Documentation d'i3D Express v1.0

• Application online i3D Express

L'utilisation de fonds photographiques dans l'élaboration de décors 3D est aujourd'hui un complément obligatoire pour tous ceux qui veulent produire des images de synthèse dites «réalistes».

Pour les logiciels 3D, il s'agit alors d'un véritable challenge pour réussir à placer les éléments d'une scène au sein d'une photo.

La plus part proposent donc une solution via des méthodes qui leur sont propres. Néanmoins, ces méthodes n'analysent jamais vraiment l'image : la 3D est dans le logiciel et l'utilisateur adapte ce qu'il a dans sa scène au fond photographique.

D'où l'idée pour moi de proposer un outil d'analyse de l'image indépendant de l'espace 3D.

i3D Express permet donc de mettre en avant les déformations inhérentes au système optique utilisé pour la prise de vue mais aussi d'utiliser uniquement les éléments présents dans l'image pour calculer la focale optique, le FOV (champs visuel) et la position relative de la «caméra» par rapport aux éléments visuels de la photographie.

Il vous donne également 1 position relative de l'observateur soient en coordonnées polaires (angles calculés par rapport à la prise de vue) soient cartésiennes.

De manière générale, on peut considérer que le photographe peut effectuer son cliché selon 2 postures différentes (cf Fig.1).
C'est pourquoi 2 interfaces distinctes ont été réalisées pour cet outil d'aide à l'incrustation 3D.

  Figure 1 : Les 2 interfaces sont issues de 2 types de postures pour le photographe et donc 2 types de prises de vue distinctes.


Liste des divers sites internet :

  • •1ère interface : Utilisation de base pour l'incrustation 3D lorsque le plan vertical de l'objet est oblique par rapport au plan de projection.

    Chargement de l'image :

    Partie gauche de l'interface réservée au chargement de l'image depuis votre ordinateur ou le web et à son positionnement à l'écran.

    Procédure :

    1. Cliquez sur l'un des 2 boutons au choix : ou pour charger une image depuis votre disque dur ou depuis internet.
      •      Entrer l'adresse WEB (url) de l'image sur laquelle vous voulez travailler dans le champs "Adresse WEB".

    2. L'image s'affiche au maximum de sa taille dans l'application. Vous pouvez réduire sa taille d'affichage en modifiant le curseur Zoom ou bien dans Paramètres : entrer de nouveaux paramètres de largeur et hauteur ou bien calculer la taille idéale de l'image par rapport à votre navigateur en appuyant sur "Zoom Auto".
    3. Reset  : chaque fois que vous voulez travailler sur une nouvelle image, appuyez sur le bouton Reset afin de ré-initialiser tous les paramètres de l'application.

    Utilisation de l'interface de l'outil Oblique :

    Dernière version de l'interface oblique de i3D Express.

    EVALUATION DE LA FOCALE :

    Selon le bouton choisi, la Focale obtenue peut être calculée : sur une base de 36mm adaptative** (comme sur 3dsmax) par rapport à la diagonale de l'image, à la largeur, la hauteur, la maximale des 2, la diagonale basée sur une optique de 50mm, la maximale entre largeur et hauteur basée sur une optique de 36mm fixe comme sur Artlantis et Maxwell ( bouton ).

    Dans 3dsmax ou Blender, l'option par défaut dans les paramètres de focale de la caméra se base sur la largeur de l'image rendue, correspondant ici au bouton .
    Dans 3dsmax une FOV est alors calculée. L'équivalent sous Blender est appelé "Sensor".

    *FOV : Field of view ou champs de vision en français.

    ** : adaptative signifie que si l'on choisi autre chose qu'un calcul de focale sur la largeur, la base optique de référence sera calculée en fonction d'une largeur optique de 36mm et une hauteur optique calculée en fonction du rapport entre la largeur et la hauteur de l'image.
    Traditionnellement, on se sert de la dimension des capteurs (pour 1 apn) ou de la pellicule en argentique. Le format de référence est la pellicule de 24x36.
    Cependant, on peut se référencer aussi à d'autres formats. Le choix que l'on fait modifie le rapport entre la longueur de focale utilisé et la diagonale de ce format. D'où tous ces calculs.



    EXEMPLE D'UTILISATION 1 (Méthode Manuelle classique) ou Méthode Rapide : Retour <<

    «Je cherche où placer la ligne d'horizon puis je cherche la focale».

    1. Je trace les "Segments 1 et 2" en suivant 2 lignes de l'image qui à priori sont parallèles. Le croisement des 2 lignes vous donnera la position de la ligne d'horizon. Idéalement, ces 2 segments doivent être tracés sur 1 plan parallèle à celui où reposent les pieds du photographe.
      Pour calculer leur intersection de manière très precise, cliquez sur le bouton  du panneau [ Outils de calcul ] + [ Rechercher les points ].

