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Accueil / Magazine / Articles / Dossiers / L'image de synthèse 3D dans les dessins animés

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L'image de synthèse 3D dans les dessins animés

Publié le 12 février 2009 par lieo
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Quelle utilisation, quels bénéfices ?



Décors :
C'est la première utilisation qu'a fait Disney de l'image de synthèse en réalisant Big Ben en 3D pour Basile, Détective Privé. A cette époque, les techniques d'animation n'étaient pas suffisament avancées pour faire bouger un personnage de manière convaincante, mais les techniques de modélisation et de texturage nécessaires à la création d'un bâtiment, elles, étaient au point. Le principal intérêt d'un décor 3D est qu'il peut être utilisé sous divers angles, alors qu'un dessin ne peut être vu que de face. Evidemment, un tel décor demande plus de travail qu'un décor 2D puisqu'il doit être de la même qualité quel que soit l'angle sous lequel il est montré. Par contre, une fois qu'il est terminé, il est utilisable sous des angles multiples, et peut aussi bénéficier d'éclairages multiples. En effet, en modifiant simplement l'éclairage, le décor peut servir aussi bien dans des plans de nuit que de jour. Toutes sortes de modifications sont ensuite possibles : abîmer le décor (morceaux cassés, vitres brisées...), ajouter du brouillard, changer la configuration des lieux... C'est un gain de temps considérable, de pouvoir décliner ainsi en plusieurs versions un décor en 3D, d'autant plus que les éléments créés pour un dessin animé serviront peut-être pour d'autres plus tard. Au bout de quelques années, un studio peut disposer d'une librairie de modèles 3D conséquente, ce qui diminue le temps nécessaire à la création de nouveaux décors.

Dans Tarzan, Disney a eu recours à une technique révolutionnaire pour peindre les objets 3D. Le logiciel Deep Canvas, développé par Eric Daniels, propose aux artistes de peindre numériquement le décor vu sous un angle fixe, comme ils ont l'habitude de le faire avec des images 2D. Leurs "coups de pinceau" numériques sont récupérés par le programme informatique, puis plaqués sur l'objet 3D en tenant compte de la perspective. Le décor est ensuite affiché et peint sous d'autres angles jusqu'à ce qu'il soit complètement recouvert. Cela a permis à Disney d'obtenir des décors 3D parfaitement intégrés aux images de fond en 2D. De plus les objets 3D sont très simples (donc légers géométriquement parlant et faciles à modéliser) puisque tous les détails sont peints.

 

 

 

Mouvements de caméra :

L'utilisation de décors en 3D rend possible les mouvements de caméra complexes, comme on a pu en voir dans Le Prince D'Egypte ou plus récemment dans Tarzan. Ces mouvements qui présentent des rotations de la caméra ou des travellings qui avancent à l'intérieur des décors, sont impossibles avec une image de fond pour tout décor. Cela offre donc au réalisateur un nouveau moyen de narration et permet en outre de mieux immerger le spectateur. Lorsque l'on suit Tarzan en train de glisser sur les branches de la jungle, ou que la caméra tourne autour de Jane, nous laissant découvrir en même temps qu'elle toute une famille de gorilles, on se sent vraiment entouré par le magnifique décor d'arbres, de plantes et de lianes. Pour obtenir cet effet, les décors ont été modélisés en trois dimmensions et peints avec Deep Canvas. Nicoletta Marcialis, qui a présenté Tarzan et Deep Canvas à Imagina, a expliqué que les décors étaient d'abord conçus sur papier au crayon. Lorsqu'un dessin était choisi pour servir dans le film, les artistes de Disney le modélisaient avec des objets simples. La caméra était ensuite animée et quand le mouvement était approuvé, les animateurs commençaient à dessiner les personnages dans le décor 3D. Ce n'est qu'à la fin que les peintres pouvaient peindre les branches, les feuilles et les lianes 3D.

