Rendu 3D en temps réel d'objets multi-texturés

Après avoir terminé la modélisation de mon premier projet 3D "de bout en bout" avec Blender (à savoir un vaisseau spatial), la prochaine étape consistait à charger mon modèle en temps réel à l'aide de l'API 3D C++/OpenGL sur laquelle je travaille avec beaucoup d'ardeur. Un écueil se présentait cependant: la gestion de plusieurs textures. Un objet 3D recouvert d'une unique texture est simple à gérer; un modèle multitexturé est cependant plus complexe à afficher. Il y a lieu de décider quelle méthode sera utilisée pour afficher les différentes textures à l'écran. Sur le vaisseau, on peut distinguer une texture pour la carcasse, une pour le cockpit, une pour le réacteur arrière et une dernière pour les tuyaux. L'utilisation de plusieurs textures sur un même objet 3D requérait quelques profondes modifications au sein du code de l'API 3D, celles-ci ont dès lors occupé mon temps libre ces derniers jours.

D'une part, l'ensemble des textures d'un objet 3D peuvent être fusionnées en une seule et unique texture UV créée à partir de Blender. Cependant, ce procédé s'avère difficile lorsque la géométrie du modèle 3D se complexifie, ce qui fut le cas avec le vaisseau. D'autre part, le standard Wavefront que j'utilise gère plusieurs textures de façon indépendante dans une seule librairie (fichier .mtl); mais mon implémentation actuelle ne supportait que les librairies composées d'un seul matériau. Après quelques recherches et réflexions, je décidai de modifier mon API afin de gérer les librairies composées de plusieurs matériaux, et donc de plusieurs textures. Suite à une bonne paire d'heures passées à développer, il m'était enfin possible de charger dynamiquement et d'effectuer le rendu temps réel d'objets multitexturés conçus via Blender.

Cette étape est un important palier dans la réalisation de mes projets personnels. En effet, je maîtrise désormais la reconstitution d'objets 3D ombrés et multitexturés en temps réel. Je peux donc me créer de petits programmes avec autant de modèles 3D que je le souhaite, construire un décor, des éléments, des personnages, etc. Les prochaines étapes seront donc logiquement les suivantes (je ne suis pas encore sûr de l'ordre):

• Gestion des sources de lumière
• Gestion des collisions
• Gestion de l'évolution des objets dans le monde virtuel
  
• Moteur physique (pesanteur, etc.)
• Animation des objets

La suite au prochain numéro. En parallèle, je vais vous confier que je travaille actuellement sur un plus beau vaisseau... affaire à suivre!

Le vaisseau 3D finalisé!

Le vaisseau 3D est enfin modélisé. Cette première réalisation de bout en bout m'a permis d'aborder les bases de Blender et de la modélisation quadratique. Après avoir assez bien joué avec la modélisation de surface (méthode SubSurf), j'avais en effet vraiment besoin de m'attarder sur l'utilisation des quadratiques et des maintes fonctionnalités qui permettent de transformer ceux-ci.

Pour terminer le vaisseau, j'ai ajouté quelques tuyaux représentant la machinerie. Ces tubes ont été modélisés à partir de simples cylindres, puis subdivisés de nombreuses fois et courbés grâce au modifieur curve de Blender, qui permet d'appliquer la forme d'une courbe NURBS ou de Bézier à tout objet de la scène. Ensuite, j'ai testé de nombreuses textures avant de choisir celles que vous pouvez admirer sur les images ci-dessous. Le choix a été difficile et n'est probablement pas optimal, mais c'est une première réalisation. Par la suite, je suis sûr que les résultats s'amélioreront... Il me reste encore de nombreuses fonctionnalités de Blender à apprendre, et celles-ci me permettront de modéliser plus efficacement mes idées. J'ai d'ailleurs découvert en fin de modélisation une fonctionnalité qui m'aurait grandement aidé pour le vaisseau: le proportional editing tool. Bah, cela sera pour le prochain engin!

La prochaine étape consistera bien sûr à exporter le vaisseau en Wavefront et à l'utiliser en temps réel à l'aide de l'API C++/OpenGL que j'ai développée et gardée bien au chaud. Je risque cependant de me heurter à une tâche complexe: la création d'une unique texture "UV" pour le vaisseau, qui présente tout de même une géométrie complexe... wait & see!

Modélisation 3D en cours: toujours le vaisseau

Ces dernières semaines, je n'ai pas eu beaucoup de temps à consacrer à l'écriture d'articles complets sur ce blog. Pour autant, cela ne signifie pas que je suis en perte de régime. D'ailleurs, la modélisation du vaisseau suit son cours et atteint un niveau de détails plus complexe que dans le billet précédent. Voyez par vous-même: la forme carrée et simpliste du vaisseau présenté dans le dernier article est désormais épurée. On peut constater que dans un premier temps, j'avais donné les grandes lignes de l'objet, la tendance, la silhouette. Dans l'image que je présente aujourd'hui, on peut voir pas mal de progrès!

