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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 photoréalisme, la grande tendance des années 80 allait vers un certain photoréalisme. 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 après projection;
[] 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 d'abord distingué les algorithmes de calcul des faces cachées qui travaillaient dans l'espace 3D de la scène et ceux du rendu photoréaliste qui travaillaient dans l'espace 2D de l'image (pixels). Les algorithmes de rendu actuels réalisent les deux fonctions simultanément.
Les principales techniques sont :
- La représentation par arêtes, équivalente du dessin au trait, ne représente que les bords des objets de la scène ne nécessitant qu'un algorithme de faces cachées. Cette méthode de calcul dans l'espace 3D est encore utilisée dans de nombreux modeleurs pour avoir un affichage rapide.
- Z-buffer (tampon de profondeur des pixels), utilisant l'algorithme dit du peintre (qui peint la scène en partant du fond puis successivement les sujets de plus en plus rapprochés) pour afficher les scènes constituées de polygones ou de structures plus évoluées comme les nurbs, et qui gère correctement l'affichage de polygones entremêlés à la précision de l'affichage car le tracé se fait pixel par pixel. C'est une méthode 3D de calcul de faces cachées à l'échelle des pixels car elle conserve la profondeur de chaque pixel.
- L'algorithme de Gouraud, est une méthode de rendu très simplifiée puisqu'elle consiste à interpoler sur l'image en 2D, ligne par ligne au niveau des pixels, les valeurs d'intensité de l'intérieur d'un polyèdre selon les intensités de ses voisins : c'est un lissage 2D.
- L'algorithme de Phong est un ombrage 3D qui permet d'avoir un volume et un effet de matière, en fonction de la source de lumiére et de propriété de réflexion de la lumière du materiau en chaque point du polyèdre, par interpolation des normales aux sommets.
- Le lancer de rayon (raytracing, dont est dérivé le raycasting), simulant le parcours inverse de la lumière de la scène vers l'?il. Cette technique permet de simuler relativement facilement les phénomènes physiques que sont réflexion et réfraction mais crée des scènes trop pures et irréalistes.
- la radiosité calcule les échanges d'énergie lumineuse entre éléments de surface de la scène en tenant compte de leurs propriétés de réflexion et d'absorption. Cela nécessite de décomposer la scène en éléments finis de surface. Cela permet des éclairages naturellement doux. Cette technique associée au lancer de rayons et à d'autres voisines permettant les inter-réflexions est une technique d'illumination globale.
Des techniques complémentaires d'application de texture (texture mapping) sont utilisées pour le rendu d'effets plus réalistes sans pour autant rendre plus complexes les modèles 3D. Par exemple :
- l'application de textures photoréalistes issues de l'objet réel,
- le placage de relief (bump mapping) qui est une perturbation locale des normales à la surface et permet de rendre l'aspect de surfaces granuleuses par exemple.
Avec ces techniques apparaissent les problèmes de filtrage qui est nécessire pour éliminer les artefacts.
[] 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.
(Voir aussi Film en images de synthèse)
[] Quelques grands noms de la synthèse d'image
- 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 propriétés fractale, 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 ;
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La source est wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/ Synthèse d\'image
Revue de presse Synth%E8se_d'image