 


Dans Le Prince D'Egypte et Road To El Dorado, Dreamworks a aussi utilis é des mouvements de caméra complexes au sein de décors 3D. On se souviendra par exemple de la course en chariots du Prince D'Egypte. Pour Road To El Dorado, plus de 20 décors ont été réalisés en 3D. James Williams, un des créateurs du film, explique que la caméra est très active, mais de manière subtile. Par exemple, pendant que les deux héros discutent en marchant, la caméra les suit dans un décor entièrement en 3D, ce qui, d'après lui, permet de bien mieux percevoir l'espace de la scène. L'outil utilisé chez Dreamworks pour planifier et gérer une scène qui mélange 2D et 3D s'appelle Exposure Tool. Il a été conçu par Dylan Kohler et développé en collaboration avec SGI. Il dispose d'une vue de dessus et d'une vue de côté de la scène, de même que d'une vue caméra. Dans les vues de dessus et de côté, tous les éléments de la scène peuvent être déplacés et animés. La vue caméra permet d'avoir en permanence une idée de l'image finale. Un chemin à suivre peut être défini pour la caméra que l'on peut alors voir se déplacer dans les autres vues. Rob Hummel, superviseur technologique chez Dreamworks, explique comment la séquence de la course en chariots a été créée : dans le premier plan, la caméra recule devant l'avancée de Ramsès, qui conduit son chariot le long d'un mur gravé de hiéroglyphes. Le chariot, qui est en 3D, a été animé en fonction des chevaux, animés au préalable en 2D. Puis tous deux ont été placés dans une scène de l'Exposure Tool et déplacés le long du mur, avec la caméra un peu en avance sur eux. Les hiéroglyphes sont un dessin plaqué sur un mur en 3D. Un animateur a ensuite dessiné Ramsès dans le chariot, en suivant l'animation de ce dernier. Enfin, lors d'un déplacement de la caméra, le décor 2D de fond peut être incliné et déformé pour donner l'impression qu'il reste dans la perspective.

 

 

 

Personnages et foules
Pourquoi utiliser l'image de synthèse dans le cas des personnages ? Le plus souvent, le but est de gagner du temps ou de faire quelque chose qui est impossible en 2D. Mais parfois, l'aspect particulier d'une image 3D est un élément dont il faut savoir tirer parti. Dans Iron Giant et Titan AE les humains sont en 2D alors que les extra-terrestres, robots et véhicules sont en 3D. En effet l'image de synthèse donne un style plus "alien" comme l'a précisé à Imagina Ted Grielow, qui est à la tête du département 3D de Warner Bros Animation. Cela permet donc de donner au spectateur, dès le premier regard, l'impression que deux personnages ne sont pas issus du même monde. Un autre avantage de l'image de synthèse est la capacité des logiciels à gérer tout seuls certaines animations en fonction de paramètres d'automatisation ou de propriétés physiques attribuées à certaines parties d'un personnage. Par exemple, dans Fantasia 2000 de Disney, il y a une séquence où une ballerine danse pour un soldat. Elle a les cheveux longs et porte une robe, ce qui signifie que l'animation de ces éléments vont donner beaucoup de travail supplémentaire dans le cas d'une animation traditionnelle. C'est pourquoi les techniciens de Disney ont choisi de réaliser ce personnage en 3D. Ils ont ainsi pu configurer le squelette d'animation de la ballerine pour que 90% de l'animation des cheveux et de la robe soient gérés par l'ordinateur en fonction des mouvements de la danseuse. Cela demande un gros travail sur la configuration du personnage mais peut faire gagner du temps si il est beaucoup utilisé. Les techniciens doivent notamment tenir compte de la souplesse et de l'élasticité du tissu, de la gravité, du vent...

C'est l'arrivée de l'avance cinématique, puis de la cinématique inverse, appliquées à un squelette d'animation, qui a rendu possible l'animation de personnages complexes. Disney commencera par un personnage simple qui peut se passer d'un squelette d'animation : le tapis volant d'Aladdin. Son animation se limite à des déformations de surface assez basiques qui ne posent aucun problème en 3D. Leur second personnage 3D, l'hydre aux multiples têtes d'Hercule est déjà nettement plus ambitieux. Il est à supposer que le choix de l'animer en 3D est dû au fait qu'un tel personnage demande énnormément de travail en animation traditionnelle, puisqu'un très grand nombre de dessins seraient requis alors qu'un seul modèle du cou et de la tête de l'hydre peut être dupliqué en 3D. De plus la séquence de l'hydre est une séquence d'action et elle doit donc, à priori, être animée en 24 dessins par seconde, ce qui ne demande pas plus de travail en 3D. La plupart des studios d'animation utilisent les logiciels Maya ou Softimage|3D pour la modélisation, la configuration et l'animation de personnages, à moins qu'ils ne disposent d'un logiciel propriétaire plus adapté. Un logiciel différent est parfois utilisé pour chaque étape, de manière à tirer le meilleur parti de chacun. Pour Le Prince D'Egypte et Road To El Dorado, c'est Power Animator qui fut choisi pour la modélisation et Softimage|3D pour l'animation.

