Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Chapitre 1 : Introduction
Alexandre Blondin Masse
Departement d’informatiqueUniversite du Quebec a Montreal
9 janvier 2018Infographie
INF5071
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 1 / 33
Table des matieres
1. Presentation du cours
2. Introduction a l’infographie
3. Materiel et logiciels
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 2 / 33
Table des matieres
1. Presentation du cours
2. Introduction a l’infographie
3. Materiel et logiciels
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 3 / 33
Informations generales
Trimestre Hiver 2018Titre du cours Infographie
Sigle INF5071Horaire Mardi, de 13h30 a 16h30
Departement InformatiqueEnseignant Alexandre Blondin Masse, professeur
Coordonnateur Alexandre Blondin Masse, professeurBureau PK-4525
Telephone 5516Courriel [email protected]
Page web http://lacim.uqam.ca/˜blondin
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 4 / 33
Description du cours (1/2)
I Connaıtre les algorithmes fondamentaux del’infographie;
I Etre capable de realiser une application graphiquesimple a l’aide d’une bibliotheque graphique (par exemple,OpenGL);
I Rappels des notions de base en calcul vectoriel et engeometrie;
I Objets geometriques elementaires;
I Codage des objets en deux et trois dimensions;
I Transformations lineaires en coordonnees homogenes;
I Composition de transformation;
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 5 / 33
Description du cours (2/2)
I Transformation de perspective et modeles derepresentation;
I Trace de figures elementaires;
I Representation parametrique des objets en troisdimensions (courbes de Bezier, B-splines);
I Fonctionnalites typiques offertes par les bibliothequesgraphiques, par exemple, OpenGL;
I Autres sujets (selon le temps disponible) : modele delumiere, espace de couleurs, surface de Bezier, lancer derayons.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 6 / 33
Modalites d’evaluation
I Projet de session : jeu/application 3D :
I Presentation 1 [15%];
I Presentation 2 [25%];
I Remise electronique [10%];
I Deux devoirs [10%];
I Un examen [30%];
I Retard, absence et plagiat : voir le plan de courshttp://lacim.uqam.ca/˜blondin/files/inf5071/hiv2018/plan.pdf.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 7 / 33
Contenu detaille
1. Chapitre 1 : Introduction;
2. Chapitre 2 : Modeles et geometrie;
3. Chapitre 3 : Textures;
4. Chapitre 4 : Animations;
5. Chapitre 5 : Lumieres et ombres;
6. Chapitre 6 : Generation de modeles;
7. Chapitre 7 : Animations avancees;
8. Chapitre 8 : Materiaux 3D;
9. Chapitre 9 : Shaders;
10. Chapitre 10 : Illumination globale;
11. Chapitre 11 : Physique;
12. Chapitre 12 : Realite virtuelle
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 8 / 33
Technologies et logiciels
Logiciels principaux:
I Blender;
I Godot;
I Krita;
Autres logiciels utiles:
I Inkscape;
I Gimp;
I Git;
Langage: Python (pour les devoirs).
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 9 / 33
Formule du cours
I Typiquement, les cours enseignes a l’universite sont descours magistraux classiques;
I Dans ce cours, l’accent sera aussi mis sur lesdemonstrations;
I De temps en temps, jusqu’a 30% du temps de cours seraconsacre a l’illustration des concepts theoriques vus dans lapartie magistrale;
I Exemple : Au prochain cours, il serait preferable que vousinstalliez Blender, Krita et Godot;
I Il vous sera toujours possible de visionner les videos desseances de cours dans le cas ou une notion aurait ete vuetrop rapidement.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 10 / 33
Table des matieres
1. Presentation du cours
2. Introduction a l’infographie
3. Materiel et logiciels
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 11 / 33
L’espace euclidien
I Mathematiquement, l’espace euclidien est l’ensemble R3;
I Un element p ∈ R3 est appele un point de l’espace;
I Un point est souvent represente par un triplet decoordonnees p = (x, y, z), ou x, y, z ∈ R;
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 12 / 33
Lieu geometrique
I Un lieu geometrique est un sous-ensemble de R3. Il peutpresenter differentes proprietes topologiques.
I Il peut etre connexe;
I Il peut avoir des trous;
I On peut calculer sa dimension, etc.
I Quelques exemples:
I 0D : point;
I 1D (longueur) : droite, courbe, helice, etc.
I 2D (aire) : plan, sphere, ellipsoıde, cylindre, etc.
