Modélisation 3D
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Introduction

La modélisation 3D est l'étape en infographie 3D qui consiste à créer, dans un logiciel de modélisation 3D, un objet en trois dimensions, par ajout, soustraction et modifications de ses constituants.

Modélisation polygonale

Modélisation polygonale : le modèle est assimilé à un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de polygones : ce polyèdre (Traditionnellement, un polyèdre est une forme géométrique à 3 dimensions ayant des faces planes qui se rencontrent le long d'arêtes droites. Le mot polyèdre provient du grec classique...) est donc décrit par la liste des sommets et des arêtes. Si les polygones sont orientés, on pourra différencier l'extérieur et l'intérieur du modèle. Si l'on veut lever l'ambiguïté apportée par des polygones non plans, on utilisera uniquement des triangles : cette triangulation (En géométrie et trigonométrie, la triangulation est une technique permettant de déterminer la position d'un point en mesurant les angles entre ce point et d'autres...) peut être forcée par le modeleur.

Sans effet de lissage, l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) apparaîtra anguleux si la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) en facettes est faible. En général, le lissage de Gouraud, réalisé par la carte graphique (Une carte graphique ou carte vidéo (anciennement par abus de langage une carte VGA), ou encore un adaptateur graphique, est une carte d’extension d’ordinateur dont le rôle est de produire une...) 3D, est suffisant pour donner un aspect plus lisse au modèle.

La modélisation polygonale se sert d'outils de base identiques sur tous les logiciels 3D, ainsi que certains outils spécifiques aux logiciels génériques, aux logiciels spécialisés et aux plug-ins et scripts.

Parmi ces outils, les plus répandus sont l'extrusion, la coupe (cut, split…), la soudure/rétractation (weld/collapse) et la révolution.

L'extrusion consiste à surélever une ou plusieurs faces (adjacentes ou non) ou un profil 2D le long d'une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) et de créer les faces venant combler le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) occasionné par le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de...) de l'élément de départ. Par exemple, extruder un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci étant infiniment...) donne un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée courbe directrice et gardant...) ouvert ou un tuyau qui suit la trajectoire.

La coupe consiste à créer des arêtes (edges) sur un maillage, ainsi que les points correspondants aux intersections des arêtes déjà existantes et celles nouvellement créées. On peut ainsi affiner un modèle, en ajoutant des détails sur certaines régions, notamment par l'ajout de boucles d'arêtes (edgeloops) extrêmement utilisées en modélisation organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les...).

La soudure/rétractation consiste à souder les sommets (vertices) entre eux, pour simplifier un maillage, boucher des trous ou faire converger des arêtes.

La révolution consiste à faire tourner un profil 2D autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'un axe 3D : on obtient ainsi un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de révolution.

C'est la technique majoritairement utilisée dans le jeu vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de type...), et le cinéma (On nomme cinéma une projection visuelle en mouvement, le plus souvent sonorisée. Le terme désigne indifféremment aujourd'hui une salle de projection ou l'art en...) d'animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes, photographiées, numériques, etc.). La modélisation polygonale induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer...) une marge d'erreur de proportions et de dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) le plus souvent invisible à l'œil nu. Dans le cinéma d'animation, les modèles 3D organiques sont le plus souvent lissés. Le lissage consiste à subdiviser un maillage (une itération correspond à une subdivision de chaque arête, soit dans le cas de face à quatre côtés, une subdivision en quatre faces) et arrondir les faces obtenues selon différents algorithmes, afin de gommer l'effet anguleux des modèles obtenus par modélisation polygonale.

Modélisation par subdivision de surface

Cette méthode regroupe un peu des deux méthodes classiques (polygonale et NURBS). Elle consiste à accélérer le processus grâce à la subdivision automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation...) d'une partie de la surface. Ceci permet d'ajouter des détails à certains endroits uniquement, sans se soucier du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de faces comprises sur la globalité de l'objet.

Elle se rapproche de la modélisation polygonale par les techniques employées lors de la création de la forme, et de la modélisation par NURBS en ce qui concerne le rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) de la surface, c’est-à-dire son arrondi (Un arrondi d'un nombre est une valeur approchée de ce nombre obtenue, à partir de son développement décimal, en réduisant le nombre de...).

Elle est présente dans de nombreux logiciels professionnels (Maya, 3ds Max, Lightwave, Softimage, Modo…).

Modélisation par courbes (NURBS)

La modélisation par NURBS (Non uniform rational basic (En programmation, BASIC est un acronyme pour Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code. qui désigne une famille de langages de programmations de haut niveau.) spline/Spline basique rationnelle non uniforme) consiste en un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) de courbes créé grâce à des points de contrôles (control vertices). L'interpolation des courbes entre ces points peut se faire automatiquement selon un algorithme NURBS, par la manipulations de tangentes de courbe de Bézier (Les courbes de Bézier sont des courbes polynomiales paramétriques décrites pour la première fois en 1962 par l'ingénieur français Pierre Bézier qui les utilisa pour concevoir des...), ou encore par modification des paramètres d'interpolation.

La modélisation par courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les...) se base sur un maillage adaptatif, conçu pour adapter ses subdivisions à la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri...) des courbes dans une région donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...). Une surface parfaitement plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de deux poignées, à chaque extrémité de la lame. Elle permet le...) aura un nombre de subdivision très faible ou nul. C'est la technique de modélisation la plus précise. C'est la raison pour laquelle elle est massivement utilisée en architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) et en CAO industrielle, lorsque le souci de précision prime (notamment lorsque les modèles 3D servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) de référence pour les machines outils).

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