Derrière l'objectif virtuel: découvrez votre caméra CG

Bien qu'il n'y ait guère d'image CG rendue sans eux, les caméras virtuelles sont souvent négligées par les artistes, qui préfèrent naturellement se concentrer sur la géométrie de la scène, l'éclairage et l'animation. Une caméra, avec sa simplicité apparente, reste dans les coulisses à la fois littéralement et métaphoriquement.

Néanmoins, il possède des fonctionnalités et des propriétés pas trop évidentes, qui peuvent vous aider ou vous gêner pendant le projet. Je vais aborder ces choses ici, afin que vous puissiez mieux connaître votre caméra CG.



L'anatomie de la caméra

Anatomiquement, une caméra CG est décrite par des coordonnées de position et de rotation en trois dimensions (comme tout autre objet), des angles de vue horizontaux et verticaux et deux plans de détourage: proche et éloigné. L'ensemble de ces propriétés forme le tronc de vue, ou la pyramide de vision de la caméra fictive.

Les plans de découpage sont conçus pour optimiser le rendu en excluant les parties inutiles de la scène et ont normalement peu d'importance pratique car ils sont le plus souvent définis automatiquement par le logiciel.

Une chose à surveiller est que rien ne se coupe involontairement - en particulier lors du transfert d'une caméra entre des applications et / ou en modifiant radicalement l'échelle d'une scène. Dans certains cas, vous pouvez également trouver les plans de détourage pratiques pour découper rapidement la scène en portions en fonction de la profondeur pour un rendu séparé.

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Une fois que la position et la rotation de la caméra sont connues, ce sont deux angles de vue (horizontal et vertical) qui font le meilleur travail pour décrire ce qui va être vu / rendu exactement. La relation entre eux nous fournit également des informations sur le rapport hauteur / largeur de l'image finale. (L'angle ou le champ de vision sont respectivement abrégés en AoV ou FoV.)

Le plus souvent, vous auriez une valeur pour l'angle (horizontal ou vertical), et la seconde serait dérivée du rapport hauteur / largeur de l'image finale, qui est à peu près le même et facilement convertible. Nous aborderons cela et la distance focale - qui est un autre paramètre décrivant les angles de la caméra - plus loin dans l'article.

Revenir par défaut

Chaque logiciel auquel je peux penser utilise par défaut des angles de caméra moyens. Que le projet vous permette de les définir arbitrairement ou que vous deviez faire correspondre une plaque d'action réelle, laisser ces valeurs à leurs valeurs par défaut sans même envisager un ajustement, c'est ignorer une opportunité d'améliorer le travail.

Le champ de vision humain naturel est un sujet pour une discussion plus longue que celle dont nous disposons ici, et l'interprétation est basée sur ce que l'on définirait comme «voir» et d'autres facteurs individuels. Cependant, un angle horizontal de 40-60 ° est souvent considéré comme correspondant au champ de vision utile - la zone dans laquelle nous pouvons distinguer les objets d'un coup d'œil, sans bouger les yeux ou la tête.

Par conséquent, les angles de caméra par défaut devraient fournir un point de départ décent pour représenter un observateur, mais s'en écarter vous permet de souligner le drame ou d'autres aspects artistiques de l'image, ce qui la rend globalement plus intéressante et plus expressive. Les grands angles facilitent généralement le dynamisme et le drame tout en introduisant des distorsions, tandis que les angles étroits permettent de se concentrer sur les détails et de comprimer l'espace.

La position, la rotation et le champ de vision sont tout ce que vous devez vraiment savoir pour correspondre parfaitement à votre caméra fictive avec la majorité des éditeurs 3D. Cependant, la vie a tendance à rendre les choses plus difficiles, c'est donc là que les choses commencent à se compliquer.

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Faire correspondre les caméras

Dans un premier temps, nous devons vérifier comment chacun des programmes avec lesquels nous associons les caméras mesure l'AoV - horizontalement, verticalement, les deux ou même en diagonale? Ensuite, nous pouvons simplement «copier et coller» les données si la mesure est du même type, ou effectuer une conversion simple en utilisant le rapport hauteur / largeur de l'image comme coefficient s'ils diffèrent.

