Rendu volumique

Rendu volumique : création d’images immersives complexes

Apportez réalisme et profondeur à vos projets d’effets visuels et d’animation grâce au rendu volumique 3D. Produisez des structures et des propriétés élaborées qui donnent à vos visualisations une dimension supérieure.

Rendu en images de synthèse d’un visage de profil avec une diffusion surréelle réalisée grâce au rendu volumique.
Les techniques de rendu volumique peuvent être appliquées aux objets en polymaillage solides pour produire des images fantastiques.

Qu’est-ce que le rendu volumique ?

Le rendu volumique est une technique d’infographie qui sert à visualiser des jeux de données 3D. Il consiste à travailler directement avec des données volumétriques représentées sous forme d’une grille 3D de valeurs appelées voxels.

Quatre rendus d’un même nuage avec différents effets.
Les paramètres des logiciels de rendu volumique (éclairage, profondeur de rayon et ombrage, par exemple) peuvent être ajustés pour obtenir différents effets.

Mécanismes du rendu volumique

Le rendu volumique est une technique clé pour les professionnels des effets visuels (anglais) et de l’animation (anglais). Il leur permet de créer et de visualiser des phénomènes volumétriques complexes, comme la fumée, le feu, les nuages et le brouillard, avec un réalisme saisissant. Contrairement au rendu de surface traditionnel, qui traite seulement les surfaces des objets au moyen de polygones et de maillages, le rendu volumique 3D capture les propriétés et les structures internes complexes de ces phénomènes. Il offre ainsi des expériences visuelles plus immersives et engageantes. En permettant la création d’effets plus dynamiques et plus réalistes, cette technique a aidé le secteur à faire un immense pas en avant.

Les moteurs de rendu volumique reposent sur plusieurs algorithmes, notamment pour le lancer de rayons, le découpage de textures et le lancer de rayons progressif :

  • Le lancer de rayons projette des rayons lumineux virtuels provenant de l’œil du spectateur (c’est-à-dire du point focal de la caméra) à travers le volume et permet d'échantillonner des données de voxels pour obtenir des valeurs de couleur et d’opacité.
  • Le découpage de textures consiste à diviser le volume en plusieurs textures 2D, qui sont ensuite combinées pour créer l’image finale.
  • Le lancer de rayons progressif est une extension du lancer de rayons. Il applique des pas incrémentiels au volume pour affiner les données d’échantillonnage et ainsi améliorer la qualité du rendu.

La principale différence entre le rendu volumique et le rendu de surface traditionnel réside dans l’approche de la visualisation des données 3D. Le rendu de surface se concentre sur les surfaces externes. Il repose sur des techniques telles que la rastérisation et le lancer de rayons pour projeter ces surfaces sur un écran 2D. Le rendu volumique, en revanche, s’appuie sur des données volumétriques représentées sous la forme d’une grille 3D de voxels. La possibilité de visualiser les structures internes en fait une technique incontournable pour le rendu des matériaux semi-transparents et des effets volumétriques.

Technologies des moteurs de rendu volumique

Rendu basé sur le processeur graphique et visualisation en temps réel

Avec leurs technologies de pointe qui permettent de visualiser des jeux de données 3D complexes, les moteurs de rendu volumique jouent un rôle crucial dans les effets visuels et l’animation. L’une des technologies les plus avancées est le rendu basé sur processeur graphique (anglais) qui offre une visualisation en temps réel grâce à un traitement parallèle. Il facilite l’exploration et la manipulation interactives des données volumétriques, des capacités essentielles pour les applications en temps réel comme l’imagerie médicale et la visualisation scientifique, mais aussi pour la création d’effets visuels dynamiques.

 

Rôle des shaders

Partie intégrante du pipeline de rendu basé sur processeur graphique, les shaders (anglais) gèrent les calculs liés aux données sur les sommets et pixels. Dans le rendu volumique, les shaders de sommets traitent la géométrie représentant le volume, tandis que les shaders de pixels effectuent des opérations par pixel, telles que l’échantillonnage de données de voxels, l’interpolation et l’application de fonctions de transfert. Ces shaders déterminent la couleur finale et l’opacité de chaque pixel, ce qui améliore la qualité et la précision des visualisations d’effets volumétriques.

 

Fonctions de transfert, interpolation et stratégies de visualisation

Le rendu volumique repose sur plusieurs techniques, dont les fonctions de transfert, l’interpolation et diverses stratégies de visualisation. Les fonctions de transfert associent les données de voxels aux propriétés optiques, telles que la couleur et l’opacité, pour souligner des aspects spécifiques d’un volume. Les méthodes d’interpolation, comme l’interpolation trilinéaire, lissent les transitions entre les valeurs de voxels. Les stratégies de visualisation (lancer de rayons, découpage de textures et lancer de rayons progressif, par exemple) permettent d’obtenir un rendu détaillé et plus précis des structures internes dans les données volumétriques.

 

Avantages du rendu volumique

Le rendu volumique offre de précieux avantages aux créateurs d’effets visuels et aux animateurs.

Visualisation réaliste

En permettant de capturer des structures internes élaborées et de créer des effets visuels immersifs et saisissants, le rendu volumique constitue une technique performante pour la visualisation de phénomènes complexes, tels que la fumée, le feu et les nuages.

 

Représentation des structures internes

Contrairement au rendu de surface, le rendu volumique permet de visualiser des volumes entiers. Il se révèle donc essentiel pour les applications telles que l’imagerie médicale, où les tissus et les organes doivent être représentés avec la plus grande précision.

 

Interaction en temps réel

Avec le rendu basé sur processeur graphique, il est possible de manipuler les données volumétriques en temps réel, ce qui améliore les workflows et optimise la prise de décision dans des domaines comme la visualisation scientifique et la production d’effets visuels.

 

Interprétation améliorée des données

Les fonctions de transfert associent les valeurs de données aux couleurs et à l’opacité pour souligner des aspects spécifiques, rendre les variations subtiles plus visibles et optimiser l’analyse des données.

 

Techniques de rendu flexibles

Les techniques telles que le lancer de rayons, le découpage de textures et le lancer de rayons progressif offrent une grande flexibilité qui aide à trouver le juste équilibre entre qualité et performances pour différents types de données.

 

Effets visuels de haute qualité

Les capacités avancées d’ombrage et d’interpolation du rendu volumique permettent de créer des effets détaillés et réalistes qui améliorent la richesse visuelle des scènes pour les effets visuels et l’animation.

 

Logiciels Autodesk pour le rendu volumique

Logiciel de rendu d'illumination globale


Logiciel d’animation, de modélisation, de simulation et de rendu 3D pour les films, les jeux et la télévision


Logiciel de modélisation, d'animation et de rendu 3D pour les jeux vidéo et la visualisation de conception


Témoignages de clients du domaine des effets visuels et de l’animation

Image tirée d’une publicité automobile en images de synthèse montrant une voiture qui réalise un drift dans un virage avec une traînée de poussière derrière elle.

PUNCTUM IMAGES

Rendu réaliste de séquences de drift

Un studio de création basé à Prague utilise Autodesk 3ds Max pour montrer la puissance d’un moteur en images de synthèse.

 


Image publiée avec l’aimable autorisation de Punctum Images

Deux personnages animés de la série Netflix Arcane : League of Legends dans une image tirée du film réalisé pour l’ouverture des Worlds 2021 de Riot Games.

POSSIBLE

Création d’un spectacle visuel grandiose

Un studio de conception vidéo utilise un pipeline basé sur Arnold pour réinventer l’ouverture des Worlds 2021 de Riot Games sous la forme d’un court-métrage cinématique.

 


Rendu 3D représentant la salle de spectacles Sphere de Las Vegas avec un chat roux géant dans une publicité pour le film The Marvels de Marvel Studios.

THE MILL

Conception d’une publicité à couper le souffle pour le dôme-écran Sphere de Las Vegas

Un célèbre studio d’effets visuels emploie Arnold et Maya pour créer une publicité promotionnelle de plus de 110 m de haut pour le film The Marvels de Marvel Studios.

 


Image représentant des personnages animés de la série Netflix Oni : Légendes du tonnerre.

MEGALIS VFX

Intégration de données USD

Des studios de création et d’effets visuels utilisent Arnold et OpenUSD pour donner vie à de charmantes créatures et à des mondes fantastiques.

 


Image publiée avec l’aimable autorisation de Megalis VFX

Ressources sur les moteurs de rendu volumique

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Questions fréquemment posées sur le rendu volumique

Quelle est la différence entre le lancer de rayons et le rendu volumique ?

Le lancer de rayons et le rendu volumique 3D sont deux techniques de rendu qui s’appuient sur des rayons pour générer des images. Elles n’ont cependant pas la même utilité et s’appliquent à des données de types différents. Le lancer de rayons sert à simuler les interactions de la lumière avec des surfaces et à capturer des effets tels que des réflexions, réfractions et ombres pour générer un rendu photoréaliste. Il utilise généralement des données géométriques représentées sous forme de polygones ou de maillages. Par opposition, le rendu volumique permet de visualiser des données volumétriques 3D, représentées sous la forme d’une grille de voxels, de manière à montrer les propriétés et les structures internes. Il est donc idéal pour l’imagerie médicale et le rendu de phénomènes comme la fumée et le feu.

Quels sont les avantages du rendu volumique ?

Le rendu volumique 3D offre de nombreux avantages, notamment la possibilité d’obtenir une visualisation réaliste de phénomènes complexes tels que la fumée, le feu et les nuages, grâce à sa capture des structures internes élaborées. Cet outil est essentiel pour les applications qui exigent une représentation détaillée des structures internes. Ainsi, en imagerie médicale, le rendu volumique est employé pour visualiser les tissus et les organes internes.

 

Grâce aux avancées en matière de rendu basé sur processeur graphique (anglais) qui permettent une interaction en temps réel avec les données volumétriques, la visualisation scientifique et les workflows de production d’effets visuels progressent. Les fonctions de transfert optimisent l’interprétation des données en soulignant des aspects spécifiques et les variations subtiles. Le rendu volumique prend également en charge diverses techniques pour trouver plus facilement le juste équilibre entre qualité et performances.

Quelles sont les étapes d’un rendu ?

Un rendu comporte plusieurs étapes, qui varient en fonction du contexte. Le processus de rendu 3D commence par la configuration de la scène avec la détermination des angles de caméra, suivie de la création de la géométrie 3D, de l’application de textures et éclairages, et de l’ajout de détails d’aménagement d’intérieur. Les artistes utilisent un logiciel de rendu pour placer les objets définissant l’environnement virtuel, configurer un éclairage réaliste, appliquer des matériaux et des textures, et générer l’image finale. D’un point de vue technique, le rendu comprend le rendu des objets (gestion de l’opacité, de la transparence et de la projection d’ombres) et la gestion des propriétés avancées (tri et filtrage des objets). Il existe deux catégories de rendu : le pré-rendu (hors ligne) pour obtenir des résultats de haute qualité et le rendu en temps réel (interactif) pour accélérer le calcul.