Le nez a été affiné et le cockpit a une forme plus fine et plus élancée, se prolongeant quelque peu sur l'arrière du vaisseau. Les ailes ont été assez travaillées, que d'heures passées! Sur le dessus de ces ailes, on distingue trois stries qui tendent à rejoindre le nez; l'extrémité des ailes a quant à elle été coiffée d'une prise d'air béante. Sur les flancs, les excroissances verticales et les petites ailes ont été travaillées et arrondies. Enfin, la partie arrière du vaisseau a également été bien modélisée, restent quelques tuyaux faisant office de machinerie visible à créer et à placer.

A l'arrière du vaisseau, les réacteurs ont également été modélisés, mais ils ne sont pas visibles sur la copie d'écran ci-dessous. Patience, de nouvelles prises de vue arriveront bien assez tôt!

Modélisation 3D en cours: vaisseau

Après avoir passé pas mal de temps sur le développement d'une API 3D combinant C++ et OpenGL (API qui est bien sûr loin d'être terminée), j'ai décidé de me replonger un peu dans l'utilisation de Blender. Après avoir acquis les réflexes de base de ce logiciel très performant, et après avoir lu quelques didacticiels pour débuter, je disposais de l'expérience nécessaire pour commencer à réaliser de véritables projets avec ce merveilleux programme de modélisation 3D, libre et gratuit.

Comme vous avez pu le constater sur ce devblog, j'ai commencé mon apprentissage de Blender par quelques scènes plutôt jolies mais géométriquement simples et/ou faciles à réaliser: le salon (simples quadratiques correctement ombragés et texturés), les trois sphères (simples objets de type UVsphere correctement ombragés et texturés) ou le verre de bière (aisément modélisé en combinant les techniques de Spin et de Subsurf). Il était dès lors opportun de mixer les différentes techniques et fonctionnalités apprises lors de mon étude de Blender dans un nouveau projet de modélisation 3D un peu plus complexe, et qui bien sûr pourrait être utilisé conjointement avec mon API de programmation 3D dans le but d'esquisser un premier jeu vidéo (le but ultime...)!

Ayant en tête depuis quelques temps maintenant la réalisation d'un jeu de type Shoot 'em up (où l'on dirige un vaisseau ou avion et que l'on tire sur les assaillants), je me suis décidé à tenter la modélisation d'un engin à mi-chemin entre l'avion de chasse et la navette spatiale, en tentant de lui donner une petite touche de style propre, ce qui est très difficile pour un débutant en modélisation 3D. Le vaisseau pourra être, une fois terminé, exporté en objet Wavefront et inséré dans un programme grâce à mon API C++/OpenGL.

Le vaisseau a été conçu à partir d'un simple cube, c'est-à-dire le quadratique Cube de base fourni dans Blender (six faces, huit sommets, douze arêtes... vous avez compris). En combinant plusieurs fonctionnalités, j'ai réussi à modéliser une première forme brute de base donnant la silouhette générale du vaisseau. On distingue un nez relativement pointu comportant un cockpit (vitre bleue) via lequel le pilote peut prendre place; deux excroissances verticales à l'arrière qui conduisent à deux réacteurs de puissance moyenne (un gros réacteur circulaire est prévu à l'arrière, au centre des deux réacteurs moyens); deux petites ailes horizontales positionnées sur les excroissances verticales; enfin la partie située au delà du cockpit et quelque peu entassée servira à modéliser une partie visible de la machinerie, un peu comme sur certaines supercars/musclecars où le moteur est partiellement visible.

Pour la réalisation, les techniques suivantes ont été utilisées à partir d'un simple cube:

• Utilisation des Mesh tools (menu Specials)
  
• Subdivision de surface
• Création de bords doux (Bevel)
  
• Adoucissement de surface (Smooth et Subdivide Smooth)
• etc.
• Extrusions multiples
• Shrink/Fatten
• Outils booléens (Boolean Tools)
• Transform properties (spécification de coordonnées exactes)
• Duplicate & mirroring (pour la symétrie du vaisseau, je ne travaille que sur la moitié de ce dernier)
• Separate tools
• Face specials
• Faces join
• Loop/cut
• etc.

Vous pourrez suivre sur ce blog l'évolution de la modélisation de ce vaisseau.

