est bien adaptée pour la création Ex Nihilo, puisqu'elle correspond bien à la façon dont l'esprit humain se réprésente la forme des objets.
- BRep (Boundary Representation, représentation par frontière) : la surface de chacun des objets est limitée par des formes géométriques 2D (généralement des triangles). C'est le format naturel de sortie des scanners 3D qui mesurent les côtes de points à la surface des objets. C'est aussi la représentation généralement utilisée par les dispositifs d'affichage accélérés pour la 3D.
Techniques de rendu en synthèse d'images 3D
Les techniques de la synthèse d'images 3D ont évolué dans le temps pour se rapprocher du photoréalisme. Les principales dans l'ordre du plus simple au plus complexe dans la mise en œuvre :
- La représentation par arêtes, équivalente du dessin au trait, ne représente que les bords des objets de la scène. Cette méthode est encore utilisée dans de nombreux modeleurs pour avoir un affichage rapide.
- Z-buffer (tampon de profondeur), utilisant l'algorithme dit du peintre (qui peint le fond puis les sujets de son tableau) pour afficher les scènes qui sont constituées de polygones ou de structures plus évoluées comme les Nurbs) ;
- L'algorithme de Gouraud, pour le lissage d'ombre, qui permet d'avoir un volume ombré en fonction d'une source d'éclairage, et de la reflexion de l'intensité et la couleur de la lumière et de l'objet, à chaque sommet du polyèdre, par interpolation de la résultante aux sommets.
- L'algorithme de Phong pour le lissage d'ombre, qui permet d'avoir un volume et un effet de matière, en fonction de la source de lumiére et de propriété de reflexion de la lumière du materiau en chaque point du polyèdre, par interpolation des normales aux sommets.
- Le lancer de rayon (raytracing ou raycasting), simulant le parcours inverse de la lumière de la scène vers l'œil. Cette technique permet de simuler relativement facilement les phénomènes physiques que sont réflexion et réfraction.
- la radiosité, utilisable pour des scènes fermées (i.e. des images d'intérieurs de maison, par exemple), qui utilise une technique simulant l'impact de la radiosité de la lumière sur toutes les surfaces de la scène. Cela permet de simuler des éclairages doux. Cette technique peut être employée seule ou associée au lancer de rayon.
- Les techniques d'illumination globale, plus évoluées que la radiosité.
Au cinéma
En 1982 Tron est le premier film à mélanger images réelles et images créées par ordinateur. Il marque John Lasseter qui réalise le premier court métrage entièrement en image de synthèse : Luxo Jr. qui est nomminé aux Oscars en 1986. Il récidive en 1995 avec Toy Story, le premier long métrage, pour lequel il reçoit un Oscar. Enfin en 2001, Final fantasy, les créatures de l'esprit est le premier long métrage ambitionnant le photoréalisme.
Quelques grands noms français de la synthèse d'image
Français :
- Pierre Bézier chez Renault où il inventa les courbes qui portent son nom, utilisées en CAO ;
- Paul de Casteljau chez Citroën qui inventa un algorithme de calcul des courbes de Bézier;
- Benoît Mandelbrot découvrant les propriétées fractales, utilisée en simulation de plantes, terrains, et autres phénomènes complexes.
- Henri Gouraud (et son algorithme d'illumination) ;
- Wu Tong Phong travaillant à l'INRIA, où il créa son algorithme d'illumination, et avec quelques autres chercheurs, une pré-version de ce qui allait devenir OpenGL.
- Michel Bret, enseignant-chercheur à l'Université Paris 8, primé à feu le festival Imagina ;
Internationaux :
- Isaac Newton par son travail sur les interpolations.