Des images de synthèse à quelques pixels de la réalité

En 1985, une équipe du Centre de calcul de l'Université de Montréal faisait faire un important pas au cinéma d'animation en créant l'un des premiers personnages numériques, Tony de Peltrie. Le film de six minutes, qui a été ovationné dans un festival de San Francisco par des créateurs en infographie, a marqué un tournant dans cet art: ses artisans avaient réussi à produire un visage humain qui, quoique grossier, manifestait des émotions.

Avec le recul, le brave Tony parait bien rustre. L'infographie parvient aujourd'hui à concevoir des images qui se rapprochent de la réalité de façon saisissante. C'est ce à quoi se consacre Derek Nowrouzezahrai, nouveau professeur au Département d'informatique et de recherche opérationnelle de l'Université de Montréal en poste depuis janvier dernier.

"Mes travaux portent sur la synthèse d'images réalistes, plus précisément sur la simulation des fluides, de la diffusion de la lumière et de la projection des ombres afin de rendre ces représentations le plus près possible de la réalité", explique-t-il en décrivant son travail avec une passion manifeste. Un travail pour lequel il faut être, de son propre aveu, à la fois artiste et informaticien.

Simuler la réalité en temps réel

Ce qui fait qu'une image de synthèse se différenciera aisément d'une photo ou que les deux seront confondues est très subtil et échappe parfois à notre perception consciente. L'ombre et la pénombre d'un objet, par exemple, peuvent être projetées dans diverses directions et à des intensités variables selon les sources de lumière. Cette lumière sera réfléchie de façon différente selon la nature et la texture de l'objet éclairé. Les algorithmes de Derek Nowrouzezahrai visent à reproduire ces menus détails.

Les sous-spécialités de l'infographie qui constituent l'expertise du professeur incluent aussi le mouvement. Comment se comporte un stylo lorsqu'il tombe sur la table ? donne-t-il comme exemple. Comment se diffuse la lumière des phares d'une automobile à travers le brouillard ? Quelles sont les variations de luminosité attendues quand un personnage se déplace dans un lieu aussi complexe qu'une cathédrale gothique ?

"Ces simulations doivent prendre en considération les conditions globales de la scène et les conditions locales de l'objet ou du personnage", souligne le chercheur.

Pour ajouter à la complexité de ce travail, le professeur Nowrouzezahrai élabore des algorithmes de simulation qui opèrent en temps réel, c'est-à-dire qui calculent les paramètres au fur et à mesure qu'un élément de la scène est modifié. Ce sont de tels systèmes qui sont utilisés notamment dans les jeux vidéos où l'action dépend du joueur ou encore dans des programmes d'aménagement permettant de déplacer à sa guise des éléments dans un décor.

"Les simulations en temps réel sont plus rapides mais moins précises que celles hors-ligne, dit le chercheur. Nous travaillons à réduire les différences entre ces deux méthodes pour leur donner la vitesse du temps réel et la précision du hors-ligne tout en diminuant l'espace nécessaire."

Visage humain

De toutes les simulations, c'est le visage humain, et la subtilité de ses expressions, qui demeure le plus difficile à reproduire. "Lorsque nous observons point par point l'image modulée d'un visage, tout semble parfait à 99,9%. Mais quand on regarde l'ensemble, on saisit tout de suite que ce n'est pas réel. Trouver une solution à ce 0,1% qui manque est un très grand défi."

En découvrant pour la première fois Tony de Peltrie, Derek Nowrouzezahrai a jugé le produit d'excellente qualité. "Il était très ardu d'atteindre un tel niveau de précision dans les années 80", reconnait-il.

Pourra-t-on sans cesse aller plus loin et finir par reproduire le réel de façon parfaite ? "Il y a 20 ans, on croyait avoir atteint la limite, répond le professeur. Quand on aura réussi à produire rapidement et avec peu de moyens des images de synthèse, on sera près de la limite. Mais on en a encore pour 20 ou 30 ans."

Le potentiel de Montréal

Le professeur Nowrouzezahrai a déjà travaillé pour le laboratoire Disney Research à Zurich, lié à l'École polytechnique fédérale de Zurich, et certains de ses algorithmes sont utilisés dans des productions de Walt Disney. Un projet de recherche est d'ailleurs en cours avec le géant du film d'animation, mais sur lequel le chercheur n'a rien voulu révéler, même sous la torture !

Il a choisi Montréal pour poursuivre sa carrière parce que la ville offre à ses yeux un fort potentiel en matière d'infographie grâce à la présence d'entreprises comme Ubisoft et Softimage, cette dernière ayant été fondée par le créateur de Tony de Peltrie. De plus, "l'Université de Montréal est excellente en recherche et en formation d'étudiants, mentionne-t-il. C'est un plus de pouvoir combiner la théorie et la pratique."

Avis aux intéressés: Derek Nowrouzezahrai est à la recherche d'étudiants qui aimeraient entreprendre des travaux de maitrise ou de doctorat dans ce domaine de l'infographie. Les candidats peuvent proposer leur propre projet de recherche, que le professeur dirigera en fonction de la théorie et des attentes du marché, ou s'intégrer aux activités déjà en cours dans les secteurs des fluides, de la lumière ou du mouvement.