TPE : 3D [Definition ; notion de perspective ; historique]

Une image en trois dimensions est une image définie sur trois axes que l'on pourrait appeler longueur, hauteur et profondeur ; ainsi, le monde que nous percevons est aussi en trois dimensions, puisqu'il est défini sur ces trois axes, de même que toutes les représentations de ce monde ( photos, films… ), mais aussi toute image utilisant différents procédés tels que la perspective sur les dessins, ou encore les images de synthèse ( qui ne sont malgré tout que des représentations d’un monde virtuel )... Et ces images sont toujours en 3D, même si les supports où elles figurent ( papier, écran...) sont des plans définis par seulement une longueur et une largeur, c'est-à-dire seulement deux axes.

La 3D utilisée pour les images de synthèse est néanmoins différente ; ici, contrairement aux dessins en perspective, par exemple, ou aux dessins en relief, où le "monde" en trois dimensions ( en vérité, en quatre dimensions en ajoutant le temps ) représenté n'est qu'une amélioration de l'image 2D d'origine ( car le support ne dispose forcément que de deux dimensions ), le monde virtuel en trois dimensions n'est en aucun cas une extension d'une image 2D ; le mécanisme est ici inversé, et l'image en deux dimensions obtenue n'est que le sous-produit du "monde virtuel" en 3D, et une maquette en trois dimensions permet de générer autant d'images 2D que l'on souhaite, chaque image ainsi obtenue correspondant à un emplacement de la caméra. On peut également avoir affaire à une image 3D "volumique", qui, contrairement à une image 3D classique, donne une valeur à tous les points de l'espace, et non seulement à la surface des objets, afin de pouvoir visualiser non seulement la surface des objets, mais aussi de l’intérieur de ces objets.

La rétine, constituée des cônes et bâtonnets, transforme les incitations lumineuses ( qui forment ce que nous voyons ) par de nombreux phénomènes chimiques, en impulsions nerveuses qui sont transmises par l'intermédiaire du nerf optique, à la partie visuelle du cortex cérébral, où elles sont traduites en une représentation perceptive des formes ( couleurs et lumières ), disposées dans la profondeur spatiale. La psychologie de la vision a défini une série d'indices de profondeur, qui donnent des indications sur la disposition et la distance entre les objets.

Tous ces indices de profondeur ( convergence des lignes, superposition des contours, distribution et orientation de l'éclairage, dimensions... ) peuvent reproduire des modèles en deux dimensions ou trois dimensions.

Ainsi, la vision par l'œil d'une image en trois dimensions sur un support en deux dimensions donne à l'œil l'impression d'une image en profondeur grâce à tous ces indices de profondeur perçus par l'œil, car le modèle original étant en trois dimensions, tous ces indices sont présents comme dans la vision du monde qui nous entoure.

L'histoire de l'image de synthèse est indissociable du développement de l'informatique.

Elle a débuté dans le début des années 50, aux Etats-Unis, et était réservée à la recherche, notamment universitaire. On construisit un système composé d'un tube cathodique et d'un crayon optique, d'après une idée de Ivan Sutherland, du MIT, pour le contrôle aérien de l'armée de l'air, puis en 1961 on ajouta sur l'écran une croix pour indiquer la position du crayon optique. On pratiquait alors de l'image 2D, puis de l'image 3D, plus coûteuse en temps de calcul et en argent.

Puis les universités se servirent également des images 3D, et en 1967, l'Université de l'Utah se spécialise dans ce domaine, en particulier les professeurs David C. Evans et Ivan Sutherland, qui essaient de modéliser divers objets tels que la voiture d’Ivan Sutherland,

et qui fonderont en 1968 la société Evans & Sutherland. Puis en 1970, Xerox créé le PARC ( Palo Alto Research Center ), qui travaillera très librement, car sans objectifs commerciaux ; il en émanera de nombreuses découvertes que Xerox ne saura pas exploiter. En 1975 fut créée une des plus célèbres images de l'infographie, la théière, devenu depuis un objet classique de test pour les applications 3D. La théière qui a servi de modèle repose maintenant au Boston Computer Museum, près d'un ordinateur qui reproduit son image en trois dimensions.

Jusqu'aux années 1980, peu de personnes abordaient ce domaine en raison des coûts du matériel. Mais l'apparition des ordinateurs personnels tels que le Xerox star, l'IBM-PC en 1981, et le Mac Apple en 1984, qui ont démocratisé l'utilisation de la 3D pour l'étude, la production... L'évolution de la technologie aboutit à de superbes simulations de navettes ou fusées par la NASA, ou de paysages et de visages.

Mais c'est à partir des années 1990 que l'image de synthèse et la 3D se développent vraiment, avec notamment l'arrivée d'ordinateurs plus puissants et de consoles de jeux vidéo plus performantes qui permettent l'utilisation d'images en temps réel et en trois dimensions ( PlayStation, Dreamcast... ), ainsi que d'images de synthèse.

Ainsi, la plupart des jeux vidéo actuels sont en trois dimensions, et la création d'images 3D s'est répandue chez les particuliers grâce à des logiciels et des machines plus performantes et moins coûteuses, donc plus accessibles.

Le premier jeu sur console proposant un environnement en trois dimensions, mais dont les éléments sont encore plats ( en deux dimensions ). Doom est un autre exemple de jeu avec des graphismes semblables.

Le premier jeu sur console à proposer de véritables graphismes en trois dimensions, texturés et offrant une réelle profondeur. C'est le seul jeu sur console 16 bits à proposer ces graphismes, la 3D s'étant démocratisée avec l'arrivée des consoles 32 bits ( PlayStation, Saturn... ).

Un jeu intégralement en trois dimensions, de réalisation moyenne ; les décors "pixellisent" beaucoup, les éléments lointains apparaissent par à-coups à l'écran et la qualité des textures est moyenne. Néanmoins, cette 3D en temps réel permet des changements de caméra à volonté.

Un jeu de combat en trois dimensions, avec des décors en deux dimensions qui défilent pour simuler la rotation de la caméra , tandis que les personnages sont réellement en 3D texturée, les rotations de la caméra nous les faisant voir sous différents aspects. Ce jeu propose une nette évolution graphique par rapport à Starwing, dûe à la puissance de la PlayStation, et à quatre ans d'expérience du développement sur cette machine.

Un jeu totalement en trois dimensions qui, s'il n'égale pas la qualité graphique de Tekken 3, par exemple, malgré une sortie plus tardive, propose un environnement modélisé entièrement en trois dimensions, permettant des mouvements de caméra.

Un jeu totalement modélisé en trois dimensions, à l'image de Vagrant Story, avec les mêmes possibilités de déplacement de caméra mais proposant une qualité graphique nettemnt supérieure.

Un jeu de combat tellement realiste que les scenes en temps réel parraissent pre-calculées.