Cependant, cela peut ne pas fonctionner, car l'un des programmes que vous utilisez peut s'appuyer sur des paramètres d'appareil photo du monde réel, comme la distance focale et la taille d'ouverture, pour définir le FoV de l'appareil photo, ce qui nous amènerait au deuxième point: que faire si vous avez besoin faire correspondre votre caméra virtuelle à une caméra du monde réel?

La difficulté est qu'il est assez difficile de mesurer les angles de vue réels pour une caméra physique. Pour cette raison, pour décrire le niveau de zoom en photographie et en cinématographie, nous utilisons à la place la distance focale, ce qui est une excellente convention pour ceux qui traitent quotidiennement avec de vrais appareils photo, mais rend les choses beaucoup moins simples lorsqu'elles sont appliquées au monde de l'infographie. Voici une description très approximative de sa relation avec l'angle de vue (AoV).

La lumière passe à travers l'objectif, est focalisée et projetée ou retournée sur un film ou un capteur - utilisons le mot «film» pour des raisons nostalgiques. Si vous rapprochez ou éloignez le film du point focal, différentes parties de l'image apparaissent plus nettes ou plus douces. Il s'agit d'un mouvement relativement petit dans une zone définie par la conception de l'objectif et marqué comme la distance focale de l'objectif (F) - la distance entre le point focal et le film.

Configurations simples

Les objectifs avec un numéro focal plus élevé auront un film situé plus loin du point focal. Cependant, comme le film a une largeur constante (X), plus la lentille est longue, plus son angle de vue sera étroit. En fait, c'est généralement l'objectif qui bouge - pas le film en arrière - mais ce n'est pas pertinent pour notre discussion.

Une autre chose que nous pouvons changer dans notre configuration est de remettre le film devant le point focal - tous les angles et rapports resteront géométriquement les mêmes, mais maintenant la configuration sera plus simple et correspondra mieux à une caméra CG

Sachant tout cela, nous pouvons maintenant convertir la distance focale en angle de vue. La première chose à remarquer est que la distance focale à elle seule ne nous dit absolument rien sur l'angle de vue à moins que nous ne connaissions la taille du dos du film (ou la taille du capteur, comme on l'appelle souvent en CG).

Une bonne chose est que les objectifs sont généralement marqués avec une distance focale qui correspond à un film 35 mm. C'est habituellement le mot important ici, puisque personne ne garantirait réellement que c'est le cas; vous devrez simplement consulter la documentation de votre modèle d'objectif / appareil photo.

Cependant, même avec un film 35 mm, il y a des problèmes car la zone réelle exposée à la lumière (et c'est la zone qui définit l'angle) est plus petite, environ 24 mm. Vous avez également le problème supplémentaire que presque chaque appareil photo reflex numérique a sa propre taille de capteur.

Erreurs et aberrations

Comme si cela ne compliquait pas assez les choses, votre logiciel 3D aura probablement son propre système pour décrire la taille et les proportions de l'ouverture virtuelle avec des coefficients de surbalayage et des règles pour lesquelles la dimension (largeur ou hauteur) est la dominante.

Encore plus déroutant, vous devrez interroger toutes ces mesures pour savoir quel axe (horizontal ou vertical) est décrit, et si les tailles sont données en pouces ou en millimètres. Oh, et rappelez-vous que vous devrez peut-être faire une somme ou deux également - vérifier si la fonction tangente utilise des degrés ou des radians, par exemple - et ne pas simplement faire confiance au manuel de script.

Enfin, nous devons garder à l'esprit que l'erreur de telles conversions est augmentée par le fait qu'avec les caméras «physiques», il y a toujours des aberrations physiques. L'essentiel est que si vous avez le choix, tenez-vous-en à l'angle de vue plutôt qu'à la distance focale lors du transfert des données de votre caméra entre différents programmes.

Surbalayage de rendu

Cependant, si vous devez utiliser la distance focale plutôt que l'angle de vue, il existe une astuce CG intéressante, que vous pouvez faire. Cela peut être utilisé lorsque vous avez besoin de surbalayer - rendre une image plus large de la même scène afin que la partie centrale corresponde parfaitement. Cela vous permet d'ajouter un zoom, de secouer ou simplement de recomposer l'image lors de la composition, et est particulièrement utile lorsque vous utilisez des techniques de projection de caméra virtuelle.

Le problème est que si vous augmentiez l'AoV, la taille occupée dans le cadre par l'image d'origine changerait en proportion non linéaire. Donc, si, par exemple, nous doublons l'AoV, notre cadrage initial ne sera pas exactement la moitié de la largeur ou de la hauteur de la nouvelle image.