 

 

Un des intérêts principaux des personnages 3D est la possibilité de décliner ces personnages et leurs animations en plusieurs versions pour créer un groupe ou une foule qui demande beaucoup trop de travail en animation dessinée. Il est possible, avec une technique appelée rubberstamping de copier l'animation d'un personnage 2D, de diminuer sa taille pour qu'il ait l'air de se trouver plus loin et de créer ainsi une foule avec de nombreuses copies. Cependant l'animation est exactement identique sur de nombreux personnages, alors qu'en utilisant des personnages 3D, il est facile de modifier légèrement l'animation et l'aspect du personnage. D'autre part, les personnages en 3D autorisent les mouvements de caméra qui changent la perspective. Dans Le Prince D'Egypte, la plupart des personnages de foule sont en 3D. Pour définir le mouvement des foules, deux techniques furent établies. Pour la séquence où des groupes d'esclaves tirent une énorme pierre ou transportent des sacs de sable, un logiciel qui permet de définir des lignes directrices que suivent les personnages a été utilisé. Il proposait aussi de donner une propriété à un personnage pour qu'il ajuste automatiquement l'espacement qui le séparait d'un autre personnage ou d'un obstacle. L'autre technique était utilisée pour des foules de plus d'une cinquantaine de personnages. Dans ce cas, les techniciens remplaçaient chaque personnage par un simple repère pour alléger la scène, et simulaient ensuite le mouvement de la foule en fonction d'une direction générale et d'algorithmes mathématiques complexes conçus spécialement dans ce but. Un pré-rendu de la scène servait à s'assurer que tout se déroulait bien. Cette technique a permis de concevoir des plans épiques comportant plus de 250000 personnages ! Dans Road To El Dorado, Dreamworks a utilisé encore plus souvent des personnages en 3D, avec des modèles plus précis que ceux du Prince D'Egypte. 156 personnages différents ont été créés à partir de 13 modèles originaux dont les artistes ont fait varier les cheveux, les habits et la couleur de la peau.

D'autres techniques d'animation de foules sont en développement dans divers studios. A Imagina, Takayuki Kawanchi de Super Media Corp présentait un programme baptisé RealCrowd, basé sur le comportement et la psychologie des humains. Ce logiciel utilise un système d'intelligence artificielle qui prend en compte le "savoir" des personnages et les règles de l'environnement dans lequel ils évoluent, pour déterminer comment ils se déplacent.

 


Objets et véhicules :
Pourquoi les faire en 3D ? Pour gagner du temps ! Si la durée nécessaire à la création et l'intégration de l'objet 3D est inférieure à celle nécessaire à son animation en 2D, pourquoi se priver de ce gain de temps ? De plus n'oublions pas que l'objet ou le véhicule en question a peut-être déjà été créé lors d'une précédente production, auquel cas il suffit de le retrouver dans une librairie d'objets. Et même s'il ne s'agit pas exactement du modèle que l'on cherche, il peut probablement être adapté rapidement. La qualité obtenue entre évidemment en compte, mais dans la production d'un long métrage de qualité, il n'est jamais envisagé d'avoir recours à l'image de synthèse si on ne pense pas qu'elle offrira une qualité au moins égale à l'animation traditionnelle.

 

Les véhicules et objets divers sont solides et ne doivent pas subir de déformations, ce qui signifie qu'un animateur 2D doit les dessiner absolument identiques d'une image à l'autre. Ce problème ne se pose pas en 3D. D'autre part l'animation se limite à de simples déplacements et rotations qui sont très faciles à réaliser.

Beaucoup de séries pour la télévision, qui ont des délais de production encore plus contraignants que ceux d'un long métrage, utilisent l'animation 3D pour des avions (Air Academy), des vaisseaux spatiaux (Cowboy Bebop) ou des sous-marins (Blue Submarine N°6). Disney prépare pour 2001 un film sur la recherche d'Atlantis qui tire superbement parti de l'image de synthèse pour les engins sous-marins. Pour ce qui est des objets, ils sont animés en fonction de l'animation du personnage 2D qui interagit avec eux. Par exemple, un personnage qui porte un objet qui sera fait en 3D est dessiné avec les mains vides ou contenant une vague esquisse de l'objet qui sera incrusté plus tard.

