Mise en relief d'images 2D

Brève présentation d'une méthode d'adaptation d'images 2D à la stéréoscopie

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Stéphane Comparetti

Directeur Recherche & Développement chez Executive Toon Services.

 

Introduction

Sensibilisé depuis longtemps à l'image de synthèse, j'étais gêné par la difficulté qu'à cette technologie à recréer une ambiance comparable à celle du dessin 2D d'un artiste.
En plan fixe normal, le dessin a un rendu et une liberté très supérieurs à la 3D , tout en étant plus économique.

Hélas, dès qu'il y a déplacement ou relief stéréo, le dessin 2D ne fonctionne plus.

L'univers très graphique du film d'animation 2D "Le magasin des suicides" de Patrice Leconte et le caractère optionnel du relief sur ce film imposaient la mise en place d'une solution de relief très respectueuse du rendu initial des artistes. Il était en effet hors de question d'utiliser du mapping 3D, qui aurait entre autre imposé une restriction sur les perspectives très libres des dessins 2D.

Ce film à donc été l'occasion pour moi de proposer une solution originale que je présente ici.

 

Démarche

La perception du relief est obtenue par la vision simultan√©e de 2 images distinctes (une pour chaque œil) . Le point de d√©part de ma r√©flexion a consist√© √† consid√©rer que l'image destin√©e √† l'œil gauche pouvait ne subir aucun traitement (elle sera fabriqu√©e comme s'il s'agissait d'un film sans relief). Ainsi, seule l'image destin√©e √† l'œil droit subirait un ensemble de transformations des √©l√©ments de la premi√®re image pour provoquer la perception du relief.

Cette contrainte a comme principal intérêt de ne pas toucher à l'aspect initial de l'image.

J'ai ensuite retenu plusieurs m√©thodes compl√©mentaires pour fabriquer l'image destin√©e √† l'œil droit (que j'appellerai "image droite"dans ce document).

 

Pré-requis : Principe de calcul des transformations de l'image droite

Considérons un point Pg(x,y) appartenant à l'image gauche. Sa position correspondante dans l'image droite - Pd(x,y) - peut être calculée dès l'instant ou on attibue au point Pg() une profondeur (ou distance à l'observateur) nommée ici Pg(z). La position correspondante Pd(x,y) consistera en un déplacement latéral du point Pg(x,y,z).

Comme nous n'avons ici aucune caméra, les notions de focale et d'angle entre 2 caméras (paramètres indispensables pour le paramétrage de la vision relief), seront simulés par des constantes intervenant dans le calcul du déplacement à opérer entre Pg(x,y,z) et Pd(x,y) .

Remarque: le déplacement latéral peut se faire vers la droite si le point est en jaillissement (situé entre le spectateur et l'écran de projection) ou vers la gauche si il se situe derrière l'écran.

 

Méthode 1 : Systématisation du mode multiplan dans la composition des scènes

En animation traditionnelle (ou animation 2D), une sc√®ne est construite √† partir de cellos qui sont des fichiers images repr√©sentant des √©l√©ments distincts de la sc√®ne. Ex le d√©cor, des √©l√©ments du d√©cor en avant plan, un personnage …

Dans ce type d'animation, on peut être amené à placer ces éléments à des profondeurs différentes. ( cette technique, dite de "multiplan" est utilisé classiquement pour donner plus de profondeur aux mouvements de caméra)
Dans cette configuration, l'image de droite peut alors être construite en décalant latéralement chaque élément de la scène (ou cello) en fonction de sa profondeur.
Le calcul de ce décalage se fera par la méthode vu plus haut.

BancTitreMultiplanBancTitreStereo
Principe du multiplan classique.
Les cellos sont positionnés à des distances différentes à la caméra.
Adaptation du multiplan à la vision stéréoscopique.
On voit ici que les cellos sont vu par l'œil droit avec un decallage lat√©ral proportionnel √† leur distance √† l'observateur

Le résultat donne une impression d'éléments plans à différentes profondeurs, un peu comme un livre pop-up.
Par contre cette méthode s'avère inefficace sur des éléments représentant des plans inclinés comme le sol ou des murs latéraux.

 

Méthode 2 : Déformation des cellos pour simuler une inclinaison

Cette deuxième solution (qui se cumule naturellement à la première) va consister à indiquer sur un élément donné ( par exemple le sol ou un mur latéral ) des informations d'inclinaison.
A partir de ces indications, le logiciel calculera les d√©formations √† appliquer √† ce cello pour qu'il corresponde √† ce que doit voir l'œil droit.
Cette technique va permettre de mettre en relief les plans inclinés contenus dans la scène.