    2. Appuyer sur le bouton  dans le panneau [ Outils de calcul ] + [ Rechercher les points ] ou cocher "horizon" et déplacer à la souris la ligne rouge pour qu'elle coïncide avec l'intersection des 2 segments. Vous pouvez également déplacer l'image avec les curseurs : les 4 flèches dans le panneau Paramètres de gauche.
    3. Cocher "Axe" et déplacer à la souris la ligne bleue pour la placer au coin de 2 lignes (à priori) perpendiculaires dans la réalité.
    4. Cocher "Lignes de fuite" et cliquer-glisser à droite et à gauche de l'axe bleu pour faire coïncider les lignes jaunes avec ces 2 perpendiculaires.
    5. Appuyer sur l'un des boutons sous l'intitulé "Calculer Différentes Focales" pour obtenir dans la zone "info" les indications suivantes : position des points de fuite, distance focale relative à l'image, distance focale convertie en focale optique en mm, le FOV en degrés. Ces mêmes informations plus complètes s'affichent également en jaune dans le cadre situé à droite de l'écran.

    Cette méthode classique est expliquée en vidéo sur  You  Tube  avec un exemple d'incrustation utilisant i3D Express ainsi que     Blender. ( Auteur de la vidéo : Wassim Ouartsi alias Wassim24 ). Lien web

    EXEMPLE D'UTILISATION 2 (Méthode Rapide) : Retour <<

    «Je cherche la focale le plus vite et le plus précisément possible».

    1. Je trace les "Segments 1 et 2" en suivant 2 lignes de l'image qui à priori sont parallèles dans la réalité et fuyantes vers la droite.

    2. Je clique successivement sur les boutons  et   du panneau [ Outils de calcul ] + [ Rechercher les points ].
      La ligne d'horizon est placée.

    3. L'application est conçue pour toujours calculer le point de fuite qui part vers la droite de l'image en premier puis le point de fuite partant vers la gauche. Si les segments 1 et 2 on été tracés vers la droite, j'appuie immédiatement sur le bouton  .
      Le point de fuite de droite est trouvé.

    4. Pour trouver le point de fuite de gauche tracez uniquement le segment 1 sur une ligne (perpendiculaire à la première ligne de fuite dans la réalité) fuyant vers la gauche. i3D Express calculera le 2ème point de fuite à l'intersection entre le segment 1 et la ligne d'horizon.
      J'appuie sur le bouton  .
      Le 2ème point de fuite de gauche est trouvé.
      Testez la qualité du résultat en positionnant l'axe bleu (choisir l'option "Axe" dans la ligne du bas de l'interface) en divers endroits de l'image.

    5. J'appuie sur le bouton
      La Focale, la Fov et la position de la caméra sont calculées et toutes les infos sont affichées à droite de l'image.




    Focale calculée sur la diagonale avec 1 référence optique de 50mm.

    Recherche du 3ème point de fuite : Retour <<

    Double bouton énigmatique nommé "V" dans l'interface. C'est 1 ligne verticale qui permet de placer l'axe sur lequel se trouve le 3ème point de fuite lorsqu'il ne s'agit pas de l'axe vertical du centre optique.
    Même si l'horizon n'est pas horizontal, on peut placer les 2 lignes de fuite en projetant 1 peu plus large.
    Bref, le test porte surtout sur le fait que l'on peut ajuster l'axe bleu, placer "V" entre les pointillés et l'arête plus proche du cube.

    Source 800x650px : « http://i78.servimg.com/u/f78/11/38/43/67/perspe16.jpg »

    Cet axe va nous permettre assez simplement de calculer la hauteur à laquelle se trouve la caméra.
    En effet, ce bon vieux petit théorème de Pythagore est toujours très pratique lorsqu'on l'applique à 1 triangle rectangle.
    L'axe vertical Bleu peut être penché vers la droite ou la gauche.

    Procédure rapide :

    1. J'affiche l'image, place ma ligne d'horizon et mes premiers points de fuite (Gauche, Droite ou unique selon le mode).
    2. je trace les segments 1 et 2 le long de 2 verticales obliques dans l'image. J'appuie sur le bouton .
      C'est terminé. Le 3ème point de fuite est placé. Je peux dès à présent calculer la nouvelle focale en tenant compte de ce nouveau point de fuite.
    3. J'appuie sur le bouton .

    Variante manuelle :

    1. J'affiche l'image, place ma ligne d'horizon et mes premiers points de fuite (Gauche, Droite ou unique selon le mode).
    2. Je place l'axe bleu au coin le plus proche de la boîte rouge à droite (image ci-dessous) et appuyer (en continu) sur le bouton + (ou -) pour aligner l'axe avec l’arête verticale de la boîte.
    3. Je continue à déplacer l'axe. Il se ré-aligne automatiquement avec les autres arêtes verticales (des 2 boîtes). Si je le déplace à gauche, il bascule dans l'autre sens. Il est vertical au niveau de la ligne verticale du centre optique de l'image ou de la ligne «V».
    4. J'appuie sur le bouton .

    Source 800x600px : « http://eorichard.com/outils/images/3dscool/scene_test01.jpg »


    Évaluer l'orientation en "degrés" d'objets qui ne sont pas alignés dans l'axe de la caméra : Retour <<

    L'outil correspondant qui permet ces calculs s'appelle «RotationH» dans l'interface. Pour l'instant je trouve les résultats assez concluants compte tenu des arrondis que j'ai fait dans mes calculs et de la faible résolution de l'image utilisée pour ce test. Il me reste à implémenter dans l'outil les calculs - faits main pour l'instant -.