Lien: La 3D libre avec Blender, livre que mon père m'a acheté et qui est un très bon outil de travail pour apprendre à modéliser en 3D... avec Blender bien sûr. A conseiller!

Développement d'une API 3D en C++: textures (2)

Je n'ai pas pu résister à l'envie de poster quelques réalisations supplémentaires. C'est comme ça, à chaque fois que je raffine un peu plus mon API 3D et que je la teste à l'aide de quelques programmes dédiés que je développe, je passe parfois bien du temps à contempler le résultat. Cela met du beaume au coeur, mais permet également de s'évader un peu et de réfléchir à la prochaine étape. Je laisse l'inspiration venir en "jouant" avec mes réalisations présentes.

Vous trouverez dans cet article les copies d'écran de trois objets que j'ai modélisés à l'aide de Blender, que j'ai exportés en Wavefront avec ce dernier, et que j'ai finalement chargés dans un programme de test développé à l'aide de mon API C++/OpenGL. Deux objets très simples à modéliser, mais qui comportent aussi bien des aspects d'ombrage et de texture: la Terre et la planète Mars. Et oui, j'ai assez bien la tête dans les étoiles et l'espace me fascine (bien que je ne sois pas un grand fan de Star Wars). Le dernier objet est un peu bizarre, c'est tout à fait normal: il a été modélisé assez rapidement dans le cadre d'une démonstration que j'ai réalisée en famille. La démonstration consistait bien sûr à montrer comment un objet modélisé avec Blender pouvait se retrouver très facilement dans une application 3D basée sur mes travaux.

Développement d'une API 3D en C++: textures

Le développement de ma propre API C++/OpenGL continue, bien que ralentie ces derniers temps suite à un emploi du temps très chargé, et bon nombre d'heures passées sur d'autres travaux informatiques. Bien évidemment, il n'était pas question d'abandonner ce projet: lentement mais sûrement, l'API évolue, permettant de charger des objets 3D de plus en plus complexes... et beaux !

Lors du dernier article, j'avais présenté la fonctionnalité de chargement des matériaux. Tout objet modélisé à partir de Blender peut être exporté, puis affiché dans mon application 3D (basée sur mon API) avec sa géométrie complète, une distribution de la lumière (shading) et certaines caractéristiques comme la couleur spéculaire, le degré de brillance, la couleur diffuse, etc.

Désormais, tout objet modélisé dans Blender peut être exporté avec tous ces aspects, plus une texture appliquée. Ceci incombe que les coordonnées de placage de la texture (UV) soient également exportées dans le fichier Wavefront associé, puis chargées et gérées par l'API 3D. Il est donc désormais possible de créer très rapidement un objet 3D complexe, ombragé, émettant de la lumière et possédant une texture (image au format TIFF), dans toutes mes réalisations 3D.

Je pense avoir implémenté toutes les fonctionnalités de base en ce qui concerne les objets 3D, je vais donc maintenant m'attaquer aux interactions: détection des collisions, mouvements mécaniques, etc. Beaucoup d'amusement en perspective !

Développement d'une API 3D en C++: base des matériaux

Le développement de mon API C++ basée sur OpenGL suis son cours. Lors du dernier billet de la rubrique "Développement", j'avais présenté les différentes fonctionnalités possibles, et m'étais arrêté sur les vecteurs normaux permettant de diffuser correctement la lumière sur toute la géométrie des objets. Le matériau utilisé pour afficher les objets 3D, dans mon API, était jusqu'ici toujours le même: un gris moyen.

J'ai amélioré l'API afin de gérer les matériaux propres aux objets de type Wavefront. Ces matériaux sont stockés dans des fichiers d'extension .mtl (pour Material Library) et sont composés de plusieurs informations: la couleur ambiante du matériau, sa couleur diffuse, sa couleur spéculaire (renvoyée par la lumière) et l'intensité de la réflection de la lumière (directement liée à la couleur spéculaire). Oh, et la valeur du canal de transparence (alpha) est également lue, mais ce dernier n'est pas encore utilisé (l'Alpha Blending, c'est pour plus tard).

Concrètement, qu'est-ce qui change depuis la dernière version? Et bien, lorsqu'un objet est modélisé à l'aide de Blender, on peut naturellement lui attribuer une quelconque couleur ambiante, spéculaire et diffuse; lorsque l'objet sera exporté en Wavefront et chargé grâce à mon API, ces paramètres définis à l'aide de Blender seront restaurés. Dès lors, il m'est possible de développer une application comportant divers objets 3D où la lumière est prise en compte pour le rendu (shading) - ce qui était déjà le cas auparavant -, mais où les variations de couleurs définies le sont également.

Vous devez peut être vous en douter: la prochaine étape est la prise en charge des textures.

Wait & See !