 

 


Effets spéciaux :
Presque tous les films cités précédemment comportent au moins une séquence où l'eau est présente. Cette matière est longue et difficile à animer, c'est pourquoi elle fait maintenant intervenir l'animation 3D. Dans Tarzan, l'eau de la mer dans la séquence du naufrage est une surface 3D animée et rendue avec le logiciel Houdini. Les vagues charrient des débris qui sont des objets 3D peints avec Deep Canvas. Houdini a aussi été utilisé pour la magnifique séquence de la séparation de la Mer Rouge dans Le Prince D'Egypte. Dans Road to El Dorado, la rivière est une surface 3D animée sur laquelle est plaquée une animation 2D. Pour une séquence d'action qui se déroule sur cette rivière, les ingénieurs de Dreamworks ont développé une technique qui leur a permis de créer de très nombreuses éclaboussures du même style que l'eau de la rivière. Cette technique baptisée Spryticle consiste à transformer un dessin en particule. Un logiciel est ensuite utilisé pour multiplier autant que nécessaire cette particule 2D et animer un flot. Toutes les éclaboussures que l'on peut voir sont donc des tas de spryticles qui frappent contre les bateaux, les rives... Dans Fantasia 2000 aussi, l'eau est très présente, en particulier dans la séquence du ballet des baleines. Une solution intéressante a été trouvée par Susan Thayer pour provoquer sur l'eau des rides dues à l'interaction avec les baleines. Lorsque celles-ci pénètrent dans l'eau, des particules sont projetées vers l'extérieur à partir des contours de leurs corps. Ces particules sont rendues à part sous forme d'images qui sont ensuite utilisées comme "displacement maps", des textures qui déforment la surface à laquelle elles sont appliquées.

Les particules sont probablement l'outil le plus utilisé pour obtenir divers effets spéciaux. Elles ont été largement mise à contribution dans Le Prince D'Egypte : le nuage blanc qui tue les nouveaux-nés, le sang qui se diffuse dans l'eau, les flammèches du buisson ardent... Elles sont particulièrement adaptées à la représentation de toutes les matières gazeuses ou liquides dans certains cas. Le feu et la fumée en image de synthèse sont presque toujours réalisés avec des systèmes de particules. Le rendu n'est pas forcément d'un style 2D, ce qui rend l'effet d'autant plus "spécial". Une technique assez proche des particules, nommée "flocks" est aussi utilisée dans le cas, par exemple, d'un banc de poissons ou d'un nuage d'insectes. Les particules sont alors remplacées par des objets 3D (qui peuvent posséder une animation propre) qui sont gérés à peu près de la même manière.

 

 

 

 

Etapes de création actuelles

 

Scénario
La seule différence de ce côté-là est que les scénaristes peuvent se permettre d'écrire des séquences comportant une foule de gens ou des effets spéciaux spectaculaires, puisqu'ils savent que l'informatique et l'image de synthèse rendent cela possible.

 

Choix artistiques et technologiques
A partir des descriptions du scénario, il faut décider quelles techniques vont servir pour quelles séquences. Le réalisateur doit discuter de cela avec les artistes et les techniciens : directeur artistique, superviseur de l'animation, superviseur des effets spéciaux...

 

Dessin d'un storyboard
Pas de changement.

 

Bande son
Pas de changement.

 

Découpage et marquage de la bande son
Certains logiciels d'animation 2D ou 3D proposent des fonctions pour gérer cette étape fastidieuse du processus. Ces fonctions ont aussi pour but de faciliter, voire d'automatiser en partie l'animation de la bouche en fonction des mots prononcés.

 

Recherche graphique
Cette étape est un peu plus complexe pour un dessin animé faisant appel à l'image de synthèse, puisqu'il va falloir créer des versions 3D de certains éléments. Les designers devront donc tenir compte des contraintes liées à la modélisation 3D. Le travail des modeleurs commence dès que les designs sont approuvés et il se fait en collaboration avec les dessinateurs des modèles 2D. Le but et d'arriver à un modèle 3D le plus proche possible de l'original. Il peut arriver que le design évolue légèrement au cours de la modélisation ou de l'habillage du modèle 3D.