 

Méthode 3 : Déformation des cellos pour représenter un volume complexe ou anguleux

Cette troisi√®me solution (qui est une optimisation de la 2√®me) va consister √† positionner sur un √©l√©ment donn√© (par exemple un b√Ętiment) des informations de profondeur sur des points d√©terminants de l'image. Concr√®tement, on placera des points de profondeur aux angles d'un b√Ętiment, aux coins d'une fen√™tre, ou m√™me aux angles d'une pi√®ce dans le cas d'un d√©cor d'int√©rieur.
La déformation du cello s'effectuera alors après recalcul des nouvelles positions latérales de ces points de profondeur appliqués à l'image droite.

Cette technique va permettre de donner du volume √† tout √©l√©ment de nature g√©om√©trique comme un b√Ętiment, une porte, une caisse,l'int√©rieur d'une pi√®ce, d'un couloir ... mais aussi a des formes arrondies ( boule, colonne ) √† condition d'augmenter le nombre de ces points de profondeur.

Placement des points de profondeur sur le cello.
En vert: nouvelles positions de ces points calculés en fonction de leur valeur Z.

Cello après transformation numérique, maintenant adapté à la perspective de l'image droite.

 

 

Mouvements de caméra

Comme on part d'un dessin, le cadrage est imposé par le dessin.
Se pose alors le problème du changement de cadrage (cas des mouvements de caméra dans le dessin animé).
Une solution possible consiste alors à recalculer la position de chaque cello (comme c'est déjà le cas dans un multiplan classique) pour ce nouveau cadrage et d'appliquer cette même méthode aux points de profondeur.
On aura alors un rendu du mouvement tr√®s r√©aliste, proche de ce que l'on aurait pu obtenir par la m√©thode de ¬ęcam√©ra mapping¬Ľ utilis√©e dans les logiciels 3D.

 

Outil d'édition


La mise en profondeur d'une scène 2D avec cette technique peut s'avérer relativement laborieuse sans un outil de visualisation et d'édition adapté.
En effet, contrairement à une scène 3D ou les éléments sont conçus en volume et ou leur positionnement s'effectue dans un espace en 3 dimension, on doit ici donner à des éléments dessinés à plat des informations de profondeur (ou de distance à la caméra) sans repères objectifs.
Cette t√Ęche relativement simple tant qu'il s'agit de s√©parer les cellos les uns par rapport aux autres sur diff√©rents plans Z, devient pratiquement impossible (sans un outil sp√©cifique) lorsqu'il s'agit de caler entre eux des cellos inclin√©s ou des cellos d√©form√©s.

A titre d'exemple, sans un outil de visualisation adapté, le calage adéquat d'un personnage vertical sur un sol (qui est un élément incliné) devient une tache complexe. Le résultat d'un mauvais positionnement sera un personnage qui semblera en vision relief, soit léviter, soit être enfoncé dans le sol.

La solution adoptée à consisté alors à créer un outil de visualisation qui affiche les éléments de la scène dans un espace 3D en fonction de leur informations de profondeur.

Visualisation Edition


En se d√©pla√ßant visuellement dans cet affichage 3D par rotation du point de vue, l'op√©rateur pourra facilement caler correctement ses √©l√©ments en profondeur afin qu'ils coincident exactement les uns aux autres.

Je tiens √† pr√©ciser ici que ce passage en 3D sert uniquement √† l'√©dition de la sc√®ne et ne fait aucunement partie de la m√©thode de calcul des images. Pour rappel, le calcul de l'image droite s'effectue uniquement par d√©placement lat√©ral et d√©formation √† plat des cellos (eux m√™me en 2D).


Conclusions

 

Particularités de cette méthode

Un dessin contient naturellement des informations de perspective (surtout un décor) et on se rend très vite compte qu'il n'est pas nécessaire d'en faire beaucoup pour que la magie opère.
En effet, quelques éléments principaux mis en perspective par le biais de cette technique suffisent à donner au spectateur l'impression de profondeur; et contrairement à la 3D relief, c'est le dessin, par sa perspective dessinée, ses ombres et ses lumières, qui fera le reste du travail.

De plus, il semblerait que ces images 2D reliefs soient moins fatigantes visuellement pour le spectateur que les images 3D relief.

Les avantages

Enfin, par le biais de cette m√©thode, l'animation 2D retrouve un nouveau souffle en ayant elle aussi acc√®s √† l'univers du relief.

 

 

Exemples d'Images Relief  

 voir ici

Contact : stephane@comparetti.com