    Résultats obtenus à partir de conditions contrôlées sous 3dsMax 


    Principe théorique de i3D Express :  ▼  ▲

    Concepts et formules.

    Retour <<

    Soit une image et sur cette image 2 lignes visuellement placées sur un même plan et perpendiculaires l'une par rapport à l'autre.
    On peut placer un point au croisement de ces deux lignes et créer 2 demie-droites suivant ces deux lignes issues de ce point qui s'arrêteront à l'infini (la ligne d'horizon).

    1ère conséquence :
    Quel que soit le point choisi dans cet espace virtuel, il existera toujours 2 lignes perpendiculaires ayant pour infini les 2 mêmes points que ceux trouvés à l'horizon.

    2ème conséquence :
    L'observateur pour prendre la photographie est lui-même placé dans cet espace.

    1ère conclusion :
    Pour la position du photographe, il existe donc aussi 2 droites perpendiculaires issues de sa position et ayant pour limite les 2 points de fuite trouvés à l'infini.

    2ème conclusion :
    Soit A la position du photographe, B et C les 2 points de fuite, on peut donc construire 1 triangle rectangle dont la hauteur H issue de A et pointant vers BC en P (le centre optique) correspond à la distance entre l'observateur et le cadre qui permet de voir exactement ce qui se trouve dans la photographie.

    3ème conclusion :
    Cette hauteur H correspond à la distance entre l'observateur et le plan de projection où se projette l'espace vu ( le contenu de la photographie ).
    Cette distance est appelée distance focale relative à la photographie notée F.

    Calcul :
    Calculer F revient donc à calculer la hauteur AH dans le triangle rectangle. Pour cela, on utilise le théorème de DESCARTES :
    AH2 = BP x PC.
    = facile.

    Source : Article Wikipédia sur le triangle rectangle.

    Si vous avez tout compris, alors ce qui suit est simple.
    S'il est avéré qu'il y a un 3ème point de fuite dont l'axe vertical (perpendiculaire à l'horizon ) n'est pas confondu avec l'axe vertical du centre optique, alors P sera placé à l'intersection de l'horizon et de cet axe vertical et la distance focale F devra être recalculée car AH sera forcément différent.

  • •2ème interface : Méthode d'Alberti pour le calcul de la distance focale lorsque le plan vertical de l'objet est parallèle au plan de projection.

    Utilisation de l'interface de l'outil Parallèle :

    Prodédure d'utilisation : Retour <<

    1. Tracer les «Segments 1 et 2» en suivant 2 lignes de l'image qui à priori sont parallèles (et sur 1 même plan) et placer la ligne d'horizon. Cette opération peut se faire manuellement ici ou en utilisant des boutons similaires à ceux de l'interface «Oblique».
    2. Ajuster la position du Point de Fuite manuellement ou appuyer sur le bouton .
    3. Modifier la position et les dimensions de la boîte afin que sa base recouvre 1 zone carrée dans la photo (H, L, Z).
      Attention, la focale ne pourra être calculée précisément que si vous pouvez évaluer une telle zone dans l'image. C'est le principe même d'Alberti.
    4. Visualiser les Points de Distance (PD) et cliquer sur l'un des boutons sous l'intitulé «Calculer différentes Focales».

    La distance focale relative est égale à la distance entre le Point de Distance et le Point de Fuite relativement à la photo. Il faut ensuite ramener sa valeur à celle d'un système optique photographique.
    La formule varie selon les logiciels : elle est calculée à partir de la diagonale de l'image, de sa largeur, de sa hauteur ou de la plus grande des 2 suivant les mêmes règles que dans la 1ère interface.

    Solution algébrique pour trouver PD > ( survolez ce lien pour afficher la solution ).
    Point de distance (PD)Point de fuiteCentre optique
    Base carrée blanche et diagonales à 45°
    http://p0.pic.akm.vodst.com/8246/8246.chine-30-secondes-sur-la-place-tian-anmen-a-beijing.w_1280.h_720.m_zoom.c_middle.ts_1315861569..jpg
    Autre image de test : http://www.omslighting.fr/data/images/references/roads_paths_squares/1_upr.jpg


    Utilisation de l'interface de l'outil Parallèle comme outil Oblique :

    L'ajustement est plus difficile mais le résultat est cohérent par rapport aux résultats obtenus avec l'outil Oblique.

    Les 2 points de distances sont utilisés comme points de fuite de l'image, d'où l'utilisation possible (en cours) du bouton de l'interface qui propose de convertir les 2 PD en points de fuites utilisables dans l'autre outil.
    Plus généralement, l'idée est d'extraire 2 points de fuite d'une image qui à priori n'en possède qu'un seul (je ne compte pas l'éventuel 3ème point de fuite).
    Il s'agit là de l'objectif réel de la méthode utilisée par Alberti.

  •   • Veille technologique
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