 

Configuration des personnages 3D
Cette nouvelle étape est indispensable car un personnage 3D ne peut être animé sans squelette. De plus, ce dernier nécessite un paramétrage de qualité de manière à ce que l'animateur puisse obtenir tous les mouvements avec le personnage. D'autre part, la personne qui configure (généralement appelé Technical Director) doit proposer des contrôles simples et intuitifs pour que le travail de l'animateur soit efficace et agréable.

 

Animatic
Une nouvelle option apparaît, sous la forme d'une animation 3D simpliste, qui permet d'être encore plus proche du résultat final en présentant notamment les éventuels mouvements de caméra.

 

Tests d'animation
Ils sont toujours présents, aussi bien en 2D qu'en 3D, et servent aussi à s'assurer que l'interaction entre les deux fonctionne bien.

 

Mise au propre
Cette étape est désormais réalisée numériquement. Les dessins sont scannés puis mis au propre à l'aide d'un logiciel.

 

Transfert et coloriage
Les dessins sont coloriés dans un logiciel qui est à priori le même que pour la mise au propre puis ils sont chargés dans un logiciel de compositing qui servira à rassembler tous les éléments de l'image finale sur différentes couches.

 

Création de décors
La création des décors se passe toujours parallèlement à l'animation. Une nouvelle équipe prend en charge la construction et l'éclairage des décors 3D qui utilisent souvent des textures dessinées par l'équipe 2D.

 

Vérification
Une étape de vérification est bien entendue toujours nécessaire, d'autant plus que les risques d'erreurs sont encore plus grands étant donné l'augmentation du nombre de sources dont proviennent tous les morceaux d'image.

 

Compositing
Toutes les couches de l'image finale sont assemblées à l'aide d'un logiciel de compositing qui offre infiniment plus de lilberté qu'une caméra multiplan.

 

Montage et mixage
Ces deux étapes sont maintenant effectuées numériquement avec des logiciel dédiés qui simplifient le processus tout en augmentant les possibilités (sauvegardes, nombre de pistes, effets...).

 

Shoot
Les images composites sont transférées sur pellicule avec une machine qui permet d'utiliser les images numériques.

 


Projection
Il est à noter que des cinéma à projection numérique sont en train d'apparaître, et devraient petit à petit remplacer les cinémas traditionnels. Dans le cas d'un tel cinéma, c'est une copie numérique du film qui est utilisée, ce qui permet d'éviter l'étape du transfert sur pellicule et de proposer aux spectateurs une image encore meilleure, qui ne se dégrade pas au fur et à mesure des projections.

 

 

 

 

Conclusion

L'image de synthèse 3D est donc désormais présente dans quasiment tous les longs métrages animés, que ce soit sous un aspect 3D (comme dans Titan AE) ou 2D. Même si la réussite artistique n'a pas toujours été au rendez-vous par le passé, l'apport de ces nouvelles techniques est important, aussi bien au niveau narratif qu'au niveau du spectacle et des méthodes de production. On peut parier que l'utilisation de 3D sera de plus en plus grande et de mieux en mieux maîtrisée dans les années à venir. Reste à espérer que l'animation 2D ne disparaîtra pas sous l'assaut des longs métrages entièrement en 3D dont la qualité n'est plus à prouver (succès public et critique pour les 2 Toy Story, Fourmiz et 1001 Pattes) et dont le nombre et les ambitions ne cessent de croître. Comme toujours, c'est le public qui décidera. En attendant le prochain Disney qui mélange 2D et 3D (Atlantis, prévu pour la fin de l'année), rendez vous donc dans les salles cet été pour juger du potentiel du nouveau cru du long métrage entièrement 3D, avec Shrek (nouveau film de PDI à qui l'on doit Fourmiz) et Final Fantasy (de SquareSoft, un film doublement ambitieux puisqu'il est à la fois le premier film 3D photoréaliste et le premier basé dans un univers de science fiction, inspiré de la saga de jeux vidéo du même nom, qui a connu un immense succès).

 

 

 

Alpe Emmanuel

http://anim3d.free.fr/
Article rédigé début 2001 dans le cadre
du DESS IFA (Université de Provence)

Sources Principales :
The Animator's Workbook (Tony White)
Disney, The Illusion of Life (Frank Thomas et Ollie Jonhston)
www.VFXPro.com
www.awn.com

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