I 3D (volume) : boule, cube, cylindre plein, etc.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 13 / 33
Modeles et maillage (1/2)
I Lorsqu’on affiche une variete a l’ecran, nous devonsutiliser des approximations;
I On utilise alors des maillages (en anglais, mesh);
I Un modele est une representation d’un objet a l’aide d’unou plusieurs maillages;
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 14 / 33
Modeles et maillage (2/2)
Un maillage peut etre vue comme une structure de donneesabstraites selon l’usage qu’on souhaite en faire :
I Un ensemble de sommets (en anglais, vertices);
I Un ensemble d’aretes (en anglais, edges);
I Un ensemble de faces (en anglais, faces);
Mais eventuellement aussi d’autres informations pluspointues :
I Des vecteurs normaux;
I Des coordonnees de texture;
I Un canal de transparence;
I Des coordonnees de relief (en anglais, bump map), etc.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 15 / 33
Texture
I Un modele decrit la geometrie de l’objet;
I Ensuite, on peut lui appliquer une texture;
I Ce processus est appele plaquage de texture et peut etrevu comme une fonction
f : Modele → Couleur,
qui associe une couleur a chaque point du modele.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 16 / 33
Lumiere
I La prochaine etape consiste a eclairer correctement unescene;
I Il existe plusieurs types de lumiere;
I Il y a egalement plusieurs modeles de propagation de lalumiere;
I Ceux-ci sont bases sur l’algebre vectorielle et laphysique optique.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 17 / 33
Animations
I Bien qu’il puisse etre interessant de produire des imagesstatiques seulement, une branche importante del’infographie porte sur l’animation;
I Concretement, ceci revient a ajouter une 4e dimensionaux modeles, correspondant au temps;
I Par exemple, si un objet se deplace, alors on peut decriresa position a l’aide d’une fonction vectorielle
#»r : [tinit, tfin] → R3 : t 7→ (x(t), y(t), z(t))
I On peut egalement construire des animations pluscomplexes en suivant cette idee, combinee al’interpolation : transformations, deformation,acceleration, etc.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 18 / 33
Cinematique
I Bien que le type d’animation soit illimite, les principes dela cinematique sont souvent utilises dans les applicationsgraphiques;
I Des lois physiques (par exemple, les lois de Newton)decrivent le mouvement des solides dans l’espace;
I Ces lois impliquent les grandeurs physiques suivantes :
I La position, la vitesse, l’acceleration, mais aussi
I L’angle, la vitesse angulaire, l’accelerationangulaire,
I Les forces agissant sur un systeme,
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 19 / 33
Vue
I En infographie, le monde 3D n’existe pas reellement,mais est plutot une abstraction;
I Pourquoi ? Parce que tout passe eventuellement parl’oeil, qui ne voit qu’en 2D;
I Plus precisement, chacun de nos yeux prend une photo2D de l’environnement;
I Puis notre cerveau combine ces photos pour nous donnerune idee des trois dimensions de notre environnement.
I Pour l’ordinateur, c’est la meme chose ! Ultimement, lerendu final n’est qu’une image 2D.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 20 / 33
Du 3D vers le 2D
I Nous devons donc etudier les transformations
P : R3 → R2.
I Ce type de transformation est appelee projection;
I Il en existe une infinite, mais les principales sont lesprojections
I perspectives;
I orthographiques et
I axonometriques.
I La plupart d’entre elles sont des transformationslineaires (ou peuvent etre approximees a l’aide detransformations lineaires).
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 21 / 33
Projection perspective
I La projection la plus realiste (c’est-a-dire qui simule ceque l’oeil percoit) est la projection perspective;
I A noter qu’elle ne preserve pas les paralleles.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 22 / 33
Projection orthographique
I C’est une projection perpendiculaire aux axes;
I Par consequent, une dimension disparaıt completement;
I Moins realiste, car on ne distingue pas les objets prochesdes objets eloignes.
I Mais plus facile a manipuler.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 23 / 33
Projection axonometrique
I Aussi appelee pseudo-3D;
I Differentes variantes selon les angles choisis :trimetrique, isometrique, etc.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 24 / 33
Defilement parallaxe
I Une technique parfois utilisee consiste a faire defiler lescouches a differentes vitesses;
I Chaque couche est une projection orthographique, maissituee a une profondeur differente;
I Exemple : Wikipedia
(source de l’image)
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 25 / 33
Scene fixe
I Si la scene est fixe, on peut utiliser une projectionperspective;
I Ou se trouve le point de fuite dans l’image ci-bas ?
(source de l’image)
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 26 / 33
Table des matieres
1. Presentation du cours
2. Introduction a l’infographie
3. Materiel et logiciels
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 27 / 33
Materiel
I (fortement recommande) Une souris a trois boutonsdont un a mollette:
I Plus efficace pour concevoir des modeles et pourconstruire des scenes;
I Un souris bon marche suffit (30$ et +).
I (optionnel) Une tablette graphique:
I Permet de concevoir des textures beaucoup plusfacilement;
I Utile aussi pour sculpter des modeles 3D;
I Plus couteux (100$ et +).
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 28 / 33
Trois logiciels complementaires
I Un accent sera mis sur l’illustration des principes del’infographie;
I Trois logiciels libres tres pratiques qui interagissent bienensemble:
I Blender (modelisation, animations 3D, etc.);
I Godot (moteur de jeu).
I Krita (images, textures et animations 2D);
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 29 / 33
Blender
I Logiciel de modelisation 3D;
I Premiere version publiee en 1995;
I Developpeur en chef: Ton Roosendaal;
I Support officiel par la Blender Foundation;
I Licence: GPLv2+
I Utilise dans la conception de plusieurs films, dont SpiderMan 2.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 30 / 33
Godot (1/2)
I Moteur de jeu 2D et 3D;
I Premiere version publiee en 2007;
I Developpeurs principaux: Juan Linietsky and ArielManzur;
I Developpement sur PC, mobile, console et sur le web;
I Licence: MIT.
I Langage: GDScript (langage maison).
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 31 / 33
Godot (2/2)
Avantages:
I Completement libre;
I Supporte le 2D et le 3D;
I Plusieurs langagessupportes: GDScript,C++, C#, Python;
I Excellente interactionavec Blender;
I Excellente interactionavec le systeme defichiers (Git).
Inconvenients:
I Developpement rapide;
I Le 3D est moins matureque d’autres logiciels;
I Moins de ressources etde tutoriels;
I Nouveau langage aapprendre;
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 32 / 33
Krita
I Logiciel de dessin digital;
I Permet de creer des textures, des images, desanimations 2D;
I Premiere version publiee en 2005;
I Preferable a utiliser avec une tablette graphique;
I Developpe par KDE (K Desktop Environment);
I Licence: GPLv2+.
A. Blondin Masse (UQAM) 9 janvier 2018 33 / 33