La meilleure option consiste à diviser la distance focale par deux. L'avantage de l'utilisation de la distance focale est que la taille de l'image change proportionnellement, de sorte qu'un objet photographié avec un objectif de 50 mm paraîtra 1,5 fois plus petit qu'une photo avec un objectif de 75 mm du même point.

Donc, si vous souhaitez rendre une version plus large de l'image, tout en préservant le rendu initial correspondant pixel à pixel au centre, vous devez diviser la distance focale par le même nombre que vous multipliez la résolution de sortie. C'est une astuce pratique car elle fonctionne de la même manière dans n'importe quelle application.

Aligner la perspective

Montrer la scène à partir d'un point bas, en particulier avec un objectif large, est une façon d'accentuer son échelle et sa signification. Il s'agit d'une méthode souvent utilisée dans la visualisation architecturale. Cependant, une autre chose souvent souhaitée dans les rendus de visualisation architecturale est de préserver les verticales, et cela ne se produira que lorsque la caméra pointe exactement parallèlement au sol.

En conséquence, la ligne d'horizon doit coïncider avec le centre vertical d'un cadre, ce qui donne une image qui n'est pas très bonne sur le plan de la composition.

Les rendus Arch-viz préservent souvent les verticales, mais cela ne se produit que si la caméra pointe parallèlement au sol, ce qui ne

Les rendus arch-viz préservent souvent les verticales, mais cela ne se produit que si la caméra pointe parallèlement au sol, ce qui ne fait pas une excellente composition

À moins que vous n'utilisiez un nuanceur de caméra sophistiqué qui compense les lignes verticales pour vous (comme celui de V-Ray, par exemple), la solution consiste à élargir l'angle de vue vertical, à rendre l'image centrée (avec la caméra pointant parallèlement au plan du sol) puis reformater (rogner les zones inutiles) en 2D. Dans de tels cas, il vaut également la peine d'envisager de ne rendre qu'une région partielle de l'image pour gagner du temps.

Et comme nous abordons les problèmes de perspective, plus les objets sont éloignés d'une caméra, plus il en faut pour remplir la vue. Cela signifie qu'il est souvent pratique d'utiliser des objets au premier plan ou un téléobjectif (angle étroit) pour créer une impression chargée avec moins d'éléments dans le cadre.

Panoramique nodal

La rotation de notre caméra fictive sans changer sa position imite ce que l'on appelle un panoramique nodal en cinématographie et ne présente aucun changement de parallaxe dans les images résultantes - c'est-à-dire que tous les objets gardent leurs positions les uns par rapport aux autres; même la forme des reflets ne change pas. Ceci est très utile pour les prises d'effets visuels, car il permet d'utiliser une peinture matte 2D au lieu d'une solution 3D complète.

Cela signifie également que les images rendues de cette manière peuvent être assemblées de manière transparente. Cependant, si vous essayez de les assembler de manière simple, cela ne fonctionnera pas, ce qui peut être vu dans les deux cadres de l'exemple ci-dessus.

La bonne façon de le faire serait de les projeter d'abord sur une sphère, centrée autour des caméras. De la même manière, lors de la création d'une animation panoramique à partir d'une image fixe, il est préférable de projeter d'abord l'image sur une sphère, ou au moins d'imiter ce comportement avec une distorsion appliquée après l'animation panoramique en 2D.

Espérons que les aspects énumérés dans cet article seront utiles pour améliorer votre expérience artistique. Nous avons examiné les capacités d'une caméra CG - qui est essentiellement une simplification de son homologue réel - et dans la barre latérale, j'ai répertorié les effets que vous pourriez obtenir avec un film mais qui devraient être ajoutés aux plans CG.

La réplication de ces fonctionnalités peut ajouter un souffle de vie au cadre, mais en faire trop peut donner à l'image entière un aspect artificiel. Tout est question d'équilibre et d'obtenir l'image la plus nette possible.

Mots : Denis Kozlov

Denis Kozlov est un généraliste CG avec 15 ans d'expérience dans les industries du cinéma, de la télévision, de la publicité, du jeu et de l'éducation. Il travaille actuellement à Prague en tant que superviseur VFX. Cet article a été initialement publié dans Monde 3